DE2243329C3 - Geräuschdämmendes, wandbildendes Bauelement für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Geräuschdämmendes, wandbildendes Bauelement für BrennkraftmaschinenInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
- F02B77/13—Acoustic insulation
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- 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
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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Description
25
f - konst.
Die Erfindung betrifft eine geräuschdämmende Wand eines Gehäuses bzw. Gehäuseteils einer Brennkraftmaschine,
weiche zur Erhöhung der Eigenfrequenzen durch Versteifung mö^'jchst starr ausgebildet ist
Es ist bekannt daß Frequenz-^iektren von körperschallerregenden
Vorgängen entweder mit steigender Frequenz stetig abfallen, wie dies beispielsweise beim
Brennraumdnick einer Brennkraftmaschine der Fall ist,
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 kleiner wird
Jeder Bauteil hat nun ein · Vielzahl von Eigenfrequeizen,
die durch den eingeleiteten Körperschall erregt werden. Wenn es gelingt durch entsprechende konstruktive
Gestaltung des betreffenden Bauteiles die 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 Wandelementen
hängen ab von der Wandstärke, der Stützweite und den Materialeigenschaften. Die grundsätzliche Abhängigkeit
dieser Größen ist durch die Gleichung
gegeben.
wöbet f die Frequenz, s die Wandstärke, X die
Stützweite, £den Elastizitätsmodul und ρ die Dichte des
Wandmatertals bedeutet Die Konstante hängt ab von dar Art und Steifheit der Stützung. Sie ist durch die
Konstruktion vorgegeben und daher nur im geringen Ausmaß beeinflußban
Durch eine Abänderung der Stützweite wäre zufolge 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 vinirde. An Stelle eines
Graugußgehäuses wurde ein Gehäuse aus Magnesium mit gleichem Gewicht, <L 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 KonOsionsprobleme und die
beträchtlichen Materialkosten haben eine Verbreitung dieser Lösung der bestehenden Geräuschprobleme
bisher unterbunden.
Es ist nun das Ziei der vorüegenden Erfindung, eine
geräuschdämmende Wand anzugeben, weiche bei großer Steifigkeit bei nur geringem Mehraufwand an
Material eine wesentlich veningerte Schallabstrahlung gewährleistet Diese Wand soll zur Herstellung von
Maschinengehäusen an Brennkraftmaschinen geeignet sein, weiche Bauteile durch Körperschalleinleitung zu
Schwingungsvorgängen angeregt werden und dadurch Luftschall abstrahlen. Erfinduingsgemäß 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 -t 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 F.inhaltung 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 wenig stens 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 Verständen 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 ί
die Stege zumindest annähernd parallel zu den Außenkonturen des Bauelementes. Diese Ausbildung ist
aus Festigkeitsgründen und wegen der einfachen gußtechnisch-n 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 ι g. 2 eine Draufsicht des Bauelementes nach f- ■ g. 1,
F i g. 3 ein das Verhältnis der relativen Frequenz zum
relativen Rrppenabstand betreffendes Diagramm,
Fig.4 ein weiteres Diagramm über das Verhältnis
des relativen Gewichtes zum relativen Rippenabstand,
Fig.5 eine Seitenansicht eines Kurbelgehäuseoberteiles nach der Erfindung und
F i g. 6 eine Vorderansicht des Kurbelgehäuses nach Fig.5
Aus den Fig. 1 und 2 ist der grundsätzliche Aufbau ω
eines geräuschdämmenden Elementes I 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 h (Steghöhe, vermehrt um die Wanddicke s) mindestens
viermal so groß als die Wanddicke s ist und außerdem die lichte Weite t'—s'bzw. t—s'(Rippenabstand /'bzw.
C, 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/f„, d. h. also der
möglichen Vervielfachung der Eigenfrequenz des 4» erfindungsgemäßen Bauelementes gegenüber der
Eigenfrequenz /„ einer unverripplen 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 vt
Diagramm ersichtlichen Kurvenschar ist das Verhältnis h/s. d. h. die relative Rippenhöhe, verwendet. Das
Verhältnis h/s=\ entspricht dabei der unverrippten Wand. Die relathe Frequenz ist für diesen Fall gleich 1.
Die technisch brauchbaren Grenzen für die verschiedenen Verhältniswerte sind in dem Diagramm du-ch
unterschiedliche Schraffur hervorgehoben. Das rechtsschraffierte Gebiet A wird durch die praktisch
realisierbaren Grenzwerte 4 und 14 des relativen Rippenabstandes 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 F i g. 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 G„ das Gewicht der unverrippten
Wand.
Aus dem Diagramm der Fig.Λ ist der Zusammenhang
zwischen dem relativen Gewicht G'/G» und dem relativen Ripenabstandfr'—s')/s 'bzw. -^J. für verschiedene
relative Steghöhen h/s ersichtlich. Die technisch anweisbaren Grenzen der genannten Verhältniswerte
sind in Analogie zum Diagramm der F i g. 3 durch das rechtsschraffierte Gebiet A' und das linksschraffierte
Gebiet ß'bestimmt
Die F i g. 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 Wandteife 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 Fig.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 ?rf;,«dung definierten Verhältniswerte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:I. Geräuschdämmende Wand eines Gehäuses bzw. Gehäuseteil einer Brennkraftmaschine, welehe 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) 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 rs beträgt und das Verhältnis der lichten Weite (t—s" bzw. l'—sf) zwischen benachbarten Stegen (3 bzw. 3'} zur Stegbreite (s") zwischen 4 und 14 liegtZ Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ffeiß die Stege (3 bzw. 3') zumindest annähernd paraiiei zu den ÄuBenkonniren des Bauelementes verlaufen.
Applications Claiming Priority (1)
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AT840171A AT325897B (de) | 1971-09-28 | 1971-09-28 | Wandbildendes bauelement, insbesondere gehäuse bzw. gehauseteil einer kraft- oder arbeitsmaschine |
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Family Applications (1)
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