DE3119499C2 - Körperschalldämpfer - Google Patents

Abstract

Der Körperschalldämpfer besteht aus einem Wellenleiter, der mittels einer diesen zumindest teilweise umgebenden Dämpfungsmasse reflexionsfrei abgeschlossen ist und der mit einem zu bedämpfenden Körper kraftschlüssig verbunden ist. Der Wellenleiter weist lokale Steifigkeitsverringerungen, z.B. Einschnitte, zur Erzeugung hoher, durch Körperschallschwingungen verursachter Relativbewegungen zwischen den an die Steifigkeitsverringerungen angrenzenden Bereichen auf, welche in einer Dämpfungsmasse, die zumindest im Bereich der Steifigkeitsverringerungen angeordnet ist, in Wärme umgesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Körperschalldämpfer mit einem Wellenleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Wellenleiter ist beispielsweise aus der DE-OS 22 29 420 bekannt, bei welchem Körperschallschwingungen in einen hornteilförmigen Wellenleiter eingeleitet und an dessen freien, sich verjüngenden Ende durch eine Dämpfungsmasse absorbiert werden.

Ein anderer Körperschalldämpfer ist aus der DE-OS 35 020 bekannt, bei dem mehrere Resonanzzungen als Wellenleiter dienen, wobei die Schwingungen der Zungen durch Zwischenlagen aus einem Dämpfungsstoff gedämpft werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad derartiger Körperschalldämpfer durch eine bessere Ausnutzung der Dämpfungsmasse zu erhöhen. Diese Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen nach Patentanspruch 1 ausgebildeten Körperschalldämpfer.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der Ausbreitung von Körperschallschwingungen in einem homogenen Wellenleiter die Punkte mit maximaler Auslenkungsdifferenz den Abstand einer halben Wellenlänge haben; im Hörbereich kann die Wellenlänge bei Körperschallschwingungen einige cm betragen.

Unmittelbar" benachbarte Punkte des Wellenleiters besitzen daher nur eine geringe Auslenkungsdifferenz, & h, benachbarte Punkte bewegen sich relativ zueinander nur wenig, so daß die lokale Verformung der Dämpfungsmasse ebenfalls nur gering ist

Aus diesem Grund dienen die in dem Wellenleiter gemäß der DE-OS 22 29 420 vorgesehenen Schwächungen der Biegesteifigkeit auch nur dazu, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Körperscballwellen zu ίο schwächen, um damit eine Verkürzung der Baulänge zu ermöglichen; eine Reflexion bzw. Umlenkung von Körperschallwellen ist dabei weder vorgesehen noch erwünscht

Bei mathematischer Formulierung kann die Relativbewegung im Wellenleiter und der umgebenden Dämpfungsmasse durch den örtlichen Gradienten der Auslenkungsfunktion beschrieben werden. In einem homogenen Medium ist dieser umgekehrt proportional zur Wellenlänge und damit im Hörbereich vergleichsweise klein. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen lokalen Steifigkeitsverringerungen, z.B. durch einen Einschnitt oder eine Einkerbung, macht die Auslenkungsfunktion einen Sprung, so daß der Gradient an dieser Stelle groß ist Eine an dieser Stelle vorgesehene Dämpfungsmasse wird daher wesentlich stärker verformt und besser zur Dämpfung ausgenutzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Körperschalldämpfers können den Unteransprüchen bzw. den nachfolgend beschriebenen Figuren entnommen werden.

Es zeigt in teilweise schematischer Darstellung Fig. 1 einen scheibenförmigen Körperschalldämpfer mit annähernd linienförmtger Befestigung;

F i g. 2 einen scheibenförmigen Körperschalldämpfer mit annähernd punktförmiger Befestigung;

Fig.3 einen kreisscheibenförmigen Körperschalldämpfer mit radialen und konzentrischen Steifigkeitsverringerungen;

Fig.4 einen kreisscheibenförmigen Körperschalldämpfer mit spiralförmiger Steifigkeitsverringerung;

F i g. 5 einen Querschnitt durch einen Körperschalldämpfer mit einem Wellenleiter;

F i g. 6 einen Querschnitt durch einen Körperschalldämpfer mit zwei übereinander angeordneten Wellenleitern;

F i g. 7 einen Querschnitt durch einen Körperschalldämpfer mit mehreren übereinander angeordneten Wellenleitern, weldie in einem Gehäuse mit einer flüssigen Dämpfungsmasse angeordnet sind. Der in Fig. 1 dargestellte Körperschalldämpfer 1 weist einen scheibenförmigen Wellenleiter 2 aus einem hartelastischen Material, z. B. Stahl auf, welcher längs einer Befestigungslinie 3 mit einem nicht dargestellten, zu bedämpfenden Körper kraftschlüssig verbindbar ist. Der Wellenleiter ist durch Einschnitte oder Einkerbungen 4.1 bis 4.4 und 5.1 bis 5.4 in nebeneinanderlieger.de Bereiche 2.1 bis 23 bzw. 2.6 bis 2.10 unterteilt. Die Einschnitte bzw. Einkerbungen 4.1 bis 4.4 bzw. 5.1 bis 5.4 gehen von der äußeren Umrandung des Wellenleiters 2 aus und verlaufen schräg nach innen in Richtung auf die Befestigungslinie 3, vor der sie in einem gewissen Abstand enden. Die einzelnen Bereiche 2.1 bis 2.10 werden durch parallel zur Befestigungslinie 3 verlaufende Linien 2.1.1, 2.1.2, 2.1J ... von den Rändern her wechselweise so eingeschnitten bzw. eingekerbt, daß ein zick-zack-förmiger, labyrinthartiger Verlauf des Wellenleiters innerhalb der Bereiche 2.1 bis 2.10 entsteht. Körperschallschwingungen, welche über die Befesti-

gungslinie 3 senkrecht oder parallel zur Plattenebene in den Wellenleiter eingekoppelt werden, stoßen auf die obengenannten Steifigkeitsverringerungen, durch welche sie in ihrer Laufrichtung ständig abgelenkt werden. Diese physikalisch schwer zu beschreibenden Ablenkvorgänge führen dazu, daß die an eine Steifigkeitsverringerung angrenzenden Bereiche des Wellenleiters sich ständig relativ zueinander bewegen.

Der Wellenleiter 2 ist nun zumindest einseitig und zumindest im Bereich der erwähnten Steifigkeitsverringerungen mit einer Dämpfungsmasse aus viskoelastischem Material beschichtet Die hohen Relativbewegungen des Wellenleiters im Bereich der Steifigkeitsverringerungen führen zu einer entsprechend kräftigen Verformung der Dämpfungsmasse und damit zu einer hohen Dämpfung, so daß die einmal über die Befestigungslinie 3 eingekoppelten Schwingungen in dem Körperschalldämpfer nahezu vollständig absorbiert werden.

Aus dem oben beschriebenen Sachverhalt wird ersichtlich, daß die Dämpfungswirkung des Körperschalldämpfers in erheblichem Maße von de; Gesamtlänge aller Steifigkeitsverringerungen bestimmt wird.

Bei dem in Fig.2 dargestellten scheibenförmigen Körperschalldämpfer 6 erfolgt die Befestigung des Wellenleiters 7 an einem zu bedämpfenden Körper punktförmig über die Befestigungsstelle 8. In diesem Fall laufen die eingekoppelten Körperschallschwingungen radial vom Punkt 8 aus nach außen und treffen auf erste, im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung angeordnete Steifigkeitsverringerungen 9.1, 10.1, 11.1 und 12.1, von denen sie dann durch weitere Steifigkeitsverringerungen 9.2, 10.2, 11.2 und 12.2 usw. in vier labyrinthartig unterteilte Sektoren 9, 10, 11 und 12 geleitet werden. Der Wellenleiter 6 ist wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest einseitig und zumindest im Bereich der Steifigkeitsverringerungen mit einer Dämpfungsmasse beschichtet. Die Dämpfung von Körperschallwellen geschieht in gleicher We.jse wie bei dem in F i g. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Fig.3 zeigt einen kreisscheibenförmigen Körperschalldämpfer 13, dessen Wellenleiter 14 durch radial verlaufende Steifigkeitsverringerungen 15.1 bis 15.4 in Sektoren 14.1 bis 14.4 unterteilt wird. Die einzelnen Sektoren sind durch im wesentlichen konzentrisch verlaufende Steifigkeitsverringerungen 16.1, 16.2, ... labyrinthartig eingeschnitten. Eine derartige Scheibe kann entweder punktförmig am Befestigungspunkt 17 oder linienförmig an einem Innenradius 18 (gestrichelt dargestellt) oder Außenradius 19 mit dem zu bedämpfenden Körper kraftschlüssig verbunden werden.

Die Belegung der Dämpfungsmasse und die dämpfende Wirkung geschieht in der vorbeschriebenen Art und Weise. Ein derartiger Körperschalldämpfer kann vorteilhafterweise an Laufrädern aus Metall, wie z. B. Schienenräder, Zahnräder u. dg!, zur Anwendung kommen.

Der in Fig.4 dargestellte Körperschalldämpfer 19 weist einen kreisscheibenförmigen Wellenleiter 20 auf, der durch eine spiralförmige Steifigkeitsverringerung 21 zu einem spiralförmigen Wellenleiter umgestaltet wird Die Ankopplung des Wellenleiters an den zu bedämpfenden Körper kann, ähnlich wie in Fig.3, entweder über einen Befestigungspunkt 22, einen (gestrichelt dargestellten) inneren Radius 23 oder an einem (ebenfalls gestrichelt dargestellten) äußeren Radius 24 kraftschlüssig verbunden werden. Die Belegung der Dämpfungsmasse, die körperschalldämpfende Wirkung, sowie die Anwendungsmögüchkeiten entsprechen dem

in vorbeschriebenen AusführungsbeispieL

Die F i g. 5 bis 7 zeigen Querschnitte durch Körperschalldämpfer, deren Wellenleiter beispielsweise nach Art der F i g. 1 bis 4 ausgebildet sein können.
Der in F i g. 5 dargestellte Körperschalldämpfer weist

einen flächenhaften Wellenleiter 25 auf, der einseitig vollständig mit einer Dampfungsmasse 26 aus einem viskoelastischen Material bedeckt ist- Die Ankopplung an den zu bedämpfenden Körper geschieht auf der der Dämpfungsmasse 26 gegenüberliegenden Seite des Wellenleiters an einem punkt- oder l^iienförmigen Teil 27 aus einem Körperschallschwirrgungen möglichst widerstandsfrei weiterleitenden Material. Eine derartige Befestigung muß insbesondere dann vorgesehen sein, wenn der Wellenleiter 25 beidseitig mit der Dämpfungsmasse beschichtet ist. Bei dem in F i g. 6 dargestellten Körperschalidämpfer sind zwei flächenhafte Wellenleiter 28 und 29 über ein Distanzstück 30 kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Einleitung von Körperschallschwingungen geschieht über ein weiteres Di-

jo stanzstück 31. Zwischen den Wellenleitern 28 und 29 befindet sich eine Dämpfungsmasse 32. Relativbewegungen der Wellenleiter, welche zu einer Verformumg der Dämpfungsmasse führen, treten somit nicht nur an der Grenze zu einem Wellenleiter, sondern auch zwischen beiden Wellenleitern auf.

Das in F i g. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel gleicht im Aufbau der Wellenleiter und der Ankopplung im wesentlichen dem in F i g. 6 dargestellten und beschriebenen Beispiel, jedoch sind hier mehrere Wellenleiter 33, 34, 35, 36 ... übereinander angeordnet und durch ent"· brechende Distanzstücke 37,38,39,... miteinander verbunden. Diese Distanzstücke bilden zusammen mit einem Ankopplungsstück 40 eine gemeinsame Basis, durch welche die einzelnen Wellenleiter kraitschlüssig angeregt werden. Das so gebildete Welltnleiterpaket ist von einem Behälter 41 hermetisch umschlossen, welcher eine Dämpfungsmasse, die in diesem Fall flüssig sein kann, enthält.

Es sei noch bemerkt, daß bei dem erfindungsgemäßen Körperschalldämpfer immer dann auf eine gesonderte Dämpfungsmasse verzichtet werden kann, wenn der Einsatz in einer Flüssigkeit erfolgt, z. B. Zahnräder in einem clgeschmierten Getriebe u. dgl.

Es sei weiterhin noch bemerkt, daß die erfindungsgemäß vorgesehener Maßnahmen auch an bekannten Körperschalldämpfern zur Anwendung kommen können. Bei einem hornteilförmigen Wellenleiter würde beispielsweise der reflexionsfreie Abschluß erleichtert werden, so daß ,dadurch die Hornteillänge verkürzt werden kann. Bei einem Resonanzabsorber kann der wirksame Frequenzbereich erweitert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

■ Patentansprüche:

1. Körperschalldämpfer mit einem Wellenleiter, der mittels einer Dämpfungsmasse reflexionsfrei abgeschlossen ist und schichtförmige, senkrecht zur lokalen Wellenlaufrichtung angeordnete mit Dämpfungsmasse versehene Steifigkeitsverringerungen im Wellenleitermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeitsverringerungen (2.1.1, 2.1.2, ...; 9.1, 9.2 ...; 16.1, 16.2 ... 21) innerhalb des Wellenleitermaterials derart dimensioniert und angeordnet sind, daß sie eine mehrfache Wellenlaufrichtungsänderung innerhalb des Wellenleiters (2,7,14,20) erzwingen.

2. Körperschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeitsverringerungen durch mit Dämpfungsmasse gefüllte Einschnitte im Wellenleitermaterial gebildet werden. '

3. Körperschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter scheibenförmig ausgebildet ist.

4. ICörperschalldämpfer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere scheibenförmig ausgebildete und übereinander angeordnete Wellenleiter (28, 29; 33 bis 36), weiche über die sie jeweils abschließende Dämpfungsmasse miteinander verbunden sind.

5. Körperschalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeitsverringerungen der einzelnen Wellenleiter deckungsgleich übereinander angeordnet sind (F i g. 6 und 7).

6. Körpefschalldämyfer nacn Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter untereinander und mit dem zu bedämpfenden Körper über Distanzstücke (30, 31; 37 bis 40) zur Einkopplung von Körperschallschwingungen verbindbar sind.

7. Körperschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher als schalldämmender Schirm ausgebildet ist.