DE2243329B2 - Geräuschdämmendes, wandbildendes Bauelement für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Geräuschdämmendes, wandbildendes Bauelement für BrennkraftmaschinenInfo
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
Die Erfindung betrifft eine geräuschdämmende Wand eines Gehäuses bzw. Gehäuseteils einer Brennkraftmaschine,
welche zur Erhöhung der Eigenfrequenzen durch w Versteifung möglichst starr ausgebildet ist.
Es ist bekannt, daß Frequenzspektren von körperschallerregenden Vorgängen entweder mit steigender
Frequenz stetig abfallen, wie dies beispielsweise beim
Brennraumdruck einer Brennkraftmaschine der Fall ist, r, oder zumindest ab einer bestimmten Frequenz steil
abfallen, wie dies bei mechanischen Stoßvorgängen zutrifft. Das bedeutet also, daß die Stärke der
Körperschallerregung entweder mit steigender Frequenz oder zumindest ab einer bestimmten Frequenz 4c
kleiner wird.
Jeder Bauteil ha* nun eine Vielzahl von Eigenfrequenzen, die durch den eingeleiteten Körperschall erregt
werden. Wenn es gelingt, durch entsprechende konstruktive Gestaltung des betreffenden Bauteiles die 4r>
tiefsten Eigenfrequenzen so hoch zu legen, daß sie bereits in den Bereich der kleiner werdenden Anregungen
zu liegen kommen, ist damit eine Abnahme des von dem betreffenden Bauteil erzeugten Geräusches sicher
gewährleistet. Die Biegefrequenzen von Wandelemen- w ten hängen ab von der Wandstärke, der Stützweite und
den Materialeigenschaften. Die grundsätzliche Abhängigkeit dieser Größen ist durch die Gleichung
/ = konst.
gegeben,
wobei f die Frequenz, s die Wandstärke, λ die Stützweite, Eden Elastizitätsmodul und ρ die Dichte des w>
Wandmaterials bedeutet. Die Konstante hängt ab von der Art und Steifheit der Stützung. Sie ist durch die
Konstruktion vorgegeben und daher nur im geringen Ausmaß beeinflußbar.
Durch eine Abänderung der Stützweite wäre zufolge <>r>
der quadratischen Abhängigkeit eine starke Beeinflussung der Frequenz möglich, doch ist die Stützweite im
allgemeinen durch die gegebenen Hauptabmessungen des betreffenden Bauteiles weitgehend festgelegt. Die
Wandstärke ist eine weitere wesentliche Einflußgröße. Ihre Vergrößerung ist jedoch mit einer proportionalen
und daher nicht realisierbaren Gewichtszunahme verbunden, sofern das Material beibehalten wird.
Es ist bereits ein Fahrzeug-Dieselmotor bekanntgeworden, bei dem durch die Ausbildung des Gehäuses mit
extrem großer Wandstärke und aus einem Material mit sehr günstigem Verhältnis von Elastizitätsmodul zur
Dichte eine wesentliche Erhöhung der Eigenfrequenzen der Wandteile erreicht wurde. An Stelle eines
Graugußgehäuses wurde ein Gehäuse aus Magnesium mit gleichem Gewicht, d. h. etwa sechsfacher Wandstärke,
verwendet, wodurch sich die Eigenfrequenzen der Wandteile verzehnfachen. Die erzielte Geräuschmilderung
betrug bei sonst unverändertem Motor ca. 1OdB(A). Die großen Korrosionsprobleme und die
beträchtlichen Materialkosten haben eine Verbreitung dieser Lösung der bestehenden Geräuschprobleme
bisher unterbunden.
Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine geräuschdämmende Wand anzugeben, welche bei
großer Steifigkeit bei nur geringem Mehraufwand an Material eine wesentlich verringerte Schallabstrahlung
gewährleistet. Diese Wand soll zur Herstellung von Maschinengehäusen an Brennkraftmaschinen geeignet
sein, welche Bauteile durch Körperschalleinleitung zu Schwingungsvorgängen angeregt werden und dadurch
Luftschali abstrahlen. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Versteifung an der Wand in an
sich bekannter Weise von der Wand abstehende parallele und in Abständen voneinander angeordnete
Stege aufweist und daß die Stege durch weitere etwa senkrecht kreuzende, der Versteifung dienende Stege
ergänzt sind, wobei das Verhältnis von Steghöhe plus Wanddicke zur Wanddicke mindestens 4 beträgt und
das Verhältnis der lichten Weite zwischen benachbarten Stegen zur Stegbreite zwischen 4 und 14 liegt.
Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß bei Auflösung einer vollen Wand in Stege, die auf einer
relativ dünnen, nur einen Bruchteil der vollen Wandstärke aufweisenden Verbindungswand stehen, mit größer
werdendem Abstand zwischen den Stegen zunächst sogar eine Erhöhung der Eigenfrequenz gegenüber der
vollen Wand entsteht und auch bei sehr großen Stegabständen nur ein geringfügiges Absinken der
Eigenfrequenz gegenüber der vollen Wand eintritt.
Es ist daher beispielsweise möglich, mit einem Bauelement nach der Erfindung bei nur etwa 25% des
Gewichts der vollen Wand dieselben Biegeeigenfrequenzen zu erzielen oder aber mit nur etwa einer
Verdoppelung des Wandgewichtes durch Anbringung von Stegen je nach Abstand der Stege ein Vielfaches der
Biegeeigenfrequenzen der ursprünglichen Wand zu erreichen.
Es hat sich gezeigt, daß bei Einhaltung der durch die Erfindung angegebenen Verhältnisse der Steg- und
Wandabmessungen bei den im Maschinenbau üblichen Gehäusen und Deckeln und den in der Regel
auftretenden Erregungen ohne weiteres eine wenigstens 3- bis 4fache Frequenzerhöhung erreicht werden
kann. Bei bekannten Wandelementen, die aus Festigkeitsgründen mit Stegen in Form von Versteifungsrippen
versehen sind, ist im Normalfall keine ausreichende Höhenverschiebung der Biegeeigenfrequenzen zu erhalten,
wobei unter ausreichend verstanden wird, daß die Resonanzen in den eingangs erwähnten Bereich
schwächerer Erregung gelangen.
Als obere Grenze für die praktische Ausführung des Bauelementes nach der Erfindung ergibt sich etwa das
2,5fache des ursprünglichen Gewichtes der unverrippten Wand.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Stege zumindest annähernd parallel zu den
Außenkon'uren des Bauelementes. Diese Ausbildung ist
aus Festigkeitsgründen und wegen der einfachen gußtechnischen Gestaltung von Vorteil.
Schließlich empfiehlt es sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Schraubenbutzen, durchgehende
Bohrungen od. dgl. an den Kreuzungsstellen der Stege anzuordnen. Die Schraubenbutzen oder sonstigen
zur Befestigung von Zubehörteilen od. dgl. an dem betreffenden Bauelement dienenden Wandteile erhalten
dadurch eine besondere Versteifung.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 den Querschnitt eines Bauelementes nach der Erfindung,
F i g. 2 eine Draufsicht des Bauelementes nach F i g. 1,
F i g. 3 ein das Verhältnis der relativen Frequenz zum relativen Rippenabstand betreffendes Diagramm,
Fig.4 ein weiteres Diagramm über das Verhältnis
des relativen Gewichtes zum relativen Rippenabstand,
F i g. 5 eine Seitenansicht eines Kurbelgehäuseoberteiles nach der Erfindung und
F i g. 6 eine Vorderansicht des Kurbelgehäuses nach Fig. 5.
Aus den F i g. 1 und 2 ist der grundsätzliche Aufbau eines geräuschdämmenden Elementes 1 nach der
Erfindung ersichtlich. Dieses besteht aus einem plattenförmigen Teil 2, der an der Wand 4, in regelmäßigen
Abständen voneinander Stege 3 und 3' aufweist, die einander im rechten Winkel kreuzen. Die Maßverhältnisse
sind dabei entsprechend dem Erfindungsgedanken so gewählt, daß die Gesamt-Querschnittshöhe Λ
(Steghöhe, vermehrt um die Wanddicke s) mindestens viermal so groß als die Wanddicke s ist und außerdem
die lichte Weite f'-s'bzw. f-s'(Rippenabstand f'bzw.
i, vermindert um die Stegbreite s') mehr als viermal so groß als die Stegbreite s'ist.
Aus dem Diagramm nach F i g. 3 ist der Zusammenhang der relativen Frequenz f/fw, d. h. also der
möglichen Vervielfachung der Eigenfrequenz des erfindungsgemäßen Bauelementes gegenüber der
Eigenfrequenz fw einer unverrippten Wand, mit dem
relativen Rippenabstand (t'—s' bzw. t—s'), also dem Verhältnis der lichten Weite zwischen den Stegen zur
Stegbreite, zu entnehmen. Als Parameter der aus dem Diagramm ersichtlichen Kurvenschar ist das Verhältnis
h/s, d. h. die relative Rippenhöhe, verwendet. Das Verhältnis ΛΛ=1 entspricht dabei der unverrippten
Wand. Die relative Frequenz ist für diesen FaU gleich 1.
Die technisch brauchbaren Grenzen für die verschiedenen Verhältniswerte sind in dem Diagramm durch
unterschiedliche Schraffur hervorgehoben. Das rechtsschraffierte Gebiet A wird durch die praktisch
realisierbaren Grenzwerte 4 und 14 des relativen Ripptnabstandes nach beiden Diagrammseiten hin
abgegrenzt. Als untere Grenze des Gebietes A wird eine relative Steghöhe h/s= 4 angenommen.
Das technisch anwendbare Gebiet des Diagramms nach Fig.3 kann aber auch nach einem anderen
Gesichtspunkt, entsprechend dem linksschraffierten Bereich B in Fig.3, definiert werden. Hier wird als
praktisch brauchbare untere Grenze eine relative Frequenz von 4 angenommen, wogegen die obere
Grenze durch die Gerade ^bestimmt ist, die den oberen zulässigen Grenzwert für das relative Gewicht G/Gw
von 2,5 repräsentiert. Dabei bedeutet G das Gewicht der verrippten und Gw das Gewicht der unverrippten
Wand.
Aus dem Diagramm der Fig.4 ist der Zusammenhang
zwischen dem relativen Gewicht G/Gw und dem relativen Ripenabstand (t1—s')/s'bzw. für verschiedene
relative Steghöhen h/s ersichtlich. Die technisch anwendbaren Grenzen der genannten Verhältniswerte
sind in Analogie zum Diagramm der F i g. 3 durch das rechtsschraffierte Gebiet A' und das linksschraffierte
Gebiet ^'bestimmt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen praktischen Anwendungsfall
der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine. Die gesamte Seitenwand 5 und Teile der Stirnwand 6
des dargestellten Kurbelgehäuse-Oberteiles sind als geräuschdämmende Wände nach der Erfindung ausgebildet
und mit von der Außenwandfläche abstehenden Stegen 3 und 3' versehen, die im wesentlichen parallel zu
den Außenkonturen der betreffenden Wandteile verlaufen. Bei der Seitenwand 5 bilden die Stege 3 und 3' somit
ein nahezu durchgehendes orthogonales Stegsystem. Die Stegabmessungen und -abstände sowie die Wand-Stärkenverhältnisse
entsprechen den durch die Erfindung festgelegten Verhältniswerten.
Wie F i g. 5 zeigt, sind Schraubenbutzen 7 für die Befestigung von Zubehörteilen der Brennkraftmaschine
in das Stegsystem mit einbezogen und jeweils an Kreuzungspunkten der Stege 3 und 3' angeordnet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel,
sondern ist auch für die Gestaltung von Gehäusen bzw. Gehäuseteilen beliebiger anderer Maschinen, deren
Wandungen durch Körperschall erregt werden, geeignet. Voraussetzung für den erwünschten geräuschdämmenden
Effekt ist dabei die Einhaltung der durch die Erfindung definierten Verhältniswerte.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Geräuschdämmende Wand eines Gehäuses bzw. Gehäuseteile einer Brennkraftmaschine, wel- -,
ehe zur Erhöhung der Eigenfrequenzen durch Versteifung möglichst starr ausgebildet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Versteifung an der Wand (4) in an sich bekannter Weise von der
Wand abstehende parallele und in Abständen (t) w voneinander angeordnete Stege (3) aufweist und daß
die Stege (3) durch weitere etwa senkrecht kreuzende, der Versteifung dienende Stege (3')
ergänzt sind, wobei das Verhältnis von Steghöhe plus Wanddicke (h) zur Wanddicke (s) mindestens 4 ι -,
beträgt und das Verhältnis der lichten Weite (t—s' bzw. t'—s') zwischen benachbarten Stegen (3 bzw.
3') zur Stegbreite ^s^zwischen 4 und 14 liegt
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3 bzw. 3') zumindest _>o
annähernd parallel zu den Außenkonturen des Bauelementes verlaufen.
Applications Claiming Priority (1)
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