[0001] Die Erfindung betrifft ein Schallisolationsteil für Flächen mit bekannter Quellen-Senken-Verteilung,
insbesondere für Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen, das als Masse-Feder-System ausgebildet
ist und in das Störstellen eingebaut sind, um Quellen in Senken umzuwandeln.
[0002] Bei einem bekannten Schallisolationsteil dieser Art (D
E-
GM 82 01 511) sind mindestens eine Schwerschicht und zwischen der Schwerschicht und
dem zugeordneten Teil des Kraftfahrzeuges oder dergleichen, wie einem Karosserieblech,
eine federnde Schicht vorgesehen, in die zur Bildung von Störstellen gezielt Nuten
und/oder Vertiefungen und/oder Noppen ausgebildet sind. Die Vertiefungen sind vorzugsweise
kalottenförmig.
[0003] Derartige Schallisolationsteile dienen dazu, bei möglichst niedrigem Gewicht hohen
Geräuschkomfort zu erreichen.
[0004] Aus physikalischen Gründen sind jedoch die Möglichkeiten der Masseersparnis bei gleichzeitiger
Lärmminderung bei den bekannten Masse-Feder-Systemen begrenzt, d.h. daß zu leichte
Teile die Ansprüche an den Geräuschkomfort nicht mehr erfüllen können. Es wurde daher
schon versucht, großflächige Schallisolationsteile so auszubilden, daß Teilflächen
mit erhöhtem Schallaufkommen durch z.B. Massebelegung oder Körperschalldämpfung akustisch
verstärkt ausgerüstet werden (vgl. DE-AS 27 32 483). Gemäß einer anderen Vorgehensweise
werden Schallsenken einer verstärkten Behandlung unterworfen, derart, daß der aus
dem Fahrgast-Innenraum nach außen gerichtete Intensitätsvektor der Schallstrahlung
(entsprechend einer Senke) vergrößert wird (vgl. DE-GM 83 36 676). Hierbei wird an
den Schallsenken eine zusätzliche weiche Feder aufgebracht. Diese Vorgehensweisen
erlauben keine wesentliche Gewichtseinsparung, wobei darüber hinaus die Voraussetzungen
für eine Serienfertigung noch nicht optimal sind.
[0005] Neuere Untersuchungen über Schallfelder in Fahrgastkabinen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen,
sind vor allem unter konsequenter Anwendung und Weiterentwicklung der Verfahren zur
Schallintensitätsmessung bzw. zur Schallflußmessung erhalten worden. Mit Hilfe derartiger
Verfahren kann die Quellen-Senken-Verteilung in einem Fahrzeug ermittelt werden (vgl.
insbesondere Kutter-Schrader, H., Betzhold, Ch. und Gahlau, H.
*Intensitätsmessung im Kraftfahrzeuginnenraum mit einem kleinen Analogmeßgerät, VDI-Bericht,
526, S. 137-151). Bei diesen Verfahren wird ferner angegeben, wie der vom Dach eines
Fahrzeugs ausgehende vektoriell gerichtete Schallfluß durch körperschalldämpfende
Maßnahmen so behandelt werden kann, daß die Intensitätsvektoren merklich reduziert
werden und die störende niederfrequente Resonanzschwingung dadurch nicht mehr auftritt.
[0006] Ausgehend von diesen Überlegungen zeigt sich, daß Ansätze für die Schaffung wirksamer
Schallisolationsteile mit der Vorgabe möglichst geringen Masseeinsatzes gegeben sind,
nämlich daß dann, wenn die Teile insgesamt leichtgewichtig sind, diese nur an den
als zu behandelnd erkannten Teilflächen die Schallstrahler mit Zusatzmaßnahmen, wie
verstärkte Schwerschicht versehen sind. Insbesondere kann eine wirksame Schallisolation
dann erwartet werden, wenn eine Veränderung in der Quellen-Senken-Verteilung hervorgerufen
wird, derart, daß die Verteilung der Quellen und Senken nach der Schallisolationsmaßnahme
möglichst paritätisch ausfällt, wobei starke Senken den starken Quellen unmittelbar
benachbart sind. Bei Kraftfahrzeugkarosserien hat sich jedoch gezeigt, daß kräftige
Schallstrahler (Quellen) in Senken umgewandelt werden müssen.
[0007] Bei Masse-Feder-Systemen der erwähnten Art ist es bekannt, Gewichtseinsparungen dadurch
zu erreichen, daß die Feder insgesamt oder teilweise folienumschlossene gasgefüllte
Hohlräume besitzt, wobei diese Hohlräume über die gesamte Fläche des Schallisolationsteils
symmetrisch verteilt angeordnet sind (vgl. DE-OS 27 50 439 und DE-GM 79 29 637). Durch
die gleichmäßige und symmetrische Anordnung der gasgefüllten Hohlkammern wird insgesamt
die Feder steifer, da gasgefüllte umschlossene Kammern inkompressibel werden.
[0008] Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schallisolationsteil anzugeben,
das bei niedrigem Gewicht (geringe Masse) die erwünschte Eigenschaft besitzt, Schallquellen
in Schallsenken umzuwandeln.Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
flächenmäßig begrenzt geschlossene Hohlkammern in die Feder eingebettet sind, die
von mindestens einer Folie umhüllt sind.
[0009] Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0010] Von Vorteil kann die Erfindung bei Masse-Feder-Systemen mit biegeweicher Schwerschicht
unter Verwendung von Schaumstoffen oder auch Vliesen als verformtes komplettes Isolationsteil
eingesetzt werden. Akustisch günstige Effekte wie Luftschallabsorptionseigenschaften
können zusätzlich berücksichtigt werden. Das fertige Isolationsteil ist als eigenständiges
Formteil einsetzbar und kann später mit einem im Fahrzeug üblichen Teppich abgedeckt
werden oder kann auch in Verbindung mit einem Teppich als Kompaktteil hergestellt
werden.
[0011] Wie sich das aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, wird eine mit dem Isolationsteil
zu versehende Fläche, und zwar im Gesamtzustand etwa als Fahrzeugkarosserie zunächst
akustisch vermessen, und zwar speziell im Hinblick auf die Quellen-Senken-Verteilung.
Dabei kann sowohl von einer Basismessung an einem Fahrzeug ohne Schallisolation als
auch von einer Messung an einem Fahrzeug mit herkömmlicher serienmäßiger Schallisolation
ausgegangen werden. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, einen Fahrzeugvorbau,
der hinter der B-Säule abgeschnitten ist, in einen Prüfstand einzubauen und die Intensitätsverteilung
über ausreichend viele Teilflächen zu bestimmen. Dieses Verfahren ist in der Literatur
erläutert, insbesondere in Betzhold, Ch., Gahlau, H., und Hofele, G. "Prüfstandsuntersuchungen
an Fahrzeugvorbauten als Basis für Schallisolierungen", DAGA '84. Diese Untersuchungen
werden vorzugsweise frequenzabhängig ausgeführt, um in den erfahrungsgemäß besonders
gefährdeten zündfreguenzbereichen die Quellen-Senken-Verteilung genau zu ermitteln.
Ausgehend davon werden dann diejenigen Stellen bzw. flächenmäßig begrenzten Bereiche
ermittelt, in denen die anrneldungsgemäß ausgebildeten Hohlkammern in die Feder einzubetten
sind.
[0012] Dem Fachmann war es zwar bisher bereits bekannt, daß Masse-Feder-Systeme vorgegebenen
Aufbaus eine gewisse Veränderung der Quellen-Senken-Verteilung gegenüber dem Basiszustand
in einem Fahrzeug führen, jedoch war aufgrund der bisher üblichen vollsymmetrischen
Anordnung die dann auftretende Verteilung der Quellen und Senken nicht derart, daß
das erwünschte Ergebnis erzielt würde.
[0013] Insbesondere war die Verteilung der Quellen und Senken nicht steuerbar. Bei der Erfindung
ist wesentlich, die Flächen des Schallstrahlers partiell mit einem System aus abgeschlossenen,
Luft oder Gas enthaltenden Hohlkammern zu belegen, um Störstellen zu schaffen, durch
die der Schallflußvektor aus dem Fahrgastraum nach außen zeigen kann, also eine Senke
geschaffen wird. Diese umschlossenen Hohlkammern können beispielsweise dadurch realisiert
werden, daß entweder entsprechende handelsübliche Kunststoff-Verpackungsfolien in
den Schaumstoff der Feder eingebettet werden, oder aber die Hohlkammern durch Aufblasen
und Verschweißen von Folien gezielt hergestellt werden. Solche Hohlkammern, aus denen
das enthaltene Gas bzw. die enthaltene Luft nicht entweichen kann, haben den weiteren
Vorteil, daß sie sich ohne großen Aufwand bei der Herstellung des Schaum-Abschnitts
(Schäumlings) einbringen lassen, wobei durch das eingeschlossene Gasvolumen zusätzliche
luftschallabsorbierende Eigenschaften gezielt ausgenutzt werden können. Darüber hinaus
ist das eingeschlossene Gasvolumen oder Luftvolumen inkompressibel, wodurch eine partiell
hohe Trittfestigkeit der schallisolierenden Verkleidung, d.h. des Schallisolierteils
erreicht wird. Wenn nun einerseits Schallenergie z.B. von der Karosserieseite, d.h.
dem Blech, über die geschlossenen Hohlkammern, die Schaumschicht derFeder und die
anschließende biegeweiche Schwerschicht als Masse transportiert wird, andererseits
aber auch in Bereichen außerhalb dieser gezielten Störstellen durch den vollflächigen
Schaum mit einer Dicke, die der Dicke der Gesamtfeder enspricht, übertragen wird,
ergibt sich durch die so erreichten unterschiedlichen Schallgeschwinäigkeiten in der
Hohlkammer und in dem Schaumstoff eine Laufzeitverzögerung, die offenbar zu einer
solchen Phasenverschiebung führt, daß im Bereich der Störstellen die gewünschte Umwandlung
der Quelle in eine Senke erreicht wird. Wie im einzelnen erläutert werden wird, können
die Hohlkammern unmittelbar an die Schwerschicht, unmittelbar an das Blech oder beliebig
verteilt innerhalb der Feder angeordnet sein.
[0014] Durch das anmeldungsgemäße gezielte und partielle Einbringen von Hohlkammern, kann
gleichzeitig die gewünschte paritätische Verteilung der Quellen und Senken erreicht
werden, so daß akustische Kurzschlüsse zwischen diesen beiden wirksam zur Geräuschreduzierung
im Fahrzeug bei relativ geringem Masseeinsatz genutzt werden können. Bei einem Versuch
wurde festgestellt, daß mit Hilfe eines solchen Aufbaus eines Schallisolationsteils
gegenüber herkömmlichen serienmäßigen Schallisolationsteilen eines Fahrzeuges im Boden-Stirnwand-Bereich
mit einer Masse von 15 kg eine deutliche Verbesserung von ca. 5 dB im zündfrequenzbereich
erreicht werden konnte, wobei die gesamte Masse des anmeldungsgemaß ausgebildeten
Schallisolationsteils bei gleicher Flächengröße nur noch 11,5 kg betrug.
[0015] Wie erläutert, lassen sich durch die anmeldungsgemäße Ausbildung und Anordnung der
Hohlkammern, insbesondere auch durch Veränderung des jeweiligen Volumens, spezielle
luftschallabsorbierende Wirkungen zusätzlich erreichen, d.h., daß die bekanntlich
frequenzabhängige Luftschallabsorption eines Schaumstoffes, die ein Maximum bei einer
der Struktur des Schaums entsprechenden Frequenz besitzt, durch das anmeldungsgemäße
partielle und gezielte Einbringen der Hohlkammern ein Nebenmaximum erhalten kann,
wodurch insgesamt das Frequenzband der wirksamen Absorption erweitert wird. Eine näherungsweise
Berechnung der Abstimmung von allseitig durch Folien abgeschlossenen Hohlkammern in
Bezug auf reine Luftschallabsorption ist möglich mit Hilfe von Zeller, W. "Technische
Lärmabwehr", Verlag Alfred Fröhner, Stuttgart, (1950), dort insbsondere die Gleichung
auf S. 73, obwohl die in dieser Literaturstelle angegebenen Randbedingungen bei der
anmeldungsgemaßen Konfiguration nicht zutreffen.
[0016] Untersucht wurden Schallisolationsteile mit einer Dicke der Feder von 25 mm Schaum
abgedeckt mit einer Schwerschicht von ca. 6 kg/m
2. Im Bereich der Störstellen wurden zur Blechseite zeigend luftgefüllte fest verschlossene
Hohlkammern mit einer mittleren Dicke von ca. 12 mm eingebracht. Der verwendete Schaumstoff
besaß einen dynamischen Elastizitätsmodul E = 1.10
5 Nm
-2 bei einer Dichte von 70 kg/m
3. Hierdurch wird die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in dem Schaum im interessierenden
Frequenzbereich zwischen 100 und 2000 Hz auf Werte zwischen 10 und 40 ms-
1 gebracht, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Luft (in den Hohlkammern)
bekanntlich 330 ms
-1 beträgt. Durch Füllung der geschlossenen Hohlkammern mit von Luft verschiedenen Gasen
kann der beschriebene Effekt gezielt beeinflußt werden.
[0017] Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 perspektivisch ein Schallisolationsteil zur Abdeckung der Stirn-Bodenpartien
in einem Fahrzeug,
Fig. 2 den Schnitt A-A' gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
[0018] Fig. 1 zeigt ein Schallisolationsteil zur Abdeckung der Stirnwand-Bodenpartien in
einem Fahrzeug, bei dem die Erfindung anwendbar ist. Insbesondere sind in Fig. 1 durch
Strichlinien Felder A, B, C und D dargestellt, in denen partiell die erfindungsgemäße
Ausbildung des Schallisolationsteil von Bedeutung ist, d.h., daß also in diesen Feldern
die erfindungsgemäßen Vorkehrungen getroffen sind, um die dort erwünschte Umkehr von
Quellen im Senken zu erreichen. Die Anordnung dieser Felder A, B, C und D beruht auf
den Ergebnissen von Schallflußmessungen mit dem Ziel, die Quellen-Senken-Verteilung
in einem definierten Isolationszustand des Fahrzeuges, z.B. den Basiszustand ohne
Isolation, festzustellen, um ausgehend davon eine Verbesserung mit Hilfe der Erfindung
zu erreichen.
[0019] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem geometrisch regelmäßig geformte Hohlkammern
1, die von einer Folie 2 umhüllt sind, in einen Schaumstoff 3 der Feder des Isolationsteils
eingebettet sind. Daran schließt sich eine Schwerschicht 4 und an diese ein Teppich
5 an. Zeichnerisch sind Anschlußstellen 6 und 7 zu benachbarten Abschnitten des gesamten
Isolationsteils, etwa gemäß Fig. 1, dargesellt. Das Isolationsteil ist auf ein Blech
8 einer Fahrzeugkarosserie aufgelegt.
[0020] Gemä Fig. 2 sind die Hohlkammern 1 streng geometrisch ausgebildet, können jedoch
unterschiedliche Größe (Volumen) besitzen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
2 schließen die becherförmigen geometrisch regelmäßigen Hohlkammern 1 direkt an die
Schwerschicht 4 an.
[0021] Fig. 3 zeigt eine im übrigen entsprechende Ausführungsform, bei der die Hohlkammern
1.1, die ebenfalls von einer Folie 2 umschlossen sind, unregelmäßig geformt sind und
darüber hinaus nahe dem Blech 8 innerhalb des Schaumstoffs 3 angeordnet sind. Die
Hohlkammern 1.1 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 besitzen im wesentlichen Kissenform.
Die zunächst vor dem Einlegen in den Schaumstoff streng geometrische Form wird durch
den Schäumdruck verformt, so daß sich die in Fig. 3 dargestellte unregelmäßige Form
ergibt. Das akustische Ergebnis bleibt jedoch gleich, wobei darüber hinaus aufgrund
der unregelmäßigen Form und damit der effektiv wirksamen Tiefe oder Dicke der Hohlkammern
1.1 sich günstige frequenzmaßige Verbreiterungen ergeben.
[0022] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der in den Schallisolationsteil sowohl geometrisch
regelmäßig geformte als auch unregelmäßig geformte Hohlkammern 1.2, 1.3, 1.4 bzw.
1.1 enthalten sind, die ebenfalls von einer Folie 2 umschlossen sind. Die räumliche
Anordnung der jeweiligen Hohlkammern kann dabei wie bei der Ausführung gemäß Fig.
2 nahe der Schwerschicht 4 oder der Ausführung gemäß Fig. 3 nahe dem Blech 8, aber
auch, wie insbesondere in Fig. 4 bei den Hohlkammern 1.2 und 1.4 dargestellt, im Zwischenbereich
zwischen Schwerschicht 4 und Blech 8 sein. Wesentlich ist vielmehr der zu erzielende
akustische Effekt.
[0023] Schallisolationsteile mit den partiell vorgesehen Hohlkammern gemäß einem der Ausführungsbeispiele,
etwa den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2, 3 oder 4, können getrennt hergestellt
unc auf das Blech 8 gelegt werden und anschließend mit dem Teppich 5 belegt werden.
Der Teppich 5 kann auch einteilig mit dem Schallisolationsteil (Schwerschicht 4 +
Schaumstoff 3 mit den partiell vorgesehenen Hohlkammern) hergestellt werden.Die Hohlkammern
1, 1.1 bis 1.4 sind zweckmäßig mit Luft gefüllt, können aber auch eine Gasfüllung
enthalten, wobei vorzugsweise die Schallgeschwindigkeit in dem Gas höher als die in
Luft ist. Für den Schaumstoff 3 werden vorzugsweise Schäume mit einem dynamischen
Elastizitätsmodul von ca. 50.000 bis 150.000 Nm
-2 und mit einer Dichte von ca. 50 bis 100 kg m-
3 verwendet.
[0024] Anstelle des Schaumstoffs 3 können für die Feder auch akustisch gleichwertige andere
Materialien, insbesondere Vliese verwendet werden.
[0025] Vorteilhaft ist es, wenn die Schallgeschwindigkeiten der an den vorher ermittelten
Störstellen hintereinander geschalteten Medien der Feder, nämlich Schaumstoff 3 und
Hohlkammern 1, 1.1 bis 1.4, in einem Verhältnis von mindestens 1:5, vorzugsweise 1:10
und mehr stehen. Von Bedeutung ist auch das Material der die Hohlkammern 1, 1.1 bis
1.4 umschließenden Folie 2. Von Vorteil ist es, wenn die Folie 2 eine Flächenmasse
von ca. 25 bis 150 gm
-2 besitzt.
1. Schallisolationsteil für Flächen mit bekannter Quellen-Senken-Verteilung, insbesondere
für Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen,
das als Masse-Feder-System ausgebildet ist und in das Störstellen eingebaut sind,
um Quellen in Senken umzuwandeln,
dadurch gekennzeichnet ,
daß flächennäßig begrenzt geschlossene Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) in die
Feder (3) eingebettet sind, die von mindestens einer Folie (2) umhüllt sind.
2. Schallisolationsteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Folie (2) eine Flächenmasse von etwa 25 bis 150 g/m2 aufweist.
3. Schallisolatinsteil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) mit Luft gefüllt sind.
4. Schallisolationsteil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) mit einem Gas gefüllt sind, in dem die
Schallgeschwindigkeit größer als in Luft ist.
5. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Feder durch einen Schaum (3) mit einem dynamischen Elastizitätsmodul von ca.
50 bis 150 x 103 Nm-2 und einer Dichte von ca. 50 bis 100 kg/m3 gebildet,ist.
6. Schallisolationsteil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Feder (3) anstelle des Schaums durch ein Vlies mit gleichwertigen akustischen
Daten gebildet ist.
7. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die schallzuisolierende Fläche ein Blech (8) ist und die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2,
1.3, 1.4) zum Blech (8) zeigen.
8. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) zur Schwerschicht (4) (Masseschicht) zeigen.
9. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2., 1.3, 1.4) durch Umschäumen in einer Form gebildet
sind.
10. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) als Störstellen so verteilt angeordnet
sind, daß die Verteilung der Quellen und Senken im Fahrgastraum annähernd paritätisch
ist.
11. Schallisolationsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet
,
daß an den durch die Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) erreichten Störstellen die
Schallgeschwindigkeit in den dort hintereinandergeschalteten Medien der Feder, nämlich
Hohlkammern (1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4) einerseits und Schaum (3) bzw. Vlies anderererseits
in einem Verhältnis von mindestens 1:5 vorzugsweise 1:10 und mehr stehen.