DE4440192C2 - Akustisch bedämpftes Strukturteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisch bedämpftes Strukturteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung eines solchen Strukturteils.

Strukturteile, wie Längsträger, Querträger, Hilfsträger etc. umschließen zumindest teilweise einen Hohlraum, der als Resonanzkörper ein guter Überträger für Schallwellen ist. Zur Dämpfung der akustischen Eigenschaften enthält ein solcher Hohlkörper daher unter Umständen eine Tilgermasse, z. B. Teer, Blei, Beton oder ähnliche dämpfende Materialien. Für eine wirksame Schwingungsdämpfung sind dabei verhältnismäßig große Massen erforderlich. In einem Kraftfahrzeug können die Tilgermassen einen zweistelligen Kilogramm-Wert erreichen, allein in einem Hilfsrahmen werden üblicherweise zwei bis acht Kilogramm Teer als Tilgermasse eingebracht.

Des Weiteren ist aus der DE 22 43 329 A1 ein geräuschdämmendes, wandbildendes Bauelement in Form eines Maschinengehäuses bekannt, wobei dieses von der Wandfläche abstehende Stege oder dgl. aufweist. In der Praxis werden solche gestalteten Maschinengehäuse als Gußstücke gefertigt und behalten nach dem Guß im Wesentlichen Ihre gewünschte Kontur bei. Mit vorgenannten Stegen soll bei Einhaltung großer Steifigkeiten eine wesentlich verringerte Schallabstrahlung erzielt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein akustisch und gewichtsreduziertes Strukturteil der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches aus einem Halbzeug durch weitere nachträgliche Umformung gefertigt wird, wobei das Halbzeug derart auszubilden ist, dass negative Auswirkungen infolge einer nachträglichen Umformung auf die Struktur und/oder die Festigkeit des Strukturteils vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Strukturteil aus einem mit Vertiefungen versehenen Wandungsteil durch Warmwalzen und/oder Tiefziehen hergestellt ist, wobei die Wandungen zum Innenraum des Strukturteils hin über mindestens 20% der Fläche mit Vertiefungen versehen sind, die Ihrerseits nicht longitudinal verlaufen, sondern eine runde, quadratisch abgerundete oder ovale Form aufweisen, deren Bodenbereich konkav verrundet ist.

Vorzugsweise nehmen die Vertiefungen mindestens 25% der Fläche ein, insbesondere mindestens 30% und ganz besonders vorteilhaft mindestens 45%. Üblicherweise ist aus Gründen der Verarbeitbarkeit und der Stabilität der Flächenprozentsatz der Vertiefungen auf 90% begrenzt, besonders vorteilhaft sind max. 80 Flächenprozent mit Vertiefungen versehen.

Vorteilhaft sind die Vertiefungen gleichmäßig angeordnet, wobei Reihen von Vertiefungen versetzt oder unversetzt nebeneinander angeordnet sind.

Bei Wandungen aus Metall werden diese vorteilhaft aus einem mit Vertiefungen versehenen Blech hergestellt, das beispielsweise wie vorstehend als Warmband gewalzt wird. Die Walzen können hierfür mit spikesähnlichen Stiften versehen sein, die beispielsweise rechtwinklig nebeneinander oder versetzt angeordnet sind. Die Stifte können eine runde, quadratisch runde oder ovale Form aufweisen und erzeugen dementsprechend konturierte Vertiefungen. Insbesondere bei runden oder ovalen Stiften ist die versetzte Anordnung vorteilhaft, da sich mit dieser die höheren Flächenprozente für Vertiefungen erzielen lassen. Dabei wird mit der versetzten Anordnung auch ein stabileres mit Vertiefungen versehenes Blech erzielt. Entsprechende Kunsttoffteile können mit den in der Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungsverfahren oder Herstellungsverfahren für Halbzeug hergestellt werden.

Bei der Einbringung der Vertiefungen durch Walzen haben die Stifte am Kopf vorteilhaft eine Verrundung mit einem möglichst großen Radius (Kalotte) mit entsprechenden Abrundungen zu den Flanken um die besagte konkave Verrundung des Bodenbereiches der Vertiefungen zu erzeugen. Mit dieser Maßnahme wird ferner ein sauberes Einrollen der Vertiefungen in das Warmband erreicht. Entsprechend des Walzvorganges erhalten die Vertiefungen in Walzrichtung eine breitere (ovale) Ausnehmung als in Querrichtung (Stiftbreite), wobei dies durch Verwendung entsprechend in Querrichtung oval verbreiteter Stifte im Wesentlichen auch ausgeglichen werden kann. Vorteilhaft enthält der Fuß der Vertiefung eine flache Verrundung, die in vorteilhafter Weise einer nachteiligen Kerbwirkung infolge einer nachträglichen Umformung, beispielsweise durch Tiefziehen, vorbeugt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Vertiefungen konisch ausgebildet sein. Des Weiteren kann es angezeigt sein, die Übergänge vom konischen Bereich zum verrundeten Bodenbereich und gegebenenfalls die Übergänge von der Innenseite der Wandungen zum konischen Bereich ebenfalls gerundet auszubilden. Diese Merkmale wirken unterstützend, um nachteilige Effekte, wie Kerbwirkungen auszuschließen.

Die besagten Wandungen, insbesondere die Metallwandungen, können sowohl in einem Walzvorgang, z. B. als Coil, oder auch als warmgepreßte Platine (senkrechtes Eintauchen der Stifte) hergestellt werden. Als Metall eignen sich insbesondere Eisenbleche, Edelstahlbleche oder Aluminiumbleche.

Aus dem mit Vertiefungen versehenen Halbzeug oder Blechstreifen (Coil) wird vorteilhaft durch oben bereits erwähntes Tiefziehen das Strukturteil hergestellt, wobei insbesondere zwei oder mehr Teilstücke zu einem Strukturteil zusammengesetzt werden. Je nach Verformungsgrad beim Tiefziehen verändern sich die Vertiefungen, z. B. ovalartig.

Die insbesondere in Kraftfahrzeugen bisher verwendeten geschlossenen oder teilgeschlossenen Hohlkörper, z. B. Blechkörper, haben je nach Position im Auto und Verformungsgrad meistens schlechte akustische Eigenschaften, mit den erfindungsgemäßen Strukturteilen wird dies verbessert, wodurch die Tilgermasse zumindest teilweise einsparbar ist. Die erfindungsgemäßen geschlossenen oder teilgeschlossenen Hohlkörper haben zum Innenraum eine Vielzahl von Vertiefungen, die je nach Herstellungsart mehr oder weniger von einer regelmäßigen Anordnung abweichen. Wenn diese Vertiefungen die Innenfläche des Strukturteils bilden, dann sind sie einem Akustikversuchsraum (schalltoter Raum) ähnlich und bewirken dadurch eine Dämpfung der Übertragung von Schallwellen. Zudem haben die erfindungsgemäßen Strukturteile noch den Vorteil, dass die Vertiefung bei gleichem Flächengewicht im Vergleich zu beidseitig glattem Blech eine zusätzliche Versteifung des Strukturteils bringt, wodurch insbesondere torsionsbelastete Teile gewichtsreduziert und/oder mit höherer Steifigkeit herstellbar sind. Die höhere Steifigkeit trägt beispielsweise auch zu einer besseren Fahrstabilität bei.

Das erfindungsgemäße Strukturteil hat vorzugsweise nur zum Innenraum hin Vertiefungen, sofern auch zum Außenraum hin Vertiefungen vorhanden sind (z. B. bedingt durch das Versehen der Innenseite mit Vertiefungen), haben die Vertiefungen zum Innenraum hin vorteilhaft mindestens das doppelte Volumen gegenüber eventuellen Vertiefungen zum Außenraum hin. Besonders vorteilhaft haben die Vertiefungen zum Innenraum hin mindestens das dreifache, und insbesondere mindestens das vierfache des Volumens eventueller Vertiefungen zum Außenraum hin. Solche Wandungen lassen sich gut herstellen und verarbeiten und wirken nach außen hin wie die bisher eingesetzten Wandungen.

Die Vertiefungen zum Inneraum hin haben vorteilhaft eine Tiefe von 15% bis 85% der Dicke der Wandung, bevorzugt 25 bis 75% und insbesondere 30 bis 65%. Vorteilhaft bleibt eine Resttiefe der Wandung von mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm bestehen, besonders beim Einsatz einer Metallwandung und insbesondere in korrosionsgefährdeten Bereichen. Zum Korrosionsschutz können die Vertiefungen (vorzugsweise teilweise) mit einem Korrosionsschutzmittel verfüllt sein, selbst bei einer vollständigen Verfüllung haben die erfindungsgemäßen Strukturfeile noch die vorteilhafte höhere Steifigkeit und/oder Gewichtsersparnis. Außerdem wird auch bei vollständiger Verfüllung mit einem Korrosionsschutzmittel (oder anderem Material) noch ein günstigeres Dröhnverhalten erreicht als bei einer beidseitig im Wesentlichen glatten Wandung. Entsprechend kann das erfindungsgemäße Strukturteil auch mit einem beidseitig glatten Innenblech belegt sein, wobei das Innenblech vorteilhaft dünner ist als das mit Vertiefungen versehene Blech. In einem so hergestellten Sandwichblech können die Bereiche außerhalb der Vertiefungen unmittelbar mit dem Innenblech verbunden sein, auch eine Fixierung des Innenblechs mit Abstand zum mit Vertiefungen versehenen Blech ist möglich.

Geschlossene Strukturteile mit longitudinalen Vertiefungen (z. B. aus Rippenblechen) sind gute Schalleiter und beispielsweise bekannt aus der DE 31 53 410 C. Solche Strukturteile lassen sich wegen der Kanalstruktur nur erschwert tiefziehen.

Besonders bevorzugt sind die Vertiefungen - wie beim Herstellverfahren beschrieben - solitär, es sind aber auch zusammenhängende Vertiefungen möglich, die dann solitäre Erhebungen bilden, d. h., entweder sind die Vertiefungen ringsum von einer Erhebung umgeben oder eine Erhebung ringsum von einer Vertiefung. Hierin unterscheidet sich das erfindungsgemäße Strukturteil auch von einem solchen mit einer Wellblechwandung, die einerseits kaum tiefziehbar ist und andererseits nicht die günstigen akustischen Eigenschaften hat.

Das erfindungsgemäße Strukturteil ist vorteilhaft ausgebildet als ein Längsträger, Querträger, Tunnel- oder Schwellerteil, eine A-, B-, C- oder D-Säule, eine Konsole für hohe Traglasten, ein Stoßfängerquerträger, eine Ölwanne, ein Ansaugkrümmer, ein Hilfsrahmen oder ein Teil einer Auspuffanlage. Diese Teile finden eine entsprechende Verwendung in Kraftfahrzeugen. Wie oben beschrieben, findet das erfindungsgemäße Strukturteil hierbei, aber auch in anderen Vorrichtungen, Verwendung zum Entdröhnen.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf eine mit Vertiefungen versehene Wandung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Reihe von Vertiefungen der Wandung nach Fig. 1,

Fig. 3 zwei weitere Ausführungsformen einer mit Vertiefungen versehenen Wandung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Reihe von Vertiefungen einer Wandung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Wandung mit ovalen Vertiefungen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Hilfsträger,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Hilfsträgers nach Fig. 6,

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Hilfsträger nach Fig. 6.

Die in Fig. 1 dargestellte und mit Vertiefungen versehene Wandung 10 hat rechtwinklig zueinander verlaufende Reihen 1 von Vertiefungen 2. Die Vertiefungen 2 haben eine Dicke D, die üblicherweise das 0,3- bis 3-fache ihrer Tiefe ST (Fig. 2) ist. Die Vertiefungen 2 sind außerdem in einem Abstand A voneinander angeordnet, der vorteilhaft das 1,1- bis 1,9-fache der Dicke D ist. In vorliegendem Fall sind die Parameter für A und D so gewählt, dass die Vertiefungen 2 eine Fläche von ca. 25% der Wandung 10 überdecken. Die Tiefe ST der Vertiefungen 2 ist außerdem so gewählt, dass bei der gegebenen Wandungsstärke S eine Resttiefe SR von mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm gegeben ist.

Die Vertiefungen sind in einem Winkel α konisch zulaufend, wobei insbesondere Winkel von 5 bis 45° günstig sind, besonders vorteilhaft liegen die Winkel bei 10 bis 30°. Der Boden der Vertiefung 2 ist mit dem Radius R verrundet.

Die mit Vertiefungen 12 versehene Wandung 20b in Fig. 3 ähnelt bis auf eine andere Vertiefungsform und einer Flächenbedeckung von ca. 37% mit Vertiefungen 12 der mit Vertiefungen 2 versehenen Wandung 10 in Fig. 1. Bei der mit Vertiefungen 12 versehenen Wandung 20a ist gegenüber der Wandung 20b eine doppelte Anzahl von Vertiefungen 12 vorgesehen, die durch versetztes Einfügen eine Reihe 13 von Vertiefungen 12 zwischen zwei Reihen 11 erhältlich ist. Hierdurch nehmen die Vertiefungen 12 ca. 60% der Fläche der Wandung 20a ein. Zur weiteren Verdichtung können die Vertiefungen 12 auch hexagonal angeordnet werden, d. h., der Abstand einer Vertiefung 12 zu einer benachbarten ist gleich für alle benachbarten Vertiefungen 12.

Im Unterschied zu den Vertiefungen 2 sind die Vertiefungen 12, wie in Fig. 4 (Schnitt B- B) dargestellt, in ihrem Bodenbereich 16 flacher verrundet, d. h., der Radius der Verrundung RB ist größer als eine halbe Innendicke d einer Vertiefung 12. Vorteilhaft gilt für RB die Beziehung RB = 0,6d bis 2d.

Außerdem sind der Übergang vom konischen Bereich 15 zum angerundeten Bodenbereich 16 - RA - und gegebenenfalls der Übergang von der Innenseite 14 der Wandung 10; 20 zum konischen Bereich 15 gerundet. Hierbei ist vorteilhaft im Wesentlichen die Beziehung RB = 4RA eingehalten. Für eine gute Steifigkeit und günstige Entdröhneigenschaften wird außerdem für die Tiefe SK des konischen Bereichs 15 in etwa der Wert 0,5 s und für ST-SK in etwa der Wert 0,2 s gewählt.

Die in Fig. 5 dargestellte Wandung 20c ist der Wandung 20a ähnlich, wobei die Wandung 20c durch Warmwalzen eines Blechbandes erhalten wurde und die verwendete Walze mit Spikes entsprechend den Vertiefungen 12 in Fig. 4 versehen ist. Hierdurch ergeben sich in Walzrichtung (Pfeil) oval verlängerte Vertiefungen 22. Der in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Hilfsträger 17 ist aus einer Wandung 20c durch Tiefziehen gefertigt, wobei die Vertiefungen 22 im Innenraum 18 des Hilfsträgers 17 angeordnet sind.

Claims (10)

1. Akustisch bedämpftes Strukturteil mit geschlossenem oder teilgeschlossenem Innenraum und einer Wandung aus Metall und/oder Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil aus einem mit Vertiefungen (2; 12; 22) versehenen Wandungsteil durch Warmwalzen und/oder Tiefziehen hergestellt ist, wobei die Wandungen (10; 20) zum Innenraum (18) des Strukturteils hin über mindestens 20% der Fläche mit Vertiefungen (2; 12; 22) versehen sind, die Ihrerseits nicht longitudinal verlaufen, sondern eine runde, quadratisch abgerundete oder ovale Form aufweisen, deren Bodenbereich (16) konkav verrundet ist.

2. Strukturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2; 12; 22) konisch ausgebildet sind.

3. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge vom konischen Bereich (15) zum verrundeten Bodenbereich (16) und gegebenenfalls die Übergänge von der Innenseite (14) der Wandungen (10; 20) zum konischen Bereich (15) gerundet sind.

4. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung zum Außenraum hin im Wesentlichen frei von Vertiefungen (2; 12; 22) ist, oder dass die Vertiefungen (2; 12; 22) zum Innenraum (18) hin mindestens das doppelte Volumen haben gegenüber eventuellen Vertiefungen zum Außenraum hin.

5. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2; 12; 22) zum Innenraum (18) hin eine Tiefe von 15% bis 85% der Dicke (S) der Wandung (10; 20) haben.

6. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resttiefe (SR) der Wandung (10; 20) mindestens 0,3 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm beträgt.

7. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil ein Längsträger, Querträger, Tunnel- oder Schwellerteil, eine A-, B-, C- oder D-Säule, eine Konsole für hohe Traglasten, ein Stoßfängerquerträger, eine Ölwanne, ein Ansaugkrümmer, ein Hilfsrahmen (17) oder ein Teil einer Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugs ist.

8. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (2; 12; 22) solitär sind.

9. Verwendung eines Strukturteils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine.

10. Verwendung eines Strukturteils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Entdröhnen.