Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber für Fahrzeugräder. Dieser dient dazu die im Reifenhohlraum zwischen Reifen und Felge entstehenden umlaufenden stehenden akustischen Wellen zu dämpfen. Ziel ist es, diesen Schallanteil in der Fahrzeugkabine und in der Umgebung zu vermindern.

Stand der Technik

Zwischen der Felge, genauer gesagt dem Felgenbett, und dem Reifen ist der sogenannte Reifenhohlraum vorhanden. In diesem bildet sich ein Geräusch aus, das zum Gesamtgeräusch im Fahrzeuginnenraum und in der Umgebung beiträgt. Dieses Geräusch rührt vor allem durch vielfältige Anregungsarten auf das Rad her. Dadurch werden umlaufende stehende Wellen, sogenannte Torusmoden, im Reifenhohlraum ausgebildet.

Diese Schallwellen treten insbesondere bei Wellenlängen auf, die dem Umfang im Reifenhohlraum entsprechen. Die erste Torusmode tritt somit bei einer Wellenlänge auf, die etwa dem mittleren Umfang im Reifenhohlraum entspricht. Diese Torusmode und ihre harmonischen Oberschwingungen führen im Reifen zu einer erheblichen Schalldruckerhöhung. Es bildet sich ein Schall mit einem entsprechend markantem Frequenzspektrum aus. Zur Bedämpfung dieses Schalls ist aus der EP 1 574 360 A2 bekannt, Schaumstoff in den Hohlraum einzubringen. Aus der DE 102 20 193 A1 ist bekannt, in den Hohlraum mikroperforierte Absorberwände einzubringen. Nachteilig an diesen im Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass die Montage des Reifens auf der Felge erschwert wird. Dieses Problem wurde in DE 198 01 570 A1 durch einen

Schallabsorber gelöst, der zumindest zum Teil außerhalb des Torusraumes des Reifens angeordnet ist und mit dem Torusraum in direkter Wirkverbindung steht. Die Wirkverbindung wird durch mindestens eine Durchgangsöffnung in der Felge realisiert. Als bevorzugte Ausführungsform des Schallabsorbers wird hier ein Helmholtzresonator angegeben. Eine ähnliche Lösung ist aus DE 198 05 270 A1 bekannt, hier wird ein Fahrzeugrad mit einer Einrichtung zur Gerauschreduktion beschrieben, das mindestens eine im oder am Rad angeordnete Luftkammer als Helmholtz-Resonator aufweist In JP 2008- 126806 A werden mehrere Luftkammern nebeneinander auf der Felge angeordnet

Nachteilig an diesen bekannten Losungen ist, dass für Helmholtz-Resonatoren in den zur Schallabsorbation von Fahrzeuggerauschen erforderlichen Frequenzbereichen großvolumige Luftkammern benotigt werden, um eine gute Dampfung zu erreichen Diese Luftkammern können die Stabilität der Felge und/oder das stabile, ruhige Fahrverhalten des Fahrzeuges gefährden Sind die Helmholtzresonatoren zu klein dimensioniert, so erweist sich die resultierende Dampfung als unbefriedigend

Beschreibung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schallabsorber für Fahrzeugrader anzugeben, der Nachteile des Stands der Technik überwindet Losungen sind im unabhängigen Anspruch angegeben Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteranspruchen

Für Fahrzeugrader, welche eine Felge haben, auf die ein Reifen montierbar ist, wird ein Schallabsorber mit nachfolgendem Aufbau vorgeschlagen In die Felge wird ein Hohlraum als Absorptionsvolumen integriert, wobei ein für die Montage des Reifens gewünschtes Außenprofil erhalten bleibt, indem wie bei konventionellen Radern ohne Absorptionsvolumen außer in Randbereichen des Felgenbetts keine Erhebungen vorhanden sind, welche die Montage des Reifens erschweren wurden Unter dem Außenprofil ist dabei dasjenige Profil zu verstehen, über das der Reifen auf die Felge montiert wird Kennzeichnend ist, dass der Schallabsorber als mikroperfoπerter Schallabsorber ausgebildet ist Die aus dem Stand der Technik bekannten Losungen hingegen sehen Schallabsorber vor, welche in den radial vom Felgenbett nach außen weisenden Raum hineinragen oder als Helmholtzresonatoren ausgebildet sind Es ist selbstverständlich, dass kleinere Erhebungen durchaus hingenommen werden können, solange die Montage des Reifens nicht unangemessen erschwert wird In Randbereichen des Felgenbetts wird auch bei den Fahrzeugradern mit erfindungsgemaßen Schallabsorbern eine dem Stand der Technik gemäße Erhebung bleiben Diese Erhebung kann dazu dienen, den montierten Reifen auf der Felge zu stabilisieren und sein Abrutschen zu verhindern So hegt der Reifen in der

Regel zwischen einem umlaufenden erhöhten Rand und einer umlaufenden Erhebung auf und ist damit in einer leichten Versenkung stabilisiert Durch die Erfindung wird somit ein Schallabsorber vorgestellt, der die Montage des Reifens auf die Felge weiterhin ermöglicht und zudem gute Eigenschaften zur Schallabsorption aufweist

Das Konzept der mikroperforierten Absorber ist etwa aus Fuchs, H V , Zha, X , Zhou, X Schallabsorber und Schalldampfer Innovatoπum für Maßnahmen zur Lärmbekämpfung und Raumakustik Teil 5 Mikroperfoπerte Bauteile Bauphysik 25 (2003), H 2, S 80-88 und aus Brandstatt, P , Bay, K , Rambausek, N Mehrkammer-Rohrschalldampfer mit Mikroperforation DAGA ^' 07 in Stuttgart, DEGA, 2007, S 929-930, CD-Rom, bekannt Beim Einsatz mikroperfoπerter Absorber im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Flache zwischen dem Absorptionsvolumen und dem Reifenhohlraum durch ein mikroperfoπertes Gebilde getrennt Ein mikroperfonerter Schallabsorber hat bei diesem Absorberaufbau mehrere Vorteile In der Regel kann mit einem mikroperforierten Schallabsorber bei einem kleineren Absorptionsvolumen als bei konventionellen Schallabsorbern, wie Helmholtzresonatoren oder mit Dampfungsmateπal gefüllten Resonatoren, die gewünschte Dampfung in einem vorgegebenen Frequenzband erreicht werden Entsprechend kann bei gegebenem Absorptionsvolumen dabei eine bessere Dampfung erreicht werden Auch wenn die Dichte und damit das Gewicht von konventionellen Dampfungsmateπalien nicht besonders hoch ist, so sind doch die auf das Dampfungsmatenal wirkenden Fliehkräfte bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten, welche mit entsprechend höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten der Rader einhergehen, nicht gänzlich vernachlassigbar Dieses Problem entfallt bei mikroperforierten Schallabsorbern, da das Absorptionsvolumen mit Luft gefüllt sein kann Es ist lediglich zu gewährleisten, dass das mikroperfoπerte Gebilde selbst den Fliehkräften standhalt

Es sind vielfaltige Ausgestaltungen des Schallabsorbers und des Absorptionsvolumens denkbar Eine Möglichkeit zur Realisierung eines mikroperforierten Schallabsorbers besteht darin, dass in das Felgenbett selbst eine Mikroperforation eingebracht ist und auf der dem Reifenhohlraum abgewandten Seite des Felgenbetts ein als Absorptionsvolumen dienendes Luftvolumen vorhanden ist Dabei kann es sich um eine Kammer handeln, welche abgesehen von der Mikroperforation einigermaßen oder ganzlich abgeschlossen sein sollte Da ein Perforationsgrad oder Lochflachenanteil von circa einem Prozent ausreichend ist, ergeben sich keine nennenswerten Einschränkungen der Stabilität der Felge Eine weitere Möglichkeit einen mikroperforierten Schallabsorber auszubilden ergibt sich, indem ein mikroperforiertes Gebilde das Außenprofil der Felge bildet und das Felgenbett beabstandet angeordnet ist, so dass sich zwischen dem Felgenbett und dem mikroperforierten Gebilde das Absorptionsvolumen ausbildet. Unter dem Felgenbett ist somit hier das Stabilität verleihende Bauteil zu verstehen und nicht mehr das Felgenbett im ursprünglichen Sinne, welche das Außenprofil bildet, auf das der Reifen montiert wird. Das mikroperforierte Gebilde wird in der Regel ein dünnes Blech sein, welches mit dem Felgenbett im Randbereich des Absorptionsvolumens verbunden ist. Dabei ist lediglich zu gewährleisten, dass das mikroperforierte Gebilde bei der Montage des Reifens nicht beschädigt wird. Im Übrigen sind keine mechanischen Anforderungen an das mikroperforierte Gebilde zu stellen. Insbesondere ist der Luftdruck auf beiden Seiten des mikroperforierten Gebildes nahezu gleich, sieht man vom Schalldruck einmal ab, so dass das mikroperforierte Gebilde keinen Kräften aufgrund von Druckdifferenzen ausgesetzt ist. Diese Kräfte wirken auf das Felgenbett, welches das Absorptionsvolumen auf der radial nach innen gewandten Seite abschließt. Dies ist aber beim Felgenbett stets der Fall, so dass keine zusätzlichen Kräfte berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus hat das Felgenbett unverändert die Aufgabe, zur Gesamtstabilität der Felge beizutragen. Abgesehen vom anderen räumlichen Verlauf des Felgenbetts sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung an das Felgenbett keine anderen Anforderungen zu stellen als bei den im Stand der Technik bekannten Felgenbetten. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Mikroperforation nicht in das stabile und damit schwerer bearbeitbare Felgenbett selbst eingebracht werden muss.

Wie bereits vermerkt, ist der Lochflächenanteil, auch Perforationsgrad genannt, in der Größenordnung von 1 %. Das bedeutet, dass im Bereich der Bohrungen die Löcher circa 1 % der Fläche ausmachen. Dies ist zur Erreichung der akustischen Wirkung ausreichend, während die Stabilität der gelochten Gebilde praktisch nicht beeinträchtigt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das sich ausbildende torusförmige Absorptionsvolumen durch Stege unterteilt, sodass ein kassettiertes Absorptionsvolumen entsteht. Ein solches kassettiertes Absorptionsvolumen hat insbesondere bei einem mikroperforierten Schallabsorber deutliche Vorteile. Der durch die Mikroperforation vom Reifenhohlraum in das Absorptionsvolumen übertragene Schalldruck kann sich auf Grund der Kassettierung nicht mehr längs des Umfangs des Absorptionsvolumens ausbreiten. Die Ausbreitung längs des Absorptionsvolumens könnte ohne Stege einigermaßen ungestört verlaufen. Eine im Reifenhohlraum umlaufende Schallwelle würde somit eine im Absorptionsvolumen nahezu gleichgeschaltete, umlaufende Schallwelle hervorrufen. Damit wäre aber der Dämpfungseffekt reduziert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die geometrischen Abmessungen des Absorptionsvolumens auf die zu dämpfenden Frequenzen abgestimmt. Dies geschieht zum einen, indem für die Stege, welche die Kassettierung des Absorptionsvolumens bewirken, ein geeigneter Abstand gewählt wird. Im Weiteren trägt die Tiefe und Breite des Absorptionsvolumens und die Dicke des mikroperforierten Bauteils zur Abstimmung des mikroperforierten Absorbers auf die Schalldämpfungsanforderungen bei. Hierbei sind freilich die geometrischen Vorgaben der Felgengröße zu beachten.

Beispiele

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung anhand von Figuren nachfolgend näher beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Querschnitts einer aus dem Stand der Technik bekannten Tiefbettfelge;

Figur 2 zeigt den Querschnitt einer Tiefbettfelge mit integrierter Mikroperforation und Einbau der Kammer für das Absorptionsvolumen;

Figur 3 zeigt eine Abwandlung von Figur 2 mit einem größeren Absorptionsvolumen;

Figuren 4a bis 4c zeigen den schematischen Aufbau der das Absorptionsvolumen bildenden ringförmigen Kammer und eine vereinfachte Darstellung ihrer Montage in die Felge;

Figur 5 zeigt den Querschnitt einer modifizierten Kontur der Tiefbettfelge mit einer mikroperforierten Platte vor dem Absorptionsvolumen;

Figuren 6 und 7 zeigen mögliche Abwandlungen von Figur 5; Figuren 8a und 8b zeigen eine schematische Darstellung der Wirkung einer Kassettierung im Absorptionsvolumen.

Figur 9 zeigt den gemessenen Geräuschpegel in einem Fahrzeug, das mit 90 km/h rollt

(keine Motorengeräusche), gemessen am Ohr das Beifahrers einmal mit Serienfelge und einmal mit Absorberfelge

In Figur 1 ist eine Tiefbettfelge gezeigt. Erkennbar ist der innere Rand 2 und der äußere Rand 3. Ferner ist die innere Erhebung 4 und die äußere Erhebung 5 ersichtlich. Zur Montage wird der Reifen über den inneren Rand 2 gezogen und durch Drehung und Ansetzen eines Werkzeugs wird bewirkt, dass der Reifen über die Tiefbettfelge gezogen wird. Der Reifen wird sodann stabilisiert, indem er in den Rillen, welche zwischen dem äußeren Rand 3 und der äußeren Erhebung 5 sowie dem inneren Rand 2 und der inneren Erhebung 4 verlaufen. In Figur 2 ist die Kammer 6 gezeigt. Die Kammer 6 umschließt ein Luftrückvolumen, welches als Absorptionsvolumen dient. Im Felgenbett 1 sind im Bohrungsbereich 8 der Kammer 6 Bohrungen eingebracht, welche die Mikroperforation ausbilden. Die einzelnen Bohrungen haben dabei einen Durchmesser bis etwa 1 mm. Der Abstand zwischen den Löchern kann etwa 3 bis 30 mm betragen, sodass sich ein Lochflächenanteil von deutlich weniger als einem Prozent oder etwa einem Prozent ergibt. Der geringe Durchmesser der Löcher und der geringe Lochflächenanteil haben den Vorteil, dass durch die Mikroperforation die mechanische Stabilität der Tiefbettfelge 1 nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer größeren Kammer 6 für das Luftrückvolumen. Eine solche größere Kammer ist zu wählen, wenn beispielsweise tiefere Frequenzen zu bedampfen sind. Die Kammertiefe ist dabei ein Parameter für die Abstimmung

In Figur 4a bis 4c ist der schematische Aufbau der ringförmigen Kammer dargestellt.

Danach wird die ringförmige Kammer durch ein Rundblech begrenzt. Das Rundblech stellt zugleich die Rückwand 1 1 des Absorptionsvolumens 6 dar. Am Rundblech befindet sich eine innere ringförmige Kammerwand 12 und eine äußere ringförmige Kammerwand 13. Die innere ringförmige Kammerwand 12 erstreckt sich von einem Ende des Rundblechs radial nach außen. Die äußere ringförmige Kammerwand 13 erstreckt sich vom anderen Ende des Rundblechs radial nach außen. Die äußere ringförmige Kammerwand 13 erstreckt sich radial weiter nach außen als die innere ringförmige Kammerwand 12 Ferner sind die radial außen liegenden Enden der beiden ringförmigen Kammerwande 12 und 13 schräg, so dass die radiale Erstreckung vom äußeren Ende der äußeren ringförmigen Kammerwand 13 bis zum inneren Ende der inneren ringförmigen Kammerwand 12 kontinuierlich abnimmt Wie aus Figur 4b ersichtlich, wird der Aufbau aus Rundblech und innerer Kammerwand 12 sowie äußerer Kammerwand 13 in Pfeilπchtung in die Felge eingesetzt Wie in Figur 4c ersichtlich wird die ringförmige Kammer 6 für das Luftruckvolumen durch die vom Rundblech gebildete Ruckwand 1 1 , die beiden ringförmigen Kammerwande 12 und 13 sowie den Bohrungsbereich 8 der Tiefbettfelge umgeben

In Figur 5 ist eine andere Ausfuhrungsform gezeigt Der Verlauf der Tiefbettfelge ist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Tiefbettfelgen verändert Das Felgenbett 1 verlauft in weiten Bereichen radial weiter innen als bei den im Stand der Technik bekannten Felgen Eine mikroperfoπerte Platte 7 verlauft ähnlich wie das Felgenbett 1 bei konventionellen Tiefbettfelgen Damit bleibt das Außenprofil der Felge weitgehend unverändert Der Raum zwischen Felgenbett 1 und mikroperfoπerter Platte 7 dient als Absorptionsvolumen 6

Die Figuren 6 und 7 zeigen veränderte Ausfuhrungsformen, die sich von der in Figur 5 gezeigten Ausfuhrungsform durch die Große des ausgebildeten Absorptionsvolumens unterscheiden Sie ermöglichen damit die Abstimmung auf unterschiedliche

Frequenzbereiche und die Wahl der Konstruktion nach den mechanischen und akustischen Anforderungen

Anhand von Figur 8b wird der Vorteil einer Kassettierung des als Absorptionsvolumen dienenden Luftruckvolumens deutlicn gemachx Der Schall 9, dargestellt durch die P ^f e ^!| e, trifft auf die mikroperfoπerte Oberflache 7 In einer nicht kassettierten Kammer nach Figur 8a kann sich der Schall, wie durch den Pfeil angedeutet, in Längsrichtung der Kammer 6 ungehindert ausbreiten Bei der in Figur 8b hingegen gezeigten kassettierten Kammer 6, welche durch Stege 10 unterbrochen ist, verlaufen die Schallwellen zwischen der mikroperfoπerten Oberflache 7 und der dieser gegenüberliegenden Ruckwand 1 1 wie durch die Pfeile dargestellt Damit kann eine zusätzliche Dampfung des Schalls erfolgen Figur 9 zeigt den gemessenen Schalldruckpegel in einem Fahrzeug, das mit 90 km/h rollt (keine Motorengeräusche), gemessen am Ohr das Beifahrers einmal mit Serienfelge (gestrichelte Linie) und einmal mit erfindungsgemäßer Absorberfelge (durchgezogene Linie). Zur Messung wurde das Fahrzeug auf einen Rollenprüfstand im Freifeldmessraum gebracht. Die Rollen wurden extern so angetrieben, dass die Fahrgeräusche bei einer Geschwindigkeit von 90 km/h angeregt wurden. Im Vergleich zur Praxis fehlen Motorengeräusche und Windgeräusche. Der in den Felgen eingesetzte Absorber ist auf den Bereich 200 Hz abgestimmt und zeigt dort die beste Wirkung, das heißt die deutlichste Pegelminderung. Die Dämpfung in diesem Bereich trägt nicht nur zur Reduktion des Schallpegels insgesamt bei. Diese Dämpfung führt vor allem auch dazu, dass den Insassen im Fahrzeug ein komfortableres Fahrzeuggeräusch vermittelt wird. Insbesondere im Bereich der Oberklasse von Fahrzeugen wird Wert darauf gelegt, dass das Fahrzeuggeräusch im Innenraum nicht nur insgesamt niedrig ist, sondern auch von seiner Charakteristik als angenehm empfunden wird. Ebendies wird durch die Dämpfung des Peaks bei 200 Hz erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Felgenbett

2 Innerer umlaufender Rand

3 Äußerer umlaufender Rand

4 Innere umlaufende Erhebung

5 Äußere umlaufende Erhebung

6 Kammer für Luftrückvolumen

7 Mikroperforierte Platte

8 Bohrungsbereich der Tiefbettfelge

9 Auf mikroperforierte Oberfläche einwirkendes Schallfeld

10 Stege zur Kassettierung der Kammer des Luftrückvolumens

1 1 Rückwand des Luftrückvolumens

12 Innere ringförmige Kammerwand

13 Äußere ringförmige Kammerwand