DE4304628C2 - Schalldämpfende Gehäuseauskleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schalldämpfende Gehäuseauskleidung, umfassend eine selbsttragende und Luftschall dämpfende Schicht aus Fasern, wobei die Fasern zumindest im Bereich des die Schicht außenseitig umschließenden Randes zu einem im we­ sentlichen porenfreien Stützrahmen verdichtet und verklebt sind.

Eine solche Gehäuseauskleidung ist aus der DE 36 01 204 A1 bekannt. Die Ge­ häuseauskleidung ist für den Motorraum von Kraftfahrzeugen vorgesehen und besteht aus einem in drei Schichten aufgebauten Formkörper aus Fasermaterial. Die erste Schicht ist aus einem thermisch hochbelastbaren Kunststoffasermate­ rial, die zweite Schicht aus einem anorganischen, thermisch hochbelastbaren Fasernmaterial und die dritte Schicht aus einem textilen Fasermaterial gebildet. Die erste Schicht ist als Kaschierung der zweite n Schicht vorgesehen und in Richtung der Schallquelle angeordnet. Die erste Schicht ist dazu vorgesehen, die wenig scheuerbeständige und gegen Kratzer empfindliche anorganische zweite Faserschicht mit einem mechanisch widerstandsfähigem Überzug zu versehen. Die dritte Schicht ist im Bereich ihrer Erstreckung unterschiedlich stark verdich­ tet und verklebt, wobei die Verdichtung in Richtung des Stützrahmens zuneh­ mend vergrößert ist.

Aus der DE 30 39 651 A1 ist eine luftschallschluckende, verformte Platte be­ kannt, die aus einem tiefgezogenen Vlies aus Polyesterfasern und einer luft­ durchlässigen Abdeckschicht besteht. Das Vlies weist eine sich in unregelmäßi­ gen Abständen wiederholende Veränderung seiner Wandstärke auf, wobei der Strömungswiderstand 30 bis 100 Rayl aufweist. Die Profilierung wird durch Prägewalzen auf die Platte aufgebracht, wobei das Vlies anschließend eine Wandstärke von 1 bis 3 mm aufweist. Durch die Dünnwandigkeit der Platte trocknet diese nach der Einwirkung von Feuchtigkeit schnell aus, so daß bei starker Verschmutzung eine Reinigung mit üblichen Hochdruckreinigungsgeräten möglich ist.

Aus der DE 40 11 705 C2 ist ein luftschallabsorbierendes Formteil bekannt, das auf seiner zur Schallquelle gerichteten Oberfläche eine Vielzahl von Helmholtz- Resonatoren hat, die zur Absorption verschiedener Luftschall-Frequenzen unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Das Formteil als Plattenabsorber ausgebildet und kann auf seiner zur Schallquelle gerichteten Oberfläche mit einer porösen Schicht, beispielsweise einem Vliesstoff oder einem offenporigen Schaumstoff bedeckt sein.

Aus der DE 36 21 658 A1 ist eine weitere Gehäuseauskleidung bekannt. Sie besteht aus mit Bindemittel vermischten Wirrfaserwerkstoffen, die durch Druck- und Wärmeanwendung gitterförmig verpreßt eine selbsttragende Einheit ergeben. Die Gehäuseauskleidung umfaßt kissenförmige Einzelelementen, die jeweils eine vom Zentrum in Richtung ihrer Begrenzung zunehmende Verdich­ tung aufweist. Die Formstabilität der Gehäuseauskleidung geht allerdings zu Lasten der Schallabsorption höherer Frequenzen, da die Bereiche der niedrig verdichteten Fasern vergleichsweise klein sind. Um diesen Nachteil zu vermei­ den ist es vorgesehen, daß mehrere Schichten der vorbekannten Gehäuseaus­ kleidungen übereinander angeordnet werden, wodurch allerdings ein relativ gro­ ßer Raumbedarf erforderlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalldämpfende Gehäuseauskleidung der ein­ gangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß eine breitbandigere Schall­ absorption in einem Frequenzbereich von 50 bis 10 000 Hz ermöglicht wird und daß bei gleichem Flächenbedarf eine Vergrößerung der Absorptionsfläche erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprü­ che Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Schicht an zumindest einer ersten Stelle mit einer napfartigen Vorwölbung versehen ist, daß die Vorwölbung von Absorptionsflächen begrenzt ist, die einen Strö­ mungswiderstand von 20 bis 200 Rayl aufweisen, daß die Schicht an zumindest einer zweiten Stelle auf der dem Luftschall abgewandten Seite zumindest teil­ weise mit einer luftundurchlässigen, folienartigen Beschichtung versehen ist und daß mit der Beschichtung versehene Vorwölbungen zur Bildung von Helmholtz- Resonatoren auf der dem Luftschall zugewandten Seite von jeweils einer Durch­ trittsöffnung durchdrungen sind. Durch den verdichteten und verklebten Stütz­ rahmen aus Fasern ergibt sich eine formstabile selbsttragende Struktur der Ge­ häuseauskleidung und die Befestigung an Tragkörpern, beispielsweise Abdeck­ hauben, ist durch diese Ausgestaltung vereinfacht. Der Stützrahmen kann bei­ spielsweise erste Befestigungselemente aufweisen, die mit zweiten Befesti­ gungselementen des Tragkörpers in Eingriff bringbar sind. Eine besonders ein­ fache Verbindung zwischen der Gehäuseauskleidung und dem Tragkörper kann durch eine Schnappverbindung gebildet sein. Die Vorwölbungen bedingen eine Vergrößerung der Absorptionsfläche, wobei der Strömungswiderstand zwischen 20 und 200 Rayl, bevorzugt zwischen 50 und 150 Rayl, einen Absorptionsgrad bedingt, der zum Frequenzspektrum der Lärmquelle gezielt abgestimmt werden kann. Ein Rayl entspricht 10 Ns/m³.

Die einstückige Ausgestaltung von Helmholtz-Resonatoren mit der Gehäuseaus­ kleidung ermöglicht die Schallabsorption unterschiedlicher, bevorzugt jedoch niedriger Frequenzen von weniger als 800 Hz. Die Helmholtz-Resonatoren können in ihrem Volumen, im Durchmesser ihrer Durchtrittsöffnung und in ihrer Halslänge variiert werden. In Verbindung mit den Vorwölbungen, die bevorzugt einen Strömungswiderstand zwischen 50 und 150 Rayl aufweisen, ist dadurch eine sehr gute Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich möglich, der den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepaßt werden kann. Im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Gehäuseauskleidung ist von hervorzuhe­ bender Bedeutung, daß die Helmholtz-Resonatoren einstückig mit der Faserschicht ausgebildet sind.

Hinsichtlich einer möglichst breitbandigen Schallabsorption können die Vorwöl­ bungen 10 bis 90% der Gesamtfläche der Schicht überdecken, wobei 10 bis 90% der Vorwölbungen als Helmholtz-Resonatoren ausgebildet sind.

Die Fasern können beispielsweise aus Baumwolle bestehen.

In Teilbereichen der Schicht, die innerhalb des Stützrahmens angeordnet sind, können weitere Fasern zu einem im wesentlichen porenfreien Stützelement ver­ dichtet und verklebt sein. Die innerhalb des Stützrahmens angeordneten Stütz­ elemente können als Stützstege mit einem zweckmäßigen Verlauf ausgebildet sein, die den Stützrahmen z. B. X-förmig aussteifen. Selbst bei Verwendung von im wesentlichen porenfreien Stützelementen innerhalb des Stützrahmens besteht ein wesentlicher Teil der Gehäuseauskleidung aus relativ niedriger verdichteten Fasern wodurch eine gute Schallabsorption hoher Frequenzen von mehr als 800 Hz begünstigt wird.

Einander überkreuzende Stützelemente vergrößern die Formsteifigkeit der Ge­ häuseauskleidung.

Eine weitere Vergrößerung der Formsteifigkeit kann dadurch erreicht werden, daß die Vorwölbungen im Stützrahmen und/oder im Stützelement angeordnet sind und sich parallel zur Längsrichtung von deren Profil erstreckt. Durch ein im wesentlichen U-förmiges Profil von Stützrahmen und/oder Stützelement wird eine zunehmende Biege- und Torsionssteifigkeit bedingt.

Die Vorwölbungen, die im Stützrahmen und/oder im Stützelement angeordnet sind, können in einer dichten Aufeinanderfolge angeordnet sein, wobei die auf­ einanderfolgenden Vorwölbungen einander im Bereich ihrer Stirnseiten überlap­ pen. Durch diese Ausgestaltung tragen die außerhalb des Stützrahmens und/oder der Stützelemente befindlichen Bereiche niedrigverdichteter Fasern zur Schallabsorption höherer Frequenzen und die als Vorwölbungen ausgebildeten Bereich zur Absorption tieferfrequenter Schwingungen bei.

Die Vorwölbungen und deren Anordnung in einer dichten Aufeinanderfolge bewirken eine große Absorptionsfläche.

Die Vorwölbungen können zur Erzeugung der Überlappung einen im wesentli­ chen V-förmig gestalteten Grundriß haben. Die einander benachbarten Vorwöl­ bungen sind dadurch bei einer Verformung der Gehäuseauskleidung miteinander in Eingriff bringbar, wodurch eine zusätzliche Versteifung bedingt ist. Neben ei­ nem im wesentlichen V-förmigen Grundriß kann dieser auch U-förmig ausgebil­ det sein. Der Stützrahmen und/oder die Stützelemente können ein in Richtung des Trägerelements offenes, U-förmiges Profil aufweisen, wodurch in Verbin­ dung mit den napfartigen Vorwölbungen Kammern gebildet sind, die zur Schall­ absorption genutzt werden. Die erfindungsgemäße Gehäuseauskleidung kann mit jeder beliebigen Unterlage verklebt oder auf diese aufgeklipst bzw. ge­ schraubt werden. Das Trägerelement kann beispielsweise durch die Motorhaube eines Kraftfahrzeugs gebildet sein, wobei die Gehäuseauskleidung auf der dem Motor zugewandten Seite der Motorhaube befestigt ist.

Gelangt die erfindungsgemäße Gehäuseauskleidung beispielsweise als Decken­ verkleidung im Fahrzeuginnenraum zur Anwendung, besteht die Möglichkeit, diese auf der der Schallquelle zugewandten Seite mit einem Oberflächenbezug aus porösem, offenporigen Werkstoff zu überdecken. Insbesondere im höherfre­ quenten Bereich kann dadurch eine nochmalige Verbesserung der Schallabsorp­ tion erzielt werden.

In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gehäuse­ auskleidung dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels von der der Schallquelle zugewandten Seite.

Fig. 2 einen Querschnitt der Gehäuseauskleidung aus Fig. 1 auf einem Tragkör­ per montiert

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in quergeschnittener Darstellung und

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel in quergeschnittener Darstellung, wobei die Vorwölbungen teilweise als Helmholtz-Resonatoren ausgebildet sind.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gehäuseauskleidung gezeigt, die auf der Innenseite einer Motorhaube 13 befestigt ist. Die Gehäuse­ auskleidung besteht aus einer Luftschall dämpfenden Schicht 1 aus Fasern 2, wobei der Rand 3 der Gehäuseauskleidung zu einem Stützrahmen 4 verdichtet und verklebt ist. Als Kleber kann beispielsweise ein Phenolharz oder ein ther­ moplastisches Bindemittel verwendet werden. Um die Gehäuseauskleidung zu­ sätzlich zu dem Stützrahmen 4 zu versteifen, sind weitere Fasern 2, die inner­ halb des Stützrahmens 4 liegen, zu einem im wesentlichen X-förmigen Stützele­ ment 7 verdichtet und verklebt. Hinsichtlich einer möglichst großen Oberfläche zur breitbandigen Schallabsorption ist es im Rahmen der vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiele vorgesehen, daß sowohl der Stützrahmen 4 als auch das Stütz­ element 7 eine Vielzahl von Vorwölbungen 5 aufweisen, die in den Ausfüh­ rungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 und 4 zumindest teilweise als Helm­ holtz-Resonatoren 10 ausgebildet sind. Die Helmholtz-Resonatoren 10 sind mit jeweils einer in Richtung der Schallquelle angeordneten Durchtrittsöffnung 12 für Luft versehen. Die Helmholtz-Resonatoren 10 sind auf die Frequenz des zu absorbierenden Luftschalls abgestimmt und weisen unterschiedliche Volumina und/oder Öffnungsquerschnitte der Durchtrittsöffnungen 12 auf. Die Vorwöl­ bungen, die als Helmholtz-Resonatoren ausgebildet sind, sind auf der dem Luft­ schall abgewandten Seite 8 mit einer luftundurchlässigen, folienartigen Be­ schichtung 9 versehen, die beispielsweise aufgeklebt sein kann. Im Bereich der Durchtrittsöffnung 12 ist auch die Beschichtung 9 durchdrungen. Die Vorwöl­ bungen 5, die nicht als Helmholtz-Resonatoren ausgebildet sind, bestehen aus verdichteten und verklebten Fasern, wobei deren Absorptionsflächen 6 einen Strömungswiderstand aufweisen, der bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 150 Rayl liegt. Zur Erzielung einer möglichst breitbandigen Schallabsorption sind die Vorwölbungen beispielsweise mit unterschiedlichen Wandstärken und daraus resultierenden unterschiedlichen Strömungswiderständen versehen.

Die Vorwölbungen 5 sind im Bereich des Stützrahmens 4 im wesentlichen recht­ eckig ausgebildet und folgen einander dicht auf. Eine zusätzliche Versteifung der Gehäuseauskleidung wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch er­ zielt, daß die entlang des Stützelements 7 angeordneten, aufeinanderfolgenden Vorwölbungen 5 einander im Bereich ihrer Stirnseiten V-förmig überlappen.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß nahezu die gesamte, dem Luftschall zugewandte Oberfläche der Gehäuseauskleidung zur Luftschallabsorption genutzt wird. Die gesamte Gehäuseauskleidung ist einstückig hergestellt und besteht aus Fasern 2, die im Bereich des Stützrahmens 4 und des Stützelements 7 zur Bildung von Vorwölbungen 5 verdichtet und verklebt sind, während die nicht verklebten Be­ reiche aus einer Luftschall dämpfenden Schicht 1 aus Fasern bestehen.

Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ist in Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Vorwölbungen 5 weisen unterschied­ liche Wandstärken auf, wobei der Strömungswiderstand der Vorwölbungen 5 50 bis 150 Rayl beträgt. Die größere der Absorptionsfläche 6 der Vorwölbungen 5 ermöglicht eine Luftschallabsorption in einem Frequenzbereich von 50 bis 10 000 Hz. wobei auf der dem Luftschall abgewandten Seite 8 des Helmholtz- Resonators 10 eine luftundurchlässige, folienartige Beschichtung 9 angeordnet ist, die im Bereich der Durchtrittsöffnung 12 des Helmholtz-Resonators 10 durchdrungen ist. Die Beschichtung 9 erstreckt sich lediglich im Bereich der Helmholtz-Resonatoren 10, so daß die napfartigen Vorwölbungen 5, die auf der dem Luftschall zugewandten Seite 11 geschlossen sind, den gewünschten Strömungswiderstand aufweisen.

Claims (9)

1. Schalldämpfende Gehäuseauskleidung, umfassend eine selbsttragende und Luftschall dämpfende Schicht aus Fasern, wobei die Fasern, zumindest im Bereich des die Schicht außenseitig umschließenden Randes zu einem im we­ sentlichen porenfreien Stützrahmen verdichtet und verklebt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schicht (1) an zumindest einer ersten Stelle mit einer napfartigen Vorwölbung (5) versehen ist, daß die Vor­ wölbung (5) von Absorptionsflächen (6) begrenzt ist, die einen Strö­ mungswiderstand von 20 bis 200 Rayl aufweisen, daß die Schicht (1) an einer zweiten Stelle auf der dem Luftschall abgewandten Seite (8) zumindest teilweise mit einer luftundurchlässigen, folienartigen Be­ schichtung (9) versehen ist und daß mit der Beschichtung (9) versehene Vorwölbungen (5) zur Bildung von Helmholtz-Resonatoren (10) auf der dem Luftschall zugewandten Seite (11) von jeweils einer Durchtrittsöff­ nung (12) durchdrungen sind.

2. Gehäuseauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand 50 bis 150 Rayl beträgt.

3. Gehäuseauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (1) aus Fasern (2) mit den Vorwölbungen (5) einstückig ineinander übergehend ausgebildet ist.

4. Gehäuseauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwölbung (5) 10 bis 90% der Gesamtfläche der Schicht (1) überdecken und daß 10 bis 90% der Vorwölbungen (5) als Helmholtz- Resonatoren (10) ausgebildet sind.

5. Gehäuseauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Teilbereichen der Schicht (1), die innerhalb des Stützrahmens (4) angeordnet sind, weitere Fasern (1) zu einem im wesentlichen poren­ freien Stützelement (7) verdichtet und verklebt sind.

6. Gehäuseauskleidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einander überkreuzende Stützelemente (7) vorgesehen sind.

7. Gehäuseauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwölbungen (5) im Stützrahmen (4) und/oder im Stützele­ ment (7) angeordnet sind und sich parallel zur Längsrichtung von deren Profil erstreckt.

8. Gehäuseauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwölbungen (5), die im Stützrahmen (4) und/oder im Stütz­ element (7) angeordnet sind, in einer dichten Aufeinanderfolge ange­ ordnet sind und daß die aufeinanderfolgenden Vorwölbungen (5) einan­ der im Bereich ihrer Stirnseiten überlappen.

9. Gehäuseauskleidung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwölbungen (5) zur Erzeugung der Überlappung einen im wesent­ lichen V-förmig gestalteten Grundriß haben.