Schallisolationsteil für Flächen

Abstract

 ) Es wird ein Schallisolationsteil für Flächen mit bekannter Quellen-Senken-Verteilung, insbesondere in Fahrgasträumen von Kraftfahrzeugen angegeben, das als Masse-Feder-System mit eingebauten Störstellen zur Umwandlung von Quellen in Senken gestaltet ist. Um eine besonders wirksame gezielte Schallisolation bei niedriger Masse bzw. niedrigem Gewicht zu erreichen, enthält das Schallisolationsteil flächenmäßig begrenzt geschlossene in die Feder (Schaum 3) eingebettete Hohlkammern (1 die von Folien (2) umhüllt sind. Diese Hohlkammern (1) können zur Schwerschicht (4) oder zum Blech (8) zeigen, an dem das Teil anliegt, können aber auch vollständig oder teilweise im Zwischenbereich sein. Die Hohlkammern (1) können gas- oder luftgefüllt sein. Die Folien (2) weisen vorteilhaft Flächenmassen von ca. 25 bis 150 g/m² auf.

Beschreibung

[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/m². 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 = 1.10⁵ Nm^-2 bei einer Dichte von 70 kg/m³. 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung