Dämmeinrichtung sowie Anordnung mit einer Dämmeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dämmeinrichtung sowie eine Anordnung mit einer Dämmeinrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Es ist bekannt, zur Schalldämmung in Fahrzeugen Dämmeinrichtungen wie Einlegeböden oder Einlegematten vorzusehen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 100 28 462 Al ist bekannt, zur Bodendämmung für Fahrzeuge eine mehrschichtige Dämmanordnung vorzusehen, bei der unterhalb einer Dekorlage eine Schwerschicht und daran anschließend eine Polyurethan- Weichschaumsschicht angeordnet sind. Schwerschicht und Polyurethan-Weichschaumschicht bilden ein durch den eindringenden Schall anregbares Feder-Massesystem zur akustischen Dämmung. Die Weichschaumsschicht ist auf einer KunststoffSchicht angeordnet, die reibschlüssig auf einem gegebenenfalls unebenen Grund befestigt ist.

Aus der gattungsbildenden DE 37 05 754 Cl ist eine Dämmeinrichtung bekannt, bei der zwischen einer Basisschicht und einer Schwerschicht eine als akustische Feder wirkende Federschicht angeordnet ist, die als Vlies oder Schäumling ausgebildet ist. An den Kontaktzonen zwischen Schwerschicht und Federschicht bzw. Basisschicht und Federschicht erstrecken

sich jeweils Noppen in die Federschicht, die von der Schwerschicht bzw. der Basisschicht ausgehen. Die Noppen bilden einerseits eine Befestigungsmöglichkeit zwischen den Schichten, andererseits verursachen sie mechanisch erzeugte Reibungsdämpfung, die im Gesamtsystem additiv zur Schallisolation beiträgt .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämmeinrichtung anzugeben, die die Schalldämmung, insbesondere in einem Fahrzeug, verbessert. Weiterhin soll eine Anordnung mit einer Dämmeinrichtung angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße Dämmeinrichtung zur Schalldämmung weist eine Federschicht und ein Schwerschicht auf, die so ausgebildet sind, dass deren Oberfläche wenigstens bereichsweise Schall mit gezieltem Phasenunterschied abstrahlt. Dadurch kann eine Schallabstrahlung der Oberfläche wenigstens bereichsweise durch eine gezielte Interferenz von Schallwellen reduziert werden. Vorteilhaft kann durch eine entsprechende Ausgestaltung des Feder/Masse Verhältnisses der Federschicht und der Schwerschicht die Schallausbreitung so gesteuert werden, dass die Interferenz der Schallwellen aus verschiedenen Bereichen zu einer Verkleinerung einer effektiven Abstrahlfläche des Systems und damit zu einer Verminderung des Geräuschs, insbesondere in kritischen, besonders störenden Frequenzbereichen, führt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Federschicht als flächige Federschicht ausgebildet ist. Sie kann z. B. einen Schaum oder ein Vlies aufweisen. Die Schwerschicht kann als flächige Masse ausgebildet sein, vorzugsweise eine Schwer-

schichtmatte z. B. aus einem Gummi oder einem Bitumen aufweise. Vorzugsweise ist die Schwerschicht an der Oberfläche angeordnet und stellt die schallabstrahlende Oberfläche des Federschicht/Schwerschicht Systems dar.

Es ist vorgesehen, das Federschicht/Schwerschicht System als einteilige Matte auszubilden, die z. B. auf eine Karosserie gelegt oder dort befestigt wird. Hierfür ist vorgesehen, dass die Federschicht mit der Schwerschicht fest verbunden, z. B, verklebt oder verschweißt ist.

Das Paar Federschicht/Schwerschicht kann durch Simulationsrechnungen in ihrem Schwingungsverhalten optimiert werden. Die Dämmeinrichtung eignet sich besonders zur Entdröhnung von Fahrzeugen bei niederen und mittleren Frequenzen bis zu einigen hundert Hz, insbesondere im Frequenzbereich von etwa 10 Hz bis 500 Hz, bevorzugt zwischen 100 Hz und 200 Hz.

Um eine gezielte Unterdrückung störender Frequenzen zu erreichen ist vorgesehen, dass das Paar Federschicht/Schwerschicht eine zusammenhängende Matte ausbildet, die flächige Teilbereiche mit unterschiedlichen Resonanzabstimmungen aufweist. Insbesondere können die Teilbereiche unterschiedliche Federsteifigkeiten und/oder Massen, insbesondere Flächengewichte aufweisen. DieseUnterschiede können durch Dickenvariation o- der Materialauswahl gezielt modelliert werden.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Weist die Federschicht wenigstens zwei unterschiedliche, flächig ausgebildete Bereiche auf, wobei eine von der Oberfläche abzustrahlende Schallwelle im ersten Bereich und eine abzustrahlende Schallwelle im zweiten Bereich eine Phasendiffe-

renz so aufweisen, dass eine überlagerung der Schallwellen eine geringere Amplitude als die jeder einzelnen der Schallwellen ergibt, kann eine geeignete Interferenzbedingung kontrolliert eingestellt werden. Vorzugweise weisen die Bereiche unterschiedliche Steifigkeiten oder im allgemein unterschiedliche Masse/Steifigkeit Verhältnisse auf. üblicherweise hängt die Geräuschemission, d.h. die Schallabstrahlung von als Masse-Federsysteme ausgebildeten Mehrlagenverkleidungen, etwa Teppiche, von der Steifigkeit der verwendeten Materialien und von dem Flächengewicht der Schwerschicht ab. Weiche poröselastische Materialien wie Faserwerkstoffe bewirken eine relativ niedere Resonanzfrequenz des Feder-Masse— Systems. Im Bereich der Resonanzfrequenz tritt eine erhöhte Schallabstrahlung auf. Oberhalb dieser ersten Resonanzfrequenz tritt ein dämmungsgünstiger Entkopplungseffekt mit relativ niedriger Schallabstrahlung auf. Bei Materialien mit höherer Steifigkeit, beispielsweise ein schaumartiges Material, tritt diese mit erhöhter Schallabstrahlung verbundene Resonanzfrequenz bei entsprechend höheren Frequenzen auf. Durch gezielte Auslegung kann erreicht werden, dass in für das Fahrzeuggeräusche kritischen Frequenzbereichen sich die niederfrequent abgestimmte Teilsysteme oberhalb der (Feder/ (Masse) Resonanzfrequenz befinden, die hochfrequent abgestimmte dementsprechend unterhalb der Resonanzfrequenz

Vorteilhaft führt ein Phasenunterschied der schwingenden O- berflächenbereiche der unterschiedlichen, benachbarten Bereiche zu einer Verringerung oder sogar Auslöschung von Schallabstrahlung. Die Größe der Oberflächenbereiche, die mit unterschiedlichen Phasenbeziehungen zueinander schwingen, kann unabhängig von der Schwingung eines zu dämmenden Trägers bzw. einer zu dämmenden Auflagefläche, beispielsweise einer Fahrzeugkarosserie, gesteuert werden.

Eine gut beherrschbare und modellierbare Geometrie der Federschicht ist gegeben, wenn die Bereiche sich wenigstens parallel zur Oberfläche erstrecken. Zweckmäßigerweise grenzen die Bereiche aneinander. Die Anordnung der Bereiche mit unterschiedlicher Steifigkeit ist streng zu unterscheiden von einer zufälligen Anordnung von zerkleinertem Füllmaterial in einer Matrix eines Schammaterials, wie es für Dämmanordnungen bekannt ist.

Sind die Bereiche in ihren sich parallel zur Oberfläche erstreckenden Dimensionen abhängig von ihrer jeweiligen ersten Resonanzfrequenz ausgebildet, kann die Federschicht, insbesondere eine Federschicht/Schwerschicht Paarung passend für einen gewünschten Frequenzbereich, in denen eine verbesserte Schalldämmung erfolgen soll, ausgelegt werden.

Bevorzugt sind die Bereiche mit unterschiedlichen Feder/Masse Verhältnissen parallel zur Oberfläche schachbrettartig angeordnet. Die Bereiche mit unterschiedlichen Feder/Masse Verhältnissen können auch streifenartig angeordnet sein. Ebenso können die Bereiche mit geringerer Steifigkeit auch einzeln in den eine Matrix bildenden Bereich mit höherer Steifigkeit eingebettet sein, oder umgekehrt auch Bereiche mit höherer Steifigkeit in eine Matrix mit geringerer Steifigkeit. Die Querschnitte der Bereiche kann je nach Einsatzzweck nahezu frei gestaltet werden. So können die in die Matrix eingebetteten Bereiche eine runde oder ellipsoide Form aufweisen. Die aneinandergrenzenden Bereiche einschließlich der in eine Matrix eingebetteten Bereiche können auch polygonartig ausgebildet sein.

Denkbar ist auch, dass die Federschicht der Dämmeinrichtung an den unterschiedlichen Bereichen eine unterschiedliche Dicke aufweist. Die Abmessungen der Bereiche, wie beispielswei-

se Breite und/oder Durchmesser und/oder Höhe, können abhängig von Ergebnissen einer Simulation optimiert werden.

Es ist zweckmäßig, wenn die schallabstrahlende Oberfläche mit einer wasserdichten Schicht belegt ist. Dies ist vor allem für einen Einsatz in einem Fahrzeug günstig. Es ist auch vorgesehen, dass die schallabstrahlende Oberfläche eine poröse Beschichtung aufweisen kann, um z . B. als Stirnwandisolation zu dienen.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer auf einer zu dämmenden Auflagefläche angeordneten Dämmeinrichtung zur Schalldämmung ist die erste Resonanzfrequenz des Bereichs o- der der Bereiche mit geringerer Steifigkeit geringer als die erste Resonanzfrequenz der Auflagefläche. Die Auflagefläche ist insbesondere ein Fahrzeugboden oder eine Fahrzeugkarosserie .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen:

Fig. 1 Schematisch einen Schnitt durch eine bevorzugte Dämmanordnung, und

Fig. 2 a-c; eine Draufsicht auf eine Federschicht mit streifenartig angeordneten Bereichen (a) , mit schachbrettartig angeordneten Bereichen (b) und mit Bereichen eingebettet in eine Matrix mit größerer Steifigkeit (c) , und

Fig. 3 frequenzabhängige Abstrahlung einer bevorzugten

Dämmeinrichtung im Vergleich mit bekannten Dämmeinrichtungen .

In den Figuren werden der übersichtlichkeit halber für funktionell gleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.

Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, weist eine bevorzugte Dämmeinrichtung 17 zur Schalldämmung eine flächigen Ausdehnung mit einer Oberfläche 16 auf, die ungefähr parallel zu einer zu dämmenden Auflagefläche 14 angeordnet ist. Die Auflagefläche 14, bevorzugt eine Fahrzeugkarosserie oder ein Fahrzeugboden, kann gewölbt sein oder auch, wie in der Figur zu erkennen ist, Vertiefungen oder Rippen aufweisen. Die Dämmeinrichtung kann bereichsweise von der Auflagefläche 14 beabstandet sein und nur an einem Rahmen 13 anliegen, so dass bereichsweise ein Hohlraum 15 zwischen der Dämmeinrichtung 17 und der Auflagefläche 14 ausgebildet ist. Der Hohlraum 15 kann auch mit einem Füllmaterial gefüllt sein, welches bei der Schalldämmung entsprechend berücksichtigt wird. Von der Oberfläche 16 kann der Schall durch die Federschicht 10 gedämmt beispielsweise ins Fahrzeuginnere abgestrahlt werden.

Auf der Oberfläche 16 der Federschicht 10 ist eine dichte, insbesondere wasserdichte Schicht 18, eine so genannte Schwerschicht, angeordnet. Die Federschicht 10 selbst weist wenigstens zwei unterschiedliche, flächig ausgebildete Bereiche 11, 12 auf. Die beiden, vorzugsweise porös ausgebildeten Bereiche 11, 12 weisen eine unterschiedliche Steifigkeiten auf, die ihr Schwingungsverhalten bei Einstrahlung von Schallwellen beeinflusst.

Eine Anzahl von nicht näher bezeichneten Pfeilen deutet die Ausbreitungsrichtung von Schallwellen in der Dämmeinrichtung 17 an, wobei die Schallwellen von der Auflagefläche 14 her in die Dämmeinrichtung 17 eintreten. Der eine Bereich 11 weist eine geringe Steifigkeit auf und ist beispielsweise durch ein poröses Fasermaterial gebildet. Der andere Bereich 12 weist eine höhere Steifigkeit auf und ist beispielsweise durch ein hartes Schaummaterial gebildet.

Die Federschicht 10 ist Bestandteil eines schwingungsfähigen Systems aus Feder und Masse, zusammen mit der Deckschicht 18. Bei einer erzwungenen Schwingung kann das System Federschicht

10 + Deckschicht 18 zu einer Resonanzschwingung angeregt werden. Dabei ist eine Resonanzfrequenz fn des ersten Bereichs

11 mit geringer Steifigkeit geringer als die Resonanzfrequenz fi ₂ des zweiten Bereichs 12 mit großer Steifigkeit.

Die Oberfläche 16 der Dämmeinrichtung 17 schwingt daher in einem Oberflächenbereich 11' des Bereichs 11 mit einer anderen Phase als ein Oberflächenbereich 12' . Dies ist in der Figur 1 durch die Pfeilrichtung der Pfeile über dem Oberflächenbereich 11' zu erkennen, der entgegen der Pfeilrichtung des Pfeils über dem Oberflächenbereich 12' ist. Die beiden Oberflächenbereiche 11' , 12' schwingen hier bei einer geeigneten Frequenz gegenphasig. Durch die überlagerung kommt es zu einer Auslöschung oder zumindest einer Verminderung der Amplitude und damit der Intensität einer abgestrahlten Schallwelle und damit zu einer Verbesserung der Dämmung. Insgesamt wird eine Hauptabstrahlfläche der Dämmeinrichtung 17 durch Verwendung von Materialien in den Bereichen 11, 12 mit unterschiedlicher Steifigkeit verkleinert.

Wie die Figuren 2a, 2b, 2c als Draufsichten auf unterschiedlich angeordnete Bereiche 11, 12 zeigen, können die Bereiche

11, 12 verschiedenste Konfigurationen aufweisen. Der übersichtlichkeit wegen sind nur einige der Bereiche 11, 12 mit Bezugszeichen beziffert.

Die Bereiche 11, 12 erstrecken sich parallel zur Oberfläche 16 und sind in ihren sich parallel zur Oberfläche 16 erstreckenden Dimensionen abhängig von ihrer jeweiligen ersten Resonanzfrequenz fn, fi ₂ ausgebildet. Die günstigsten Dimensionen werden zweckmäßigerweise durch Computersimulation oder Versuche ermittelt.

Die Bereiche 11, 12 mit unterschiedlicher Steifigkeit in Figur 2a sind streifenartig parallel zur Oberfläche 16 angeordnet, während in Figur 2b die Bereiche 11, 12 schachbrettartig angeordnet sind. Grundsätzlich sind beliebige polygone Formen denkbar. Die günstigsten Formen wie auch die Anzahl der Bereiche 11, 12 lassen sich ebenfalls durch Computersimulation oder Versuche ermitteln. Die Höhe der Bereiche 11, 12 senkrecht zur Oberfläche 16 entspricht vorzugsweise der Dicke der Federschicht 10.

Figur 2c zeigt eine alternative Anordnung der Bereiche 11,

12, bei denen die Bereiche 11 mit geringer Steifigkeit einzeln in den eine Matrix bildenden Bereich 12 mit höherer Steifigkeit eingebettet sind. Die Bereiche 11 mit geringerer Steifigkeit sind beispielhaft als Ellipsoide ausgebildet.

Denkbar ist auch, Anordnungen wie in den Figuren 2a, 2b, 2c oder Abwandlungen davon in einer einzigen Federschicht 10 einer Dämmanordnung 17 zu kombinieren.

Figur 3 zeigt Messergebnisse eines Schalldrucks bezogen auf eine Beschleunigung des Rahmens 13 (Figur 1), gemessen in 1 m Entfernung von der Dämmeinrichtung 10 als Funktion der Fre-

quenz f der eingestrahlten Schallwellen. Die von der Schwerschicht 18 abgedeckte Federschicht 10 der Dämmeinrichtung 17 ist in der Regel ungefähr drei bis zehnmal so dick wie die Schicht 18 bzw. wie die Dicke eines die Auflagefläche 14 aufweisenden Körpers, beispielsweise eines Fahrzeugbodens. Typische Werte liegen bei etwa 2 mm für die Schwerschicht 18, etwa 15 bis 30 mm für die Federschicht 10 und etwa 1 mm für den Körper .

Eine Kennlinie A zeigt den Verlauf für eine Federschicht, die nur aus weichem Fasermaterial mit geringer Steifigkeit gebildet ist. Diese zeigt im Bereich ihrer Resonanzfrequenz bei etwa 130 Hz ein Maximum und fällt vorteilhaft zu höheren Frequenzen von einigen Hundert Hz auf einen um etwa 30 dB geringeren Wert ab. Eine Kennlinie B zeigt den Verlauf für eine übliche Federschicht, die nur aus einem Schaummaterial mit größerer Steifigkeit gebildet ist. Diese verläuft zwischen etwa 50 Hz bis 350 Hz mit geringen Schwankungen nahezu konstant und zeigt im höheren Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 400 Hz einen höheren Schalldruck als die Kennlinie A.

Die Ergebnisse an einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dämmeinrichtung 17 mit Bereichen 11 und 12 mit geringer bzw. hoher Steifigkeit sind anhand der Kennlinie C zu erkennen. Im Frequenzbereich von 130 Hz ist die Kennlinie C deutlich abgeschwächt und zeigt im höheren Frequenzbereich zwischen 200 Hz und etwa 400 Hz den günstigen Verlauf der Kennlinie A.