DE112005003232T5

DE112005003232T5 - Schallschluckende Struktur

Info

Publication number: DE112005003232T5
Application number: DE112005003232T
Authority: DE
Inventors: Zenzo Yamaguchi; Ichiro Yamagiwa; Toshimitsu Tanaka; Hiroki Ueda; Kensuke Tsubota
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: US20080128201A1; JP2006199276A; US7654364B2; DE112005003232B4; WO2006068028A1

Abstract

Schallschluckende Struktur zum Unterdrücken von auf einer Schallquellenseite erzeugten Geräuschen, mit:
einem perforierten Element, das eine große Anzahl Durchgangslöcher hat, und einem Fasermaterial, die einander gegenüberliegend auf der Schallquellenseite vorgesehen sind und so bereitgestellt sind, dass sie übereinander gestapelt sind; und
einer Luftschicht, die hinter dem perforierten Element oder dem Fasermaterial vorgesehen ist,
wobei das Fasermaterial die unten stehende Gleichung (1) erfüllt und das perforierte Element die unten stehende Gleichung (2) erfüllt: ρ × t ≥ 0,01 kg/m2 (1) β ≥ 10x (2)mit
x = (4/3 × log₁₀d – 1/3)
ρ: Dichte des Fasermaterials (kg/m³)
t: Dicke des Fasermaterials (mm)
d: Lochdurchmesser der Durchgangslöcher des perforierten Elements (mm)
β: Öffnungsanteil der Durchgangslöcher des perforierten Elements (%).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine schallschluckende Struktur mit hervorragender Schallabsorption, die einen Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erreichen kann, und auf eine schallschluckende Struktur, die im Fahrzeugbereich etwa bei einem Kraftfahrzeug, im Baubereich etwa bei einer Schallmauer oder einer Tunnelinnenwand oder im Anwendungsbereich verschiedener anderer Gebiete eingesetzt werden kann, in denen eine andere Art von Schallabsorption benötigt wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erläuterungen unten erfolgen anhand des Fahrzeugbereiches als einem Hauptanwendungsbereich der verschiedenen Gebiete, in denen eine Schallabsorption durch eine erfindungsgemäße schallschluckende Struktur benötigt wird.
In den letzten Jahren wird von Kraftfahrzeugen für ein komfortableres Fahrgefühl verlangt, dass sie Geräusche unterdrücken, die auf einer Schallquellenseite des Fahrzeugs erzeugt werden. So wird zum Beispiel von der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs eine schallschluckende Wirkung verlangt, um den Motorschall innerhalb des Fahrzeugaufbaus zu absorbieren und verringern.
Deswegen ist am Fahrzeug ein schallschluckendes Material angebracht worden, das eine schallschluckende Struktur zum Unterdrücken von Geräuschen bildet, die auf der Schallquellenseite des Fahrzeugs erzeugt werden.
Als schallschluckendes Material, das eine solche schallschluckende Struktur bildet, gibt es einen porösen, schallisolierenden Strukturkörper, der Schall unter Nutzung des Helmholtz-Resonanzprinzips mit einem Aufbau isoliert, in dem eine Innenplatte, auf deren gesamten Plattenfläche eine große Anzahl Durchgangslöcher ausgebildet ist, über eine Luftschicht gegenüber einer Außenplatte angeordnet ist.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die allgemeine Formel des Helmholtz-Resonanzprinzips „f = (c/2Π) × √{β/(t + 1,6b)d}" lautet, gibt es zum Beispiel einen porösen, schallisolierenden Strukturkörper, der so aufgebaut ist, dass er basierend auf dieser allgemeinen Formel Geräusche wirksam bei einer bestimmten Resonanzfrequenz f verringert. Die oben angegebene allgemeine Formel gibt die Resonanzfrequenz f dabei unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit c, des Öffnungsanteils β, der Plattendicke t der Innenplatte, des Lochdurchmessers b und der Dicke der hinteren Luftschicht d als Parameter an.
Des Weiteren gibt es ein schallschluckendes Material, das an einem Motorhaubenelement, einem Dachelement, einem Bodenelement, einer Motorabdeckung oder dergleichen befestigt und angebracht wird und dazu dient, Geräusche daran zu hindern, sich nach außen, ins Fahrzeuginnere oder dergleichen fortzupflanzen.
Und zwar enthält das schallschluckende Material eine Hochfrequenzbereichsabsorptionsschicht, die aus einer Vliesfaserschicht besteht, und eine Niederfrequenz bereichsabsorptionsschicht, die auf ihr aufgestapelt ist und aus einer perforierten Platte und einer Luftschicht dahinter besteht. Dann wird zwischen den beiden Absorptionsschichten eine Luftschicht vorgesehen, wobei die Hochfrequenzbereichsabsorptionsschicht auf der näher zur Geräuschquelle liegenden Seite und die Niederfrequenzbereichsabsorptionsschicht auf der von der Geräuschquelle fernen Seite angeordnet wird.
Das schallschluckende Material arbeitet so, dass, wenn man Geräusche in die Hochfrequenzbereichsabsorptionsschicht eindringen lässt, der Viskositätswiderstand und der Wärmedurchgang durch die Luft in den Vliesfasern in der Schicht die Energie abschwächt, die die Geräusche haben. Des Weiteren wird die Energie, die die Geräusche haben, aufgrund einer feinen Schwingung der Vliesfasern selbst und der Reibung, zu der es zwischen den sich gegenseitig berührenden Vliesfasern kommt, in Schwingungswärme und Reibungswärme umgewandelt, und wird die Energie, die die Geräusche haben, abgeschwächt.
Darüber hinaus können von der Niederfrequenzbereichsabsorptionsschicht vor allem Geräusche im Niederfrequenzbereich absorbiert werden. Und zwar wird die Energie, die die Geräusche haben, bei Geräuschen in einem verhältnismäßig niederfrequenten Bereich, die durch die Hochfrequenzbereichsabsorptionsschicht gegangen sind, durch die Resonanzwirkung der Niederfrequenzbereichsabsorptionsschicht abgeschwächt.
Des Weiteren gibt es eine schallisolierende Struktur, die für einen Leistungserzeuger mit einem Motor als Geräuschquelle, für den Motorhaubenbereich oder den Motorunterbodenbereich eines vierrädrigen Fahrzeugs mit einem Motor als Geräuschquelle, den Dachbereich eines vierrädrigen Fahrzeugs mit einer Stereoanlage als Geräuschquelle, den hinteren Tankabdeckungsbereich eines zweirädrigen Fahrzeugs mit einem Motor als Geräuschquelle oder dergleichen vorgesehen ist.
Und zwar befindet sich bei der schallisolierenden Struktur innerhalb zumindest eines Teils der Außenplatte eines Schalldämpfers mit einer Luftschicht dazwischen ein schallisolierendes Element. Das schallisolierende Element wird dann durch ein schallschluckendes Material gebildet, das hauptsächlich aus einem Faser- oder Schaumstoffmaterial und einer Metallfolie wie Aluminium besteht, die auf der Außenfläche, der Innenseite oder der Innenfläche des schallschluckenden Materials aufgestapelt wird und in der verstreut eine große Anzahl an Durchgangslöchern oder eine große Anzahl an Schnittlinien ausgebildet ist.
Bei der schallisolierenden Struktur bringen die von einer Geräuschquelle erzeugten Geräusche den Rand der großen Anzahl an Schnittlinien oder Durchgangslöcher der Aluminiumfolie oder dergleichen leichter dazu, fein zu schwingen. Die Schwingung wandelt die akustische Energie der Geräusche auf der Außenfläche in Schwingungsenergie der Aluminiumfolie um, sodass es zu einer Dämpfung kommt. Da sich das schallisolierende Element mit der Luftschicht dazwischen innerhalb der oben beschriebenen äußeren Platte befindet, kann der Schall außerdem absorbiert und gedämpft werden, indem diffuser Schall, der aus den Schnittlinien oder den Durchgangslöchern entweicht, an der Außenplatte reflektiert und wieder in das schallschluckende Material eingebracht wird. Die Geräuschsenkung ist demnach noch effektiver.
Darüber hinaus gibt als porösen, schallisolierenden Strukturkörper, bei dem die Außenplatte und die Innen platte, die die große Anzahl Durchgangslöchern hat, gegenüberliegend angeordnet sind, einen porösen, schallisolierenden Strukturkörper, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Plattendicke, der Bohrungsdurchmesser und der Öffnungsanteil der Innenplatte so eingestellt sind, dass sie die Gestaltungsvorgabe erfüllen, dass in der durch die Durchgangslöcher fließenden Luft eine viskose Wirkungsweise erzeugt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Durchgangslöcher, die in der oben beschriebenen perforierten Platte vorgesehen sind, stellen mit einem Lochdurchmesser von etwa 0,5 mm große Löcher dar. Darüber hinaus stellen auch die in der oben beschriebenen Aluminiumfolie vorgesehenen Löcher mit einem Lochdurchmesser von etwa ø 1 mm große Löcher dar.
Aus diesem Grund besteht bei diesen Löchern die Möglichkeit, dass der Schallabsorptionsgrad gegenüber Geräuschen mit einer anderen Frequenz als der Resonanzfrequenz f äußerst gering ist. Daher gibt es bei der Schallabsorption Fälle, in denen die Schallabsorption bei Geräuschen, die als Hauptkomponente eine Vielzahl von Frequenzen enthalten, nicht voll ausgeübt werden kann und der Schallabsorptionsgrad weniger als 0,4 beträgt.
Bei der Schallabsorption in einem aus Vliesstoff oder Fasern bestehenden Einzelfasermaterial wie normalem Filz, Glaswolle, Steinwolle oder dergleichen beträgt der Schallabsorptionsgrad abhängig von der Dichte und Dicke etwa 0,4 oder weniger. Um den Schallabsorptionsgrad zu verbessern, muss daher die Dicke erhöht werden, wobei es, wenn der Einbauplatz oder das Gewicht der schallschluckenden Struktur begrenzt ist, Fälle gibt, in denen kein Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erreicht werden kann.
Um den Schallabsorptionsgrad auf 0,4 oder mehr zu erhöhen, ist es vorzuziehen, den Bohrungsdurchmesser (Lochdurchmesser) der Innenplatte (perforiertes Element), die die Durchgangslöcher hat, so klein wie möglich zu halten.
Bei der Fertigung des perforierten Elements ist es jedoch sehr schwierig, in einer verhältnismäßig dünnen Metallplatte für Durchgangslöcher mit einem solch kleinen Lochdurchmesser zu sorgen. Unter den perforierten Elementen hat speziell die Aluminiumfolie eine Dicke von nur etwa 20 μm und ist weich. Daher ist der Arbeitsablauf, in einer solchen Aluminiumfolie eine große Anzahl feiner Durchgangslöcher vorzusehen, mit extremen Schwierigkeiten und hohen Kosten verbunden gewesen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine schallschluckende Struktur zur Verfügung zu stellen, die den Schallabsorptionsgrad weiter verbessern kann, ohne den Lochdurchmesser des perforierten Elements zu verkleinern.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, besteht der Hauptpunkt der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur in einer schallschluckenden Struktur zum Unterdrücken von auf einer Schallquellenseite erzeugten Geräuschen, die ausgestattet ist mit: einem perforierten Element, das eine großen Anzahl Durchgangslöcher hat, und einem Fasermaterial, die einander gegenüberliegend auf der Schallquellenseite vorgesehen sind und so bereitgestellt sind, dass sie übereinander gestapelt sind; und einer Luftschicht, die hinter dem perforierten Element oder dem Fasermaterial vorgesehen ist, wobei das Faser material die unten stehende Gleichung (1) erfüllt und das perforierte Element die unten stehende Gleichung (2) erfüllt: ρ × t ≥ 0,01 kg/m2 (1) β ≥ 10x (2)mit

x: = 4/3 × log₁₀d – 1/3
ρ:: Dichte des Fasermaterials (kg/m³)
t:: Dicke des Fasermaterials (mm)
d:: Lochdurchmesser der Durchgangslöcher des perforierten Elements (mm)
β:: Öffnungsanteil der Durchgangslöcher des perforierten Elements (%).

Bei der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur wird unter der Annahme, dass das Produkt der Dichte ρ und der Dicke t des Fasermaterials dem oben beschriebenen bestimmten Wert oder mehr entspricht, außerdem der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher des perforierten Elements anhand der Beziehung zum Lochdurchmesser d der Durchgangslöcher eingestellt.
Wenn dafür gesorgt wird, dass das Fasermaterial und das perforierte Element die oben beschriebene relative Beziehung haben, wenn also mit anderen Worten dafür gesorgt wird, dass das Fasermaterial und das perforierte Element jeweils die obige Gleichung (1) und die obige Gleichung (2) erfüllen, kann selbst in dem Fall, dass das perforierte Element eine dünne Platte wie die Aluminiumfolie ist und die Durchgangslöcher einen großen Lochdurchmesser haben, um den Arbeitsablauf zu erleichtern, in dem perforierten Element eine große Anzahl Durchgangslöcher vorzusehen, eine schallschluckende Struktur mit hervorragender Schallabsorption geschaffen werden, die dazu imstande ist, einen Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr zu erreichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die 1 teilweise vergrößert zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die 1 teilweise vergrößert zeigt.
4 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
6 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
8 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
9 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
10 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
12 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
13 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
14 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
15 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
16 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der schallschluckenden Struktur eines Vergleichsbeispiels zeigt.
17 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
18 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
19 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
20 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
21 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
22 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
23 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
24 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
25 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
26 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
27 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
28 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
29 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
30 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
31 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
32 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
33 ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
34 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
35 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
36 ist eine erläuternde Ansicht, die die schallschluckende Wirkung der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Unter Verwendung von 1 bis 3 folgt nun eine Beschreibung speziell für den Fall eines Ausführungsbeispiels, in dem die Erfindung bei einer schallschluckenden Struktur für den Fahrzeugeinsatz Anwendung findet. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform zeigt, bei der auf der Motorhaubenrückseite eines Kraftfahrzeugs eine erfindungsgemäße schallschluckende Struktur für den Fahrzeugeinsatz angeordnet ist, wobei 2 eine Teilschnittansicht von 1 und 3 ebenfalls eine Teilschnittansicht von 1 ist.
Die erfindungsgemäße schallschluckende Struktur 1 in 1 ist auf der Motorschallquellenseite des Kraftfahrzeugs an der Rückseite einer Motorhaube 6 angeordnet und unterdrückt Geräusche, die auf der Motorschallquellenseite erzeugt werden.
Die Ausführungsform in 1 besteht grundsätzlich darin, dass die schallschluckende Struktur 1 von der Motorschallquellenseite aus mit einem Fasermaterial 4, einem perforierten Element 2, das eine große Anzahl Durchgangslöcher 3 hat und so bereitgestellt ist, dass es auf dem Fasermaterial 4 aufgeschichtet ist, und einer Luftschicht 5 hinter dem perforierten Element 2 ausgestattet ist. Allerdings kann eine ähnliche Wirkung auch dann erreicht werden, wenn anstelle des Fasermaterials 4 das perforierte Element 2 auf der Vorderseite zur Schallquellenseite hin angeordnet ist und das Fasermaterial 4 dahinter angeordnet ist, sodass es auf dem perforierten Element 2 aufgeschichtet ist.
Fasermaterial
Das Material 4 ist in diesem Beispiel ein Fasermaterial, das ein Schaumstoffmaterial aus miteinander verbundenen Blasen oder dergleichen einschließt. Das Fasermaterial 4 ist von der Motorschallquellenseite aus auf der Vorderseite zu den Geräuschen (Schallwellen) hin angeordnet, um eine schallschluckende Wirkung zu erreichen. Dabei ist zu beachten, dass die schallschluckende Wirkung des Fasermaterials 4, wie oben beschrieben wurde, auf ähnliche Weise erreicht werden kann, wenn das perforierte Element 2 auf der Vorderseite der Schallquellenseite angeordnet ist und das Fasermaterial 4 dahinter angeordnet ist, sodass es auf dem perforierten Element 2 aufgeschichtet ist.
Damit die schallschluckende Wirkung erreicht wird, ist es vorzuziehen, dass die Dichte ρ des Fasermaterials innerhalb des Bereichs 10 bis 400 kg/m³ liegt. Falls die Dichte ρ des Fasermaterials weniger als 10 kg/m³ oder mehr als 400 kg/m³ betragen würde, besteht in beiden Fällen die Möglichkeit, dass die schallschluckende Wirkung des Fasermaterials 4 geringer ausfällt.
Als Fasermaterial mit einer solchen Dichte ρ lässt sich ein poröses Fasermaterial anwenden. Als poröses Fasermaterial kann ein watteförmiges Material, wie es in „The Dictionary of Acoustic Terms" (herausgegeben von Acoustical Society of Japan) definiert ist, ein weithin bekanntes schallschluckendes Material und ein Schaumstoffmaterial aus miteinander verbundenen Blasen oder dergleichen verwendet werden, in dem ein Vliesstoff oder Fasern wie Filz, Glaswolle, Steinwolle oder dergleichen in Poren verworren sind, und wird aus diesen geeignet gewählt.
Darüber hinaus müssen bei dem in 2 gezeigten Fasermaterial 4 die Dichte ρ des Fasermaterials (kg/m³) und die Dicke t des Fasermaterials (mm) die unten stehende Gleichung (1) erfüllen: ρ × t ≥ 0,01 kg/m2 (1)
Falls die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials die Gleichung (1) erfüllen, kann mit dem Aufbau, in dem das perforierte Element 2 und die Luftschicht 5 kombiniert sind, ungeachtet der Plattendicke des perforierten Elements 2 ein hoher Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erzielt werden. Falls die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials dagegen die Gleichung (1) nicht erfüllen, wird der Schallabsorptionsgrad selbst dann, wenn der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher 3 des perforierten Elements 2 die Gleichung (2) erfüllt, so weit gesenkt, dass er so gering wie der Schallabsorptionsgrad in dem Fall ist, in dem nur das perforierte Element 2 vorhanden ist. Falls die Gleichung (1) nicht erfüllt ist, weil entweder die Dichte ρ oder die Dicke t oder beide zu klein sind, lässt sich der Schallabsorptionsgrad insbesondere dann, wenn die Durchgangslöcher 3 auf einen großen Lochdurchmesser d von mehr als 0,8 mm eingestellt werden, der sich leicht herstellen lässt, nicht auf 0,4 oder mehr einstellen.
Perforiertes Element
1 zeigt eine Ausführungsform, die eine Metallfolie etwa aus Aluminium (nachstehend einfach als Aluminiumfolie bezeichnet) verwendet, was zu einer Gewichtssenkung des perforierten Elements 2 beiträgt. Da die erfindungsgemäße schallschluckende Struktur 1 ein Bauteil ist, das auf der Motorschallquellenseite neu zur Rückseite der Motorhaube 6 des Kraftfahrzeugs hinzugefügt wird, ist es vorzuziehen, dass sie so leicht wie möglich ist. Falls dazu eine dünne Aluminiumfolie verwendet wird, kann das Bauteil selbst sogar leichter als in dem Fall sein, dass eine Aluminiumlegierungsplatte oder dergleichen verwendet wird. Daher schließt das perforierte Element bei der Erfindung nicht nur eine normale Platte ein, sondern auch solche wie eine Folie oder einen Film mit äußerst geringer Dicke.
Das perforierte Element 2 absorbiert den Schall ähnlich wie der oben beschriebene Stand der Technik durch das Helmholtz-Resonanzprinzip, doch wird bei der Erfindung vorausgesetzt, dass der Lochdurchmesser d (mm) jedes Durchgangslochs 3 (siehe 3) in dem perforierten Element 2 und der Öffnungsanteil β (%) der Durchgangslöcher, der dem Verhältnis der Gesamtfläche aller Durchgangslöcher zur Oberfläche des perforierten Elements 2 entspricht, die unten stehende Gleichung (2) erfüllen: β ≥ 10x mit x = 4/3 × log10d – 1/3 (2)
Falls der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher 3 die Gleichung (2) erfüllt, wird mit dem Aufbau, in dem das Fasermaterial 4 und die Luftschicht 5 kombiniert sind, ungeachtet der Plattendicke des perforierten Elements 2 oder dergleichen ein hoher Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erzielt. Falls der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher 3 dagegen die Gleichung (2) nicht erfüllt, ist der Schallabsorptionsgrad selbst dann geringer, wenn die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials die Gleichung (1) erfüllen. Falls der Öffnungsanteil β zu klein ist, weil die Anzahl an Durchgangslöchern 3 zu gering ist, lässt sich der Schallabsorptionsgrad insbesondere dann, wenn die Durchgangslöcher 3 auf einen großen Lochdurchmesser d von mehr als 0,8 mm eingestellt werden, der sich leicht herstellen lässt, nicht auf 0,4 oder mehr einstellen.
Die Auswahl des Materials und der Plattendicke des perforierten Elements 2 erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Gewichtssenkung und der schallschluckenden Wirkung so, dass das Material möglichst dünn, leichtgewichtig und steif ist. Diesbezüglich ist es vorzuziehen, dass die Plattendicke des perforierten Elements der einer dünnen Platte mit weniger als 0,5 mm Dicke entspricht.
Darüber hinaus lassen sich als Material zweckmäßig Stahlblech, eine Aluminiumlegierungsplatte, eine Kunststoffplatte und dergleichen verwenden, doch ist dabei unter dem Gesichtspunkt der Gewichtssenkung und der schallschluckenden Wirkung insbesondere eine Aluminiumlegierungsplatte, besser noch eine Aluminiumfolie, d.h. Aluminium im Besonderen, vorzuziehen.
Luftschicht
Die Luftschicht 5 dient als Geräuschresonanzkammer und kann in Kombination mit den Durchgangslöchern 3 des perforierten Elements 2 wirksam Geräusche mit einer Vielzahl von Frequenzen und Geräusche mit einer bestimmten Frequenz absorbieren. Es ist vorzuziehen, dass als optimale Dicke der Luftschicht 5 ein Bereich von 10 bis 50 mm gewählt wird, auch wenn dieser entsprechend dem Anwendungsbereich der schallschluckenden Struktur, dem Geräuschzustand oder dem Bedarf der Geräuschsenkung variiert. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die Luftschicht 5 nur durch die Durchgangslöcher 3 des perforierten Elements 2 hindurch kommuniziert und der andere Teil unter dem Gesichtspunkt, den Schallabsorptionsgrad zu erhöhen, durch ein darum herum angeordnetes Abschirmbauteil 8 dicht gehalten wird.
Anbringung der schallschluckenden Struktur
Das Verfahren zum Anbringen der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur 1 an der Motorhaube 6 besteht zum Beispiel darin, dass sie unter Bildung der Luftschicht 5 durch einen Klebstoff oder ein mechanisches Befestigungsmittel wie Schrauben und Muttern am Rand auf der Innenelementrückseite der Motorhaube 6 befestigt und mit ihr vereint wird.
Dabei ist zu beachten, dass die erfindungsgemäße schallschluckende Struktur 1 die Rückseite der Motorhaube 6 oder die Innenelementrückseite nicht vollständig bedecken muss. Mit anderen Worten kann die schallschluckende Struktur 1 abhängig vom Anwendungsbereich im Fahrzeug, vom Geräuschzustand und dem Geräuschsenkungsbedarf, teilweise oder verteilt an einer geeigneten Stelle auf der Rückseite der Motorhaube 6 angeordnet werden.
Die 4 bis 9 zeigen eine andere Ausführungsform des Verfahrens zum Anbringen der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur 1 an der Motorhaube. 4 zeigt für den Fall, dass ein Innenelement 10 der Motorhaube die konkav-konvexe Form einer so genannten Mehrkegelbauart oder dergleichen mit einer großen Anzahl kegelförmiger Vertiefungen hat, eine Ausführungsform, bei der die Struktur von der Motorschallquelle aus hintereinander mit einem flachplattenförmigen Fasermaterial, einem flachplattenförmigen perforierten Element 2, das eine große Anzahl Durchgangslöcher 3 hat und so bereitgestellt ist, dass es auf dem Fasermaterial 4 aufgeschichtet ist, und einer Luftschicht 5 hinter dem perforierten Element 2 ausgestattet ist. Dabei ist zu beachten, dass das perforierte Element 2 direkt mit dem Innenelement 10 der Motorhaube verbunden werden kann, nachdem es mit der rückseitigen Luftschicht 5 ausgestattet wurde.
Die 5, 6 und 7 zeigen Beispiele, die den gleichen Grundaufbau wie 4 haben, wobei das perforierte Element 2 und das Fasermaterial 4 jedoch, die überlappend angeordnet sind, konkav-konvex sind, um die Steifigkeit zu erhöhen. 5 zeigt, dass sie im Querschnitt durchgehend bogenförmig konkav-konvex ausgebildet sind, 6, dass sie im Querschnitt durchgehend dreieckig konkav-konvex ausgebildet sind, und 7, dass sie im Querschnitt durchgehend mit einem trapezförmigen konkaven Abschnitt und einem dreieckigen konvexen Abschnitt ausgebildet sind.
Die 8, 9, 10, 11 und 12 zeigen Beispiele, die den gleichen Grundaufbau wie 4 haben, wobei zwischen dem Fasermaterial 4 und dem perforierten Element 2 jedoch kleine Lücken (Luftschicht) vorgesehen sind, wenn sie übereinander gestapelt sind. Die Luftschicht kann zwischen ihnen wie gesagt beim Übereinanderstapeln des Fasermaterials 4 und des perforierten Elements 2 vorgesehen werden.
8 ist ein Beispiel, in dem ein flachplattenförmiges Fasermaterial 4 und ein flachplattenförmiges perforiertes Element 2 so vorgesehen sind, dass der Bereich zwischen dem Fasermaterial 4 und dem perforierten Element 2 zu einer mittleren Luftschicht 5a wird. Die 9, 10 und 11 zeigen Beispiele, in denen ein flachplattenförmiges Fasermaterial 4 und ein konkav-konvex geformtes perforiertes Element 2 so vorgesehen sind, dass die von der konkav-konvexen Form des perforierten Elements 2 und dem flachplattenförmigen Fasermaterial 4 umgebenen Bereiche zur mittleren Luftschicht 5a werden. 12 zeigt ein Beispiel, in dem ein konkav-konvex geformtes Fasermaterial 4 und ein flachplattenförmiges perforiertes Element 2 so vorgesehen sind, dass die von der konkav-konvexen Form des Fasermaterials 4 und dem flachplattenförmig perforierten Element 2 umgebenen Bereiche zur mittleren Luftschicht 5a werden.
Funktionsweise
Bei der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur 1 wird innerhalb des Fahrzeugkörpers auf der Vorderseite einer Schallquelle wie dem Motorschall zunächst das Fasermaterial 4 angeordnet und werden dann nacheinander das perforierte Element 2 und die Luftschicht 5 angeordnet.
Dadurch treffen Geräusche von der Schallquelle wie zum Beispiel dem Motor in der erfindungsgemäßen schallschluckenden Struktur 1 zunächst auf das auf der Vorderseite angeordnete Fasermaterial 4. Aus diesem Grund werden die Geräusche, während sie durch den porösen Abschnitt des Fasermaterials 4 hindurchgehen, entsprechend den Schallabsorptionseigenschaften des Fasermaterials 4 absorbiert, während sich Restgeräusche, die nicht absorbiert wurden, durch die Lochbereiche des Fasermaterials fortpflanzen.
Wie oben beschrieben wurde, weist das Fasermaterial 4 dabei die Beziehung auf, dass die Dichte ρ des Fasermaterials (kg/m³) und die Dicke t des Fasermaterials (mm) die Gleichung (1) erfüllen, und lässt sich der Schallabsorptionsgrad auch im Fall eines perforierten Elements 2, bei dem die Durchgangslöcher 3 auf einen großen Lochdurchmesser d von mehr als 0,8 mm eingestellt werden, der sich leicht herstellen lässt, auf 0,4 oder höher einstellen.
Die Restgeräusche, die durch das Fasermaterial 4 hindurchgegangen sind, werden anschließend (durch Übertragung) über den Abschnitt der Durchgangslöcher 3 des perforierten Elements 2 in die Luftschicht 5 eingeleitet. Die Durchgangslöcher 3 des perforierten Elements 2 arbeiten dann als Geräuschresonanzloch und die Luftschicht 5 außerdem als Geräuschresonanzkammer, wobei die Geräusche wirksam bei einer bestimmten Frequenz absorbiert werden können. Dadurch, dass das Fasermaterial 4 auf der Oberfläche des perforierten Elements 2 angeordnet ist, kommt zur Schallabsorption durch die Durchgangslöcher 3 des perforierten Elements noch die Dämpfung des Fasermaterials 4 hinzu, was eine höhere Schallabsorption als bei einem Aufbau nur mit dem perforierten Element 2 erreicht.
Dabei ist zu beachten, dass sich eine ähnliche Schallabsorptionswirkung wie oben beschrieben auch dann einstellt, wenn innerhalb des Fahrzeugkörpers anstatt wie oben beschrieben das Fasermaterial 4 zunächst das perforierte Element 2 an der Schallquelle wie dem Motorschall angeordnet wird, das Fasermaterial 4 anschließend hinter dem perforierten Element 2 angeordnet wird, sodass es auf ihm aufgestapelt ist, und dann hinter dem Fasermaterial 4 die Luftschicht 5 angeordnet wird.
Dabei wird davon ausgegangen, dass der Lochdurchmesser d (mm) jedes Durchgangslochs 3 in dem perforierten Element 2 und der Öffnungsanteil β (%) der Durchgangslöcher, der dem Verhältnis der Gesamtfläche des Lochdurchmessers d aller Durchgangslöchern zur Oberfläche des perforierten Elements 2 entspricht, die obige Gleichung (2) erfüllen.
Dadurch lässt sich der Schallabsorptionsgrad auch im Fall eines perforierten Elements 2, bei dem die Durchgangslöcher 3 auf einen großen Lochdurchmesser d von mehr als 0,8 mm eingestellt werden, der sich leicht herstellen lässt, auf 0,4 oder mehr einstellen.
Da die erfindungsgemäße schallschluckende Struktur 1 diesen Aufbau und diese Funktion hat, ist es möglich, die Wirkungen des Fasermaterials 4, des perforierten Elements 2 und der Luftschicht 5 zu multiplizieren. Speziell in dem Fall, dass für das perforierte Element 2 die dünne Aluminiumfolie verwendet wird und die Durchgangslöcher 3 auf den großen Lochdurchmesser d von mehr als 0,8 mm eingestellt werden, können die Schallabsorption in einem breiten Frequenzbereich und die Schallabsorption bei einer bestimmten Frequenz verglichen mit der Schallabsorptionswirkung jeweils nur eines einzelnen Schallabsorptionsmittels wie in den später beschriebenen Beispielen deutlich verbessert werden. Somit kann das Gewicht der schallschluckenden Struktur selbst verringert werden und lassen sich die Durchgangslöcher des perforierten Elements leicht herstellen. Die Gewichtszunahme des Fahrzeugkörpers und der Anstieg der Fahrzeugkörperkosten aufgrund der Hinzunahme der schallschluckenden Struktur können auf ein Minimum gedrückt werden.
Beispiele
Als nächstes werden Beispiele der Erfindung beschrieben. Es wurde die schallschluckende Struktur 1 mit dem in 1 gezeigten Formaufbau angefertigt, es wurden ρ und t des Fasermaterials in Gleichung (1) geändert, und anhand der Gleichung (2) wurde die Beziehung zwischen dem Lochdurchmesser und dem Öffnungsanteil des perforierten Elements ermittelt, bei der ein Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erreicht werden konnte.
Was die Schallabsorptionsmessung betraf, wurde der Schallabsorptionsgrad unter Verwendung eines Sondenrohrs gemessen. Zunächst wurde ein Ende des Sondenrohrs als eine steife Wandplatte (simuliertes Motorhaubenelement) verwendet, während am anderen Ende als Schallquelle ein Lautsprecher angeordnet wurde. Das Fasermaterial 4 wurde mit einer festen Lücke aufrecht vor dem Lautsprecher platziert, es wurde eine Aluminiumfolie mit mehreren darin ausgebildeten Löchern, die dem perforierten Element 2 entsprach, aufrecht so platziert, dass sie das Fasermaterial 4 dahinter überlappte, und es wurde dafür gesorgt, dass in der steifen Wandfläche hinter dem perforierten Element 2 eine Luftschicht 5 vorhanden war. Indem eine Schallwelle vom Lautsprecher übertragen wurde und der Schalldruck durch zwei Mikrofone in der Nähe des schallschluckenden Strukturprüfstücks gemessen wurde, wurde dann das Verhältnis zwischen der einfallenden Welle und der reflektierten Welle ermittelt und der Schallabsorptionsgrad berechnet.
Als Versuchsbedingung wurde die Geräuschfrequenz auf einen Bereich von 800 bis 4000 Hz einschließlich niedriger und hoher Frequenzen eingestellt, wobei das perforierte Element eine 80 μm (0,08 mm) dicke Aluminiumfolie war und die Dicke der Luftschicht auf 35 mm eingestellt wurde.
Die 13, 14, 15 und 16 zeigen die Ergebnisse, wobei die 13, 14 und 15 Erfindungsbeispiele zeigen, während 16 ein Vergleichsbeispiel zeigt, bei dem das Fasermaterial von 1 nicht vorhanden war, sondern nur das perforierte Element und die hintere Luftschicht vorhanden waren. In den Zeichnungen zeigt die Ordinatenachse jeweils den Lochdurchmesser des perforierten Elements und die Abszissenachse den Öffnungsanteil des perforierten Elements. Des Weiteren entspricht der weiße Bereich in jeder Zeichnung dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,6 oder mehr erreichte, der graue Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,4 bis 0,6 erreichte, und der schwarze Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad weniger als 0,4 betrug.
– Erfindungsbeispiel: 13 –
Als Fasermaterial wurde Glaswolle verwendet, die Dichte ρ wurde auf 80 kg/m³ und die Dicke t auf 2 mm eingestellt, und ρ × t = 0,16 kg/m² war so eingestellt, dass ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllt war. 13 zeigt, dass der Bereich, der den Schallabsorptionsgrad von 0,6 oder mehr erreichte, auch dann Ausdehnung hatte, als der Lochdurchmesser des perforierten Elements ø 0,5 mm oder mehr betrug.
– Erfindungsbeispiel: 14 –
Als Fasermaterial wurde Filz verwendet, die Dichte ρ wurde auf 250 kg/m³ und die Dicke t auf 0,64 mm eingestellt, und ρ × t = 0,16 kg/m² war so eingestellt, dass ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllt war. 14 zeigt, dass der Bereich, der den Schallabsorptionsgrad von 0,6 oder mehr erreichte, auch dann Ausdehnung hatte, als der Lochdurchmesser des perforierten Elements ø 0,5 mm oder mehr betrug.
– Erfindungsbeispiel: 15 –
Als Fasermaterial wurde Steinwolle verwendet, die Dichte ρ wurde auf 138 kg/m³ und die Dicke t auf 1,2 mm eingestellt, ρ × t = 0,16 kg/m² war so eingestellt, dass ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllt war. 15 zeigt, dass der Bereich, der den Schallabsorptionsgrad von 0,6 oder mehr erreichte, auch dann Ausdehnung hatte, als der Lochdurchmesser des perforierten Elements ø 0,5 mm oder mehr betrug.
– Vergleichsbeispiel: 16 –
In diesem Fall gab es kein Fasermaterial, und ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) war nicht erfüllt. Deswegen zeigt 16, dass der Bereich, der den Schallabsorptionsgrad von 0,6 oder mehr erreichte, verglichen mit den oben beschriebenen Erfindungsbeispielen drastisch kleiner war und dass der Schallabsorptionsgrad bei einem Lochdurchmesser des perforierten Elements von ø 0,5 mm oder mehr nicht 0,6 oder mehr betrug. Um den Schallabsorptionsgrad zu erhöhen, müssen in dem perforierten Element daher Löcher kleinen Durchmessers vorgesehen werden, deren Herstellung schwieriger ist.
Andere Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden werden andere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fasermaterial
In dem Fasermaterial 4 der 1 bis 12 kann das Fasermaterial 4 aufgrund der Einstellung der Eigenschaften der Schallabsorptionswirkung, der Steifheit und dergleichen oder der Fertigung und Anbringung des Fasermaterials nicht nur eine einzige Schicht, sondern auch eine mehrlagige Struktur haben, die aus zwei oder mehr Lagen Fasermaterials besteht. Falls das Fasermaterial 4 eine solche mehrlagige Struktur haben soll, können je nach Zielvorgabe gleiche Materialien, verschiedene Materialien oder diese Aufschichtungen alternativ in Kombination aufgeschichtet werden.
Darüber hinaus ist das Fasermaterial 4 nicht auf eine mehrlagige Anordnung in Richtung zu einer solchen Schallquelle (Schallwellenausbreitungsrichtung) beschränkt, sondern können innerhalb der gleichen Lage oder Ebene zur Schallquelle (innerhalb einer horizontalen Ebene oder innerhalb einer von der Orientierung der schallschluckenden Struktur abhängigen senkrechten Ebene) passend verschiedene Fasermaterialien oder Fasermaterialien mit verschiedenen Schallabsorptionsgraden angeordnet werden. Da bei dieser Ausführungsform innerhalb der gleichen Lage oder der gleichen Ebene zur Schallquelle Bereiche verschiedenen Schallabsorptionsgrads vorkommen, kann die Schallabsorptionswirkung in einem breiten Frequenzband erreicht werden.
Perforiertes Verbundelement
Bei dem perforierten Element 2 der 1 bis 12 muss das perforierte Element 2 in dem Fall, dass ein dünnes Material wie die poröse Aluminiumfolie verwendet wird, nicht aus einer einzigen porösen Aluminiumfolie bestehen, sondern können darauf verschiedene Materialien aufgeschichtet werden. Wenn mit der porösen Aluminiumfolie zum Beispiel ein aus Vliesstoff und Fasern bestehendes Fasermaterial aus Filz, Glaswolle, Steinwolle oder dergleichen zu dem perforierten Element 2 verklebt wird, kann das perforierte Element 2 Steifheit und Dicke haben.
Wenn dann die aus dem oben beschriebenen Vliesstoff und Fasern bestehende Fasermaterialseite des perforierten Verbundelements 2 und das Fasermaterial 4 mit Klebstoff verklebt werden, muss auf der Seite der porösen Aluminiumfolie kein Klebstoff aufgebracht werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die porösen Abschnitte der Aluminiumfolie nicht durch Klebstoff verstopft werden und das poröse Element 2 und das Fasermaterial 4 verklebt werden können, ohne die Schallabsorptionswirkung zu verringern.
Darüber hinaus hat das perforierte Verbundelement 2 den Vorteil, dass sich die Perforierung leicht bewerkstelligen lässt. Und zwar wird das aus dem oben beschriebenen Vliesstoff und Fasern bestehende Fasermaterial zuvor mit einer unperforierten Aluminiumfolie verbunden, und erfolgt die Perforierung für die Schallabsorption an der verbundenen Aluminiumfolie in die poröse Aluminiumfolie (das perforierte Element 2) hinein. Bei dieser Ausführungsform kann die Folie Steifheit und Dicke haben, die beim Perforieren wichtig sind, und gelingt der Perforierungsablauf selbst leichter als bei der Perforierung einer sehr dünnen Aluminiumeinzelfolie.
Bei der schallschluckenden Struktur 1 der 1 bis 12 kann daher die Verbindung des Fasermaterials 4 und des perforierten Elements 2 auch durch eine mechanische Verbindung erfolgen, doch lässt sie sich auch einfach mit Hilfe des oben beschriebenen Klebstoffs bewerkstelligen.
Schallabsorption des perforierten Verbundelements
17 zeigt ein Beispiel des perforierten Verbundelements. In dem schallschluckenden Aufbau von 17 ist ein Vliesstoff 8 mit einer porösen Aluminiumfolie 2 zu einem perforierten Element verbunden worden und ist damit als Fasermaterial 4 Glaswolle verbunden worden. Die 18 bis 21 zeigen die Schallabsorption (den Schallabsorptionsgrad), als die Dickenbedingung von jedem Teilbereich der schallschluckenden Struktur von 17 geändert wurde. Das Messverfahren und die Versuchsbedingung für die schallschluckende Struktur und den Schallabsorptionsgrad waren die gleichen wie bei den oben beschriebenen Beispielen. In den 18 bis 21 wurden ρ und t des Fasermaterials 4 in Gleichung (1) auf die gleiche Weise wie in den 13 bis 16 geändert, wobei die Beziehung zwischen dem Lochdurchmesser und dem Öffnungsgrad des perforierten Elements, bei denen ein Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erreicht werden konnte, aus Gleichung (2) ermittelt wurde.
Bei der schallschluckenden Struktur von 18 und 19 wurde ein Fasermaterial, das aus dem oben beschriebenen Vliesstoff und Fasern mit einer Dicke von 0,1 mm (Oberflächendichte: 40 g/m²) bestand, mit einer porösen Aluminiumfolie, die eine Dicke von 80 μm (0,08 mm) hatte, zu einem perforierten Element verbunden. Dann wurde damit als Fasermaterial 4 Glaswolle verbunden, die eine Dichte ρ von 80 kg/m³ und eine Dicke t von 2 mm (18) oder 5 mm (19) hatte. Die Gesamtdicke der schallschluckenden Struktur einschließlich der Luftschicht hinter dem perforierten Element wurde auf 35 mm eingestellt.
Bei der schallschluckenden Struktur von 20 wurde Glaswolle, die eine Dicke von 2 mm (Dichte: 80 kg/m³) hatte, mit einer porösen Aluminiumfolie, die eine Dicke von 80 μm (0,08 mm) hatte, zu einem perforierten Element verbunden, und wurde damit als Fasermaterial 4 Glaswolle verbunden, die eine Dichte ρ von 32 kg/m³ und eine Dicke t von 2 mm hatte. Die Gesamtdicke der schallschluckenden Struktur einschließlich der Luftschicht hinter dem perforierten Element wurde auf 35 mm eingestellt.
Bei der schallschluckenden Struktur von 21 wurde Glaswolle, die eine Dicke von 1 mm (Dichte: 80 kg/m³) hatte, mit einer porösen Aluminiumfolie, die eine Dicke von 80 μm (0,08 mm) hatte, zu einem perforierten Element verbunden und wurde damit als Fasermaterial 4 Glaswolle verbunden, die eine Dichte ρ von 32 kg/m³ und eine Dicke t von 1 mm hatte. Die Gesamtdicke der schallschluckenden Struktur einschließlich der Luftschicht hinter dem perforierten Element wurde auf 35 mm eingestellt.
In den Zeichnungen der 18 bis 21 zeigt die Ordinatenachse jeweils den Lochdurchmesser des perforierten Elements und die Abszissenachse den Öffnungsanteil des perforierten Elements. Des Weiteren entspricht der weiße Bereich in jeder Zeichnung dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,6 oder mehr erreichte, der graue Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,4 bis 0,6 erreichte, und der schwarze Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad weniger als 0,4 betrug. Jede Zeichnung zeigt, dass der Bereich, der den Schallabsorptionsgrad von 0,6 oder mehr erreichte, auch dann Ausdehnung hatte, als der Lochdurchmesser des perforierten Elements ø 0,5 mm oder mehr betrug.
Bei der Ausführungsform eines solchen perforierten Verbundelements wird bei dem Fasermaterial 4 des perforierten Elements und dem mit dem perforierten Element verbundenen Fasermaterial, das aus Vliesstoff und Fasern wie der Glaswolle 8 besteht, dafür Sorge getragen, dass der Gesamtwert der Oberflächendichte ρ × t in allen Lagen der Fasermaterialien ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllt. Dies trifft auf die Ausführungsformen der 18 bis 21 und auch auf die später beschriebenen Ausführungsformen zu.
Wenn in diesem Fall entweder die Lage des Fasermaterials 4 oder die Lage des aus Vliesstoff und Fasern bestehenden Fasermaterials wie die oben beschriebene Glaswolle 8 ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllt, erfüllt natürlich der Gesamtwert der Oberflächendichte ρ × t aller Lagen des Fasermaterials ρ × t ≥ 0,01 kg/m². Wenn eine der Fasermateriallagen ρ × t ≥ 0,01 kg/m² erfüllt, muss daher mit anderen Worten das andere Fasermaterial nicht ρ × t ≥ 0,01 kg/m² erfüllen.
Was andererseits den Vorzugsbereich der Dichte ρ (10 bis 400 kg/m³) des oben beschriebenen Fasermaterials betrifft, ist es vorzuziehen, dass in der Ausführungsform eines solchen perforierten Verbundelements jede Fasermateriallage für sich in diesem Bereich liegt. Die Ausführungsformen in den obigen 18 bis 21 erfüllen dies.
22 zeigt zwischen dem perforierten Element von 17 (einem perforierten Element, bei dem Vliesstoff mit der porösen Aluminiumfolie verbunden wurde, um ihr strukturelle Dämpfung zu verleihen) und einem perforierten Element, das nur aus einer porösen Aluminiumfolie bestand, der keine strukturelle Dämpfung verliehen wurde, Änderungen des Schallabsorptionskoeffizienten (Ordinatenachse), die durch die Schallwellenfrequenz (Abszissenachse) hervorgerufen wurden. Das perforierte Element mit der ihm verliehenen Dämpfung (dicke Linie) zeigt keine drastische Verringerung des Schallabsorptionsgrads durch die Schallwellenfrequenz. Dagegen ist in dem perforierten Element ohne die ihm verliehene strukturelle Dämpfung (feine Linie) der Schallabsorptionsgrad bei einer Frequenz von ungefähr 500 bis 700 Hz drastisch verringert. Das liegt an der Tatsache, dass in diesem Frequenzband die oben beschriebene Resonanz des perforierten Elements erzeugt wird.
Einschub des perforierten Elements zwischen Fasermaterialien
Falls das Fasermaterial 4 mit der oben beschriebenen mehrlagigen Struktur ausgebildet wird und wenn das perforierte Element (poröse Folie) 2 beim Verbinden des Fasermaterials 4 und des perforierten Elements 2 zwischen die Lage des Fasermaterials 4, die sich auf der Vorderseite zur Schallwelle befindet, und die Lage des Fasermaterials 8 eingeschoben wird, die sich auf der Rückseite der Schallwelle befindet, oder wenn das perforierte Element 2 so zwischen den Schichten der Fasermaterialien (4, 8) vorgesehen wird, dass es wie in 23 gezeigt angeordnet ist, ist der Übertragungsverlust größer als in dem Fall nur des Fasermaterials 4, was die Schall isolation verbessert. Ein solcher Aufbau beeinflusst den Schallabsorptionsgrad nicht sehr und verringert nicht den Schallabsorptionsgrad. Es ist daher vorzuziehen, in einem Anwendungsbereich, in dem eine Schallisolation erforderlich ist, eine solche Ausführungsform einzusetzen.
In 24 und 25 sind für den schallschluckenden Aufbau, in dem das perforierte Element wie in 23 zwischen den Lagen der Fasermaterialien (4, 8) eingeschoben ist, jeweils durch dicke Linien der Übertragungsverlust bei jeder Frequenz und der Schallabsorptionsgrad bei jeder Frequenz gezeigt. Bei dem schallschluckenden Aufbau von 23 ist ein perforiertes Element mit einer Dicke von 0,3 mm zwischen einem Fasermaterial mit einer Dichte von 60 kg/m³ und einer Dicke von 20 mm und einem Fasermaterial mit einer Dichte von 60 kg/m³ und einer Dicke von 10 mm eingeschoben. Im Vergleich dazu sind in 24 und 25 jeweils durch dünne Linien der Schallübertragungsverlust und der Schallabsorptionskoeffizient für den Fall nur des Fasermaterials mit der Dichte von 60 kg/m³ (Dicke 30 mm) gezeigt.
24 und 25 zeigen, dass der Fall, bei dem das perforierte Element zwischen den Lagen des Fasermaterials (4, 8) eingeschoben ist, einen größeren Übertragungsverlust als die Struktur mit nur dem Fasermaterial hat, und die Schallisolation verbessert wird. Des Weiteren zeigt die Zeichnung, dass kein deutlicher Unterschied auftritt, wenn der Fall, bei dem das perforierte Element 2 zwischen den Lagen des Fasermaterials (4, 8) eingeschoben wird, und die Struktur mit nur dem Fasermaterial hinsichtlich des Schallabsorptionsgrads verglichen werden.
Bevorzugte Ausführungsform des Öffnungsanteils β der Durchgangslöcher im perforierten Element
Es folgt nun eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform des Öffnungsanteils β der Durchgangslöcher. Obwohl wie oben beschrieben vorausgesetzt wird, dass der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher (%), das dem Verhältnis der Gesamtsumme aller Durchgangslöcher zur Oberfläche des perforierten Elements 2 entspricht, die Gleichung (2) erfüllt, gibt es aufgrund der Beziehung zum Lochdurchmesser d (mm) der Durchgangslöcher einen bevorzugten Bereich für die Erhöhung des Schallabsorptionsgrads.
So ist es insbesondere vorzuziehen, dass der Öffnungsanteil β (%), nachdem es die Gleichung (2) erfüllt hat, β ≥ 10^y mit y = –0,67 × log₁₀d – 1,67 (Gleichung 2) oder β ≤ 10^z mit z = –0,67 × log₁₀d + 0,15 (Gleichung 3) erfüllt.
Gleichung 2 und Gleichung 3 ergeben jeweils die Beziehung einer Untergrenze und einer Obergrenze, wobei es vorzuziehen ist, dass, nachdem Gleichung (2) erfüllt wurde, sowohl Gleichung 2 als auch Gleichung 3 erfüllt werden. Mit anderen Worten ist es vorzuziehen, dass der Öffnungsanteil β, nachdem es Gleichung (2) erfüllt hat, in einem Bereich liegt, der von Gleichung 2 (Untergrenze) und Gleichung 3 (Obergrenze) umgeben ist.
In den Zeichnungen von 18 bis 21 (Beispiel in 17 mit perforiertem Verbundelement), die jeweils einem Beispiel des oben beschriebenen perforierten Verbundelements entsprechen, sind die Bereiche, die jeweils für sich die Gleichung 1, die Gleichung 2 und die Gleichung 3 erfüllen, wenn Gleichung (2) als Gleichung 1 verwendet wird, durch die Linien und Pfeile mit den umkreisten Ziffern 1, 2 und 3 angegeben. Unter der Annahme, dass die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials die Gleichung (1) erfüllen, zeigen die Zeichnungen der 18 bis 21 jeweils, dass der Anteil des Bereichs mit hohem Schallabsorptionsgrad in einem Bereich, in dem der Öffnungsanteil β die Gleichung 1 und die Gleichung 3 erfüllt, in einem Bereich, in dem der Anteil die Gleichung 1 und die Gleichung 2 erfüllt, und in einem Bereich, in dem der Anteil sämtliche der Gleichungen 1 bis 3 erfüllt (einem von Gleichung 1 bis Gleichung 3 umgebenen Bereich), in dieser Reihenfolge größer wird. Und zwar zeigen die Zeichnungen, dass der Schallabsorptionsgrad durch das Einstellen des Öffnungsanteils β und des Lochdurchmessers d der Durchgangslöcher auf Werte innerhalb des Bereichs, in dem sämtliche der Gleichungen 1 bis 3 erfüllt sind, verbessert werden kann.
Unter der Voraussetzung, dass die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials ρ × t ≥ 0,01 kg/m² der Gleichung (1) erfüllen, ist dann in den 27 bis 31 die Schallabsorption (der Schallabsorptionsgrad) gezeigt, wenn ρ × t von 0,01 zu 1,0 geändert wird. Die schallschluckende Struktur, das Messverfahren für den Schallabsorptionsgrad und die Versuchsbedingung waren dabei die gleichen wie in dem oben beschriebenen Beispiel.
Es wurde dazu die schallschluckende Struktur von 26 verwendet. Speziell wurde eine Struktur verwendet, bei der mit einer porösen Aluminiumfolie 2, die eine Dicke von 80 μm (0,08 mm) hatte, als Fasermaterial 4 Glaswolle verbunden wurde. Dann wurde unter Beibehaltung der Dichte ρ des Fasermaterials 4 und durch Ändern der Dicke t des Fasermaterials 4 ρ × t von 0,01 bis 1,0 geändert. In den 27 bis 31 wurde die Beziehung zwischen dem Lochdurchmesser und dem Öffnungsgrad des perforierten Elements, bei der ein Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr erreicht werden konnte, auf die gleiche Weise wie in den 18 bis 21 anhand von Gleichung (2) ermittelt. In den Zeichnungen entspricht der weiße Bereich jeweils dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,6 oder mehr erreichte, der graue Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,4 bis 0,6 erreichte, und der schwarze Bereich dem Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad weniger als 0,4 betrug. 30 und 31 zeigen, dass der Bereich, in dem der Schallabsorptionsgrad 0,6 oder mehr erreichte, selbst dann Ausdehnung hatte, als der Lochdurchmesser des perforierten Elements ø 0,5 mm oder mehr betrug.
Des Weiteren sind in den Zeichnungen der 27 bis 31 die Bereiche, die jeweils für sich die Gleichung 1, die Gleichung 2 und die Gleichung 3 erfüllen, wenn Gleichung (2) als Gleichung 1 verwendet wird, durch Linien und Pfeile mit den umkreisten Ziffern 1, 2 und 3 angegeben. Unter der Voraussetzung, dass die Dichte ρ des Fasermaterials und die Dicke t des Fasermaterials die Gleichung (1) erfüllen, zeigen die Zeichnungen der 27 bis 31 jeweils, dass der Bereich, in dem der Öffnungsanteil β sämtliche der Gleichungen 1 bis 3 erfüllt (der von den Gleichungen 1 bis 3 umgebene Bereich), einen höheren Anteil des Bereichs mit hohem Schallabsorptionsgrad als ein Bereich hat, in dem der Anteil die Gleichung 1 und entweder die Gleichung 2 oder die Gleichung 3 erfüllt. Und zwar zeigen die Zeichnungen, dass insbesondere der Schallabsorptionsgrad durch das Einstellen des Öffnungsanteils β und des Lochdurchmessers d der Durchgangslöcher auf Werte innerhalb des Bereichs, in dem sämtliche der Gleichungen 1 bis 3 erfüllt sind, verbessert werden kann. Dabei ist zu beachten, dass die gleiche Tendenz für ρ × t wie in den 27 bis 31 auch auf die anderen Ausführungsformen der Verbundbauart und Einschubbauart zutrifft.
Verbesserung der Steifheit des perforierten Elements
Die den Schallabsorptionsgrad verbessernde Wirkung des oben beschriebenen perforierten Verbundelements wird auch erreicht, wenn die Steifheit des perforierten Elements durch Verkleben verbessert wird, um die strukturelle Dämpfung des perforierten Elements zu erhöhen. Je höher die Schwingungsgeschwindigkeit der durch den Lochbereich gehenden Schallwelle ist, umso mehr verbessert sich der Schallabsorptionsgrad des perforierten Elements. Falls das perforierte Element jedoch durch die Schallwellen in Resonanz versetzt wird, bewegen sich zusammen mit der durch die Lochbereiche gehenden Schallwelle auch die Löcher. Dadurch wird die Schwingungsgeschwindigkeit der durch die Lochbereiche gehenden Schallwelle verhältnismäßig gering und verringert sich der Schallabsorptionsgrad drastisch.
Wenn die Steifheit des perforierten Elements verbessert wird, erhöht sich dagegen die strukturelle Dämpfung des perforierten Elements und wird die Resonanz des perforierten Elements durch die Schallwelle selbst unterdrückt. Dadurch ist die Schwingungsgeschwindigkeit der durch den Lochbereich gehenden Schallwelle (Relativgeschwindigkeit der Schallwelle) verhältnismäßig hoch und verbessert sich der Schallabsorptionsgrad.
Als ein Verfahren zum Verbessern der Steifheit des perforierten Elements wird bei dem oben beschriebenen perforierten Verbundelement mit dem perforierten Element (der porösen Folie) das aus Vliesstoff und Fasern bestehende Fasermaterial oder ein Dämpfungsmaterial, -film oder dergleichen verbunden. Des Weiteren wird das perforierte Element (die poröse Folie) selbst durch Prägen endbearbeitet, um eine konkav-konvexe Form zu bilden. Die Prägeendbearbeitung des perforierten Elements hat nicht nur die Wirkung, die Steifheit zu verbessern, sondern auch die Wirkung, den Schallabsorptionsgrad zu verbessern.
32 zeigt den Schallabsorptionsgrad für jede Frequenz für den Fall, dass die poröse Aluminiumfolie 2 durch Prägen endbearbeitet wurde, und den Fall, dass die Prägeendbearbeitung nicht erfolgte. In 32 zeigt die dunkle Linie den Fall, dass die Prägeendbearbeitung nicht erfolgte, und die helle Linie den Fall, dass die Prägeendbearbeitung erfolgte. 32 zeigt, dass sich der Schallabsorptionsgrad in dem Fall verbessert, in dem die Prägeendbearbeitung erfolgte.
Schutz der schallschluckenden Struktur
33 zeigt eine schallschluckende Struktur, bei der auf der Außenseite (Schallwellenseite) der schallschluckenden Struktur (Ausführungsform von 23) zum Schutz der schallschluckenden Struktur ein perforiertes Oberflächenelement 9 aus perforiertem Metall angeordnet ist, das aus einer dünnen Stahlplatte besteht. Zum Schutz der schallschluckenden Struktur kann diese nicht nur mit einem perforierten Metall, sondern auch mit einem porösen Schutzfilm bedeckt werden.
Die 34 bis 36 zeigen jeweils den Schallabsorptionsgrad für jede Frequenz für den Fall, dass die Bedingung für die in 33 gezeigten Fasermaterialien (4, 8) aus Glaswolle geändert wurden. In 34 wurde der Glaswolledurchmesser der Fasermaterialien (4, 8) auf 4 bis 5 μm eingestellt, die Dicke des Fasermaterials 4 auf der Vorderseite der porösen Folie 2 wurde auf 10 mm eingestellt, die Dicke des Fasermaterials 8 auf der Rückseite der porösen Folie 2 wurde auf 30 mm eingestellt, und die hintere Luftschicht 5 wurde als eine dünne Schicht mit 1 mm oder weniger ausgebildet. In 35 ist der Glaswolledurchmesser der gleiche wie in 34, doch wurde die Dicke des Fasermaterials 4 auf der Vorderseite der porösen Folie 2 auf 10 mm eingestellt, die Dicke des Fasermaterials 8 auf der Rückseite der porösen Folie 2 wurde auf 20 mm eingestellt, und die hintere Luftschicht 5 wurde auf 10 mm eingestellt. In den 34 und 35 stehen die weißen Viereckmarkierungen für das Erfindungsbeispiel und die schwarzen Viereckmarkierungen für ein Vergleichsbeispiel, das die gleichen Bedingungen wie das Erfindungsbeispiel erfüllte, außer dass die poröse Folie 2 nicht vorhanden war. 34 und 35 zeigen, dass das mit der porösen Folie 2 versehene Erfindungsbeispiel einen höheren Schallabsorptionsgrad hatte.
In 36 wurde bei dem Erfindungsbeispiel, bei dem die Dickenbedingung jeweils die gleiche wie in 34 war und das mit der porösen Folie 2 versehen war, der Einfluss verglichen, der durch große/kleine Durchmesser der Glaswolle der Fasermaterialien (4, 8) hervorgerufen wurde. In 36 stellen die weißen Viereckmarkierungen den Fall dar, in dem der Durchmesser der Glaswolle der Fasermaterialien (4, 8) mit 7 bis 8 μm verhältnismäßig dick war (wird als schallschluckendes Fasermaterial beschrieben), und stellen die schwarzen Viereckmarkierungen den Fall dar, in dem der Durchmesser der Glaswolle der Fasermaterialen (4, 8) mit etwa 4 bis 5 μm verhältnismäßig dünn war (wird als dünnliniges, schallschluckendes Fasermaterial beschrieben). 36 zeigt, dass der Fall, in dem der Durchmesser der Glaswolle des Fasermaterials (4, 8) schmal ist, d.h. der als das dünnlinige, schallschluckende Fasermaterial beschrieben wird, einen höheren Schallabsorptionskoeffizienten hat.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Erfindungsgemäß kann selbst in dem Fall, dass das perforierte Element eine dünne Platte wie eine Aluminiumfolie ist und die Durchgangslöcher einen großen Lochdurchmesser haben, um den Arbeitsablauf zu vereinfachen, in dem perforierten Element eine große Anzahl Durchgangslöcher vorzusehen, eine schallschluckende Struktur mit hervorragender Schallabsorption zur Verfügung gestellt werden, die dazu imstande ist, einen Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr zu erreichen. Dadurch ist die Erfindung im Fahrzeugbereich bei einem Kraftfahrzeug oder dergleichen durch eine einfache Abwandlung des Fahrzeugkörpers selbst nicht nur als Motorabdeckung und Motorunterboden zur Verringerung von Geräuschen mit Motorschall als Hauptbestandteil einsetzbar, sondern kann auch frei bei anderen Fahrzeugkörperelementen wie dem Kotflügel, dem Dach, der Tür, dem Armaturenbrett verwendet werden, d.h. wo Geräusche verringert werden müssen.
Abgesehen davon ist es auch möglich, die Erfindung im Baubereich anzuwenden, etwa als Lärmschutzwand oder Tunnelinnenwand, oder in den Anwendungsbereichen verschiedener Gebiete, in denen eine andere Art von Schallabsorption notwendig ist. Indem die Beschreibung des jeweiligen Aufbaus, der sich auf den Fahrzeugbereich bezieht, gelesen wird, während die Fahrzeugbegriffe mit den Verwendungsbereichen und Begriffen anderer Anwendungsbereiche oder entsprechend dem Geräuschzustand anderer Anwendungsbereiche und dem Bedarf zur Geräuschsenkung ersetzt werden, wird in diesem Fall die Auswahl eines optimalen Ausführungsbeispiels für diesen Anwendungsbereich möglich.
ZUSAMMENFASSUNG
Es geht um eine schallschluckende Struktur mit hervorragender Schallabsorption, die selbst in dem Fall, dass ein perforiertes Element eine dünne Platte wie eine Aluminiumfolie ist, innerhalb eines Bereichs, in dem die Gewichtsverringerung eines Fahrzeugkörpers nicht beeinträchtigt wird und Durchgangslöcher einen großen Lochdurchmesser haben, um den Arbeitsablauf, in dem perforierten Element eine große Anzahl Durchgangslöcher vorzusehen, zu vereinfachen, dazu imstande ist, einen Schallabsorptionsgrad von 0,4 oder mehr zu erreichen. Die schallschluckende Struktur (1) dient dabei zum Unterdrücken von auf einer Schallquellenseite erzeugten Geräuschen und ist ausgestattet mit: einem perforierten Element (2), das eine große Anzahl Durchgangslöcher (3) hat, und einem Fasermaterial (4), die so vorgesehen sind, dass sie der Schallquellenseite zugewandt sind, und so bereitgestellt sind, dass sie einander überlappen; und einer Luftschicht (5), die hinter dem perforierten Element (2) vorgesehen ist, wobei die Dichte und die Dicke des Fasermaterials (4) und der Lochdurchmesser und der Öffnungsanteil der Durchgangslöcher (3) des perforierten Elements (2) jeweils für sich eine bestimmte Beziehung einhalten.

Claims

Schallschluckende Struktur zum Unterdrücken von auf einer Schallquellenseite erzeugten Geräuschen, mit: einem perforierten Element, das eine große Anzahl Durchgangslöcher hat, und einem Fasermaterial, die einander gegenüberliegend auf der Schallquellenseite vorgesehen sind und so bereitgestellt sind, dass sie übereinander gestapelt sind; und einer Luftschicht, die hinter dem perforierten Element oder dem Fasermaterial vorgesehen ist, wobei das Fasermaterial die unten stehende Gleichung (1) erfüllt und das perforierte Element die unten stehende Gleichung (2) erfüllt: ρ × t ≥ 0,01 kg/m2 (1) β ≥ 10x (2)mit x = (4/3 × log₁₀d – 1/3) ρ: Dichte des Fasermaterials (kg/m³) t: Dicke des Fasermaterials (mm) d: Lochdurchmesser der Durchgangslöcher des perforierten Elements (mm) β: Öffnungsanteil der Durchgangslöcher des perforierten Elements (%).
Schallschluckende Struktur nach Anspruch 1, wobei die Plattendicke des perforierten Elements weniger als 0,5 mm beträgt.
Schallschluckende Struktur nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Dichte ρ des Fasermaterials im Bereich von 10 bis 400 kg/m³ liegt.
Schallschluckende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fasermaterial aus zwei oder mehr Lagen Fasermaterial besteht.
Schallschluckende Struktur nach Anspruch 4, wobei das perforierte Element zwischen den Lagen der zwei oder mehr Lagen Fasermaterial eingefügt ist.
Schallschluckende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher des perforierten Elements eine erste Bedingung, in der β ≥ 10^y mit y = –0,67 × log₁₀d – 1,67 gilt, und/oder eine zweite Bedingung, in der β ≤ 10^z mit z = –0,67 × log₁₀d + 0,15 gilt, erfüllt.
Schallschluckende Struktur nach einem der Ansprüche 6, wobei der Öffnungsanteil β der Durchgangslöcher des perforierten Elements sowohl die erste Bedingung, in der β ≥ 10^y mit y = –0,67 × log₁₀d – 1,67 gilt, als auch die zweite Bedingung, in der β ≤ 10^z mit z = –0,67 × log₁₀d + 0,15 gilt, erfüllt.
Schallschluckende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die schallschluckende Struktur eine schallschluckende Struktur für den Fahrzeugeinsatz ist, die in einem Fahrzeug eingebaut wird und dazu verwendet wird, Geräusche zu unterdrücken, die auf einer Schallquellenseite des Fahrzeugs erzeugt werden.