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Title:
VEHICLE PART WITH $g(l)/4-ABSORBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/046456
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to vehicle parts with cavities. These cavities are dimensioned and shaped to function as $g(l)/4-resonators. According to one application, the cavities between the shell (11) and the stiffening interior structural part (12) in engine hoods are configured as small tubular or pocket-shaped $g(l)/4-resonators (13). According to another application, the posts of the car body are configured as $g(l)/4-resonators. According to yet another application, the insulation layer of heat screens has a plurality of pocket-shaped $g(l)/4-resonators.

Inventors:
VAN LIGTEN ROBERT H (CH)
Application Number:
PCT/CH1998/000118
Publication Date:
October 22, 1998
Filing Date:
March 26, 1998
Export Citation:
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Assignee:
RIETER AUTOMOTIVE INT AG (CH)
LIGTEN ROBERT H VAN (CH)
International Classes:
B62D25/10; B60R13/08; G10K11/172; B29C51/00; B29C65/00; (IPC1-7): B60R13/08; G10K11/172
Domestic Patent References:
WO1996023294A11996-08-01
WO1996023294A11996-08-01
Foreign References:
DE19607290A11996-10-24
DE4404502A11995-08-17
US3124798A1964-03-10
US4339018A1982-07-13
Attorney, Agent or Firm:
RITSCHER & SEIFERT (Postfach, Z�rich, CH)
Seifert, Hans Ulrich (Forchstrasse 452 Postfach, Z�rich, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Fahrzeugteil mit mindestens einem Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Hohlkörper zur Geräusch absorption als \/4Resonator ausgebildet ist, d. h. dass dessen Hohlraum im wesentlichen röhrchenoder taschen förmig ist, dass dessen Länge ein Viertel der zu absor bierenden Wellenlänge ist und dass dessen Schallöffnung an eine schallreflektierende Fläche angrenzt.
2. Fahrzeugteil, insbesondere Motorhaube, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein erstes flächi ges Formteil (11) und ein zweites versteifendes Form teil (12) umfasst, wobei das zweite versteifende Form teil (12) derart verformt und mit Öffnungen (14) ver sehen ist, dass es zusammen mit dem ersten Formteil (11) eine Vielzahl von X/4Resonatoren (13) bildet.
3. Fahrzeugteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil eine dünne Aussenhaut bildet.
4. Fahrzeugteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Formteil tiefgezogen ist und gestanzte Öffnungen aufweist.
5. Fahrzeugteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (11,12) miteinander verklebt sind.
6. Fahrzeugteil, insbesondere Fahrzeugdach, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein flächiges Formteil (11) und mehrere daran befestigte Uförmige Trägerelemente (19) umfasst, wobei die Uförmigen Trä gerelemente (19) derart geformt und mit Öffnungen (14) versehen sind, dass diese Trägerelemente (19) zusammen mit dem flächigen Formteil (11) eine Vielzahl von X/4 Resonatoren (13) bilden.
7. Fahrzeugteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Uförmigen Trägerelemente (19) tiefgezogen sind und gestanzte Öffnungen (14) aufweisen.
8. Fahrzeugteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Uförmigen Trägerelemente (19) mit dem flächi gen Formteil (11) verklebt sind.
9. Fahrzeugteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper ein KarosserieHolm ist.
10. Fahrzeugteil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einem schallabsorbie renden Material kombiniert ist.
11. Fahrzeugteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine poröse Dekorschicht trägt.
12. Fahrzeugteil nach Anspruch 1, insbesondere zur Bildung eines Hitzeschildes, dadurch gekennzeichnet, dass die ses mindestens ein dünnes Blechformteil (31) umfasst, welches mehrfach gefaltet ist, derart dass taschenför mige \/4Resonatoren gebildet sind.
13. Fahrzeugteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dünne Blechformteil (31) in Teilbereichen perforiert ist.
14. Fahrzeugteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das dünne Blechformteil (31) eine auf ein hitze isolierendes Material (39) kaschierte Aluminiumfolie ist.
Description:
Fahrzeugteil mit inteariertem X/4-Absorber Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugteil gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere eine Motorhaube, ein Fahrzeugdach und Karosserie-Holm.

Motorhauben bestehen in der Regel aus sandwichartig über- einander angeordneten flächigen Blechteilen, welche eine optisch ansprechende Aussenhaut und ein innenliegendes Blechteil aufweisen. Diese innenliegenden Blechteile dienen der Versteifung und weisen in der Regel sickenartige Ver- formungen auf, welche im montierten Zustand zur Bildung einer Vielzahl verschiedenartig gestalteter Hohlräume führen. Es ist bekannt, diese inneren Blechteile auch nur partiell und an ausgesuchten Stellen anzubringen. In der Regel werden diese Blechteile miteinander verklebt, um das Erscheinungsbild des äusseren Blechteils nicht zu beein- trächtigen. Ziel dieser Konstruktionsweise ist die Schaf- fung von möglichst leichtgewichtigen und genügend steifen Motorhauben oder anderen flächigen Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Kofferraumdeckel. Diese Konstruktionsweise erlaubt es auch genügend stabile Bereiche für die Befesti- gung am Fahrzeuggerüst, an Scharnieren, etc. in einfacher Weise auszubilden.

Diese doppelwandigen Strukturen weisen grössere Flächenbe- reiche auf, die leicht vibrieren resp. schwingen können und daher als unerwünschte Schallquellen wirken oder Schall stark reflektieren. Diese Effekte machen es erforderlich, schwingungsdämpfende und schallabsorbierende Materialien, insbesondere Schäume oder Vliese an der Innenseite dieser Fahrzeugkomponenten anzubringen. Derartige schallabsorbie- rende Materialien werden insbesondere auch vorgesehen, um Fahrgeräusche und Motorengeräusch zu absorbieren.

Die nachträgliche Befestigung dieser absorbierenden Mate- rialien an den fertigen Karosserieteilen erfordert zusatz- liche Montageschritte und erhöht das Gesamtgewicht dieser Fahrzeugteile.

Konventionelle Fahrzeugdächer weisen in der Regel ein flächiges Bauteil auf, dessen Rand mit einem Hohlprofil verstärkt ist. Dieses stabilisierende Hohlprofil kann gleichzeitig als oberer Türrahmenteil ausgebildet sein. Um die notwendige Versteifung zu erzielen, können Fahrzeug- dächer zusätzlich mit U-förmigen Querstreben versehen werden. Auch dieses Fahrzeugteil wird beim Fahren in Schwingungen versetzt und wirkt als Lärmquelle oder schall- reflektierende Wand. Um diese Schwingungen und Reflektionen zu reduzieren, werden an der Innenseite dieser Fahrzeug- dächer Dämpfungsschichten angeklebt und werden zusätzlich mehr oder weniger aufwendig gebaute, schallabsorbierende Matten aus Faservlies oder Schaum angebracht. Darüberhinaus werden diese Fahrzeugdächer mit einem Dachhimmel oder einer anderen dekorartigen Verkleidung versehen. Auch dieser Aufbau erweist sich in der Fertigung als mehr oder weniger aufwendig, erfordert kostenintensive manuelle Montagearbei- ten und erhöht das Gesamtgewicht des Fahrzeuges in uner- wünschter Weise.

Moderne selbsttragende Karosserien weisen an verschiedenen Stellen doppelwandige Strukturen auf. Eine besondere Bedeu- tung kommt dabei den verschiedenen Hohlprofilen in Form von Streben, Stützen, Säulen, Trägern, Holmen oder Rahmenteilen zu. Diese Hohlprofile werden in der Regel aus Blechform- teilen gefertigt und dienen der weiteren Versteifung und Stabilität der gesamten Karosserie. Leider wirken diese Hohlprofile als Schallrohre, d. h. bilden schwingungsfähige Luftsäulen, welche beliebig auftretende Vibrationen auf- nehmen, weiterleiten und an einer anderen Stelle wieder auf flächige Bauteile übertragen. Um dieser Schallübertragung

entgegenzuwirken, werden in diese Hohlkörper an verschiede- nen Stellen Querverschlüsse, Abschlusszapfen und/oder Pfropfen eingesetzt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die akustisch nachteiligen Effekte dieser grossflächigen Fahr- zeugteile, resp. Hohlprofile wirksam einzudämmen. Insbeson- dere sollen Fahrzeugteile oder Hohlprofile geschaffen werden, die schallabsorbierend wirken und ohne Gewichts- erhöhung und ohne wesentliche Änderung der herkömmlichen Fabrikationsweise, d. h. kostengünstig, hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die die Hohlräume bildenden doppelwandigen Fahrzeugteile oder Hohlprofile derart dimensioniert, geformt und ausgebildet sind, dass diese als X/4-Absorber wirken.

Solche X/4-Absorber und deren Wirkungsweise sind bspw. aus der WO 96/23294 bekannt. Dabei ist es wesentlich, dass die Mündungsöffnungen der einzelnen X/4-Resonatoren unmittelbar an eine schallreflektierende Fläche angrenzen. Fällt eine Schallwellenfront auf eine solche Fläche, baut sich ein Schalldruckmaximum direkt vor dieser Fläche auf. Im Mün- dungsbereich der X/4-Resonatoren läuft die einfallende Schallwelle jedoch in den Resonator hinein, wird an dessen Ende reflektiert und läuft zur Mündungsöffnung zurück.

Schallwellen, deren Wellenlänge das 4-fache der Länge des Resonators betragen, erscheinen an der Mündungsöffnung mit einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge. Dies führt zu einer destruktiven Interferenz mit der im Mün- dungsbereich des Resonators reflektierten Welle gleicher Wellenlänge, da die im Resonator erzeugte stehende Welle ihr Schalldruckminimum an der Mündungsöffnung aufweist, während die im Mündungsbereich reflektierte Welle dort ihr

Schalldruckmaximum aufweist. Damit wird im Mündungsbereich ein starkes Schalldruckgefälle erzeugt, welches lokal zu hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten und damit zur ge- wünschen Dissipation akustischer Energie beiträgt.

Aus diesem Verständnis wird deutlich, dass die X/4-Resona- toren in jeder beliebigen Richtung angeordnet sein können und auch nicht notwendigerweise einen geradlinigen Verlauf aufweisen müssen. Ebenso kann der Fachmann die Länge und den Querschnitt der \/4-Resonatoren den gewünschten Formen und gewählten Resonanzfrequenzen anpassen. Insbesondere können die X/4-Resonatoren röhrchen-oder taschenförmig ausgebildet sein. Wenn eine Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich erforderlich ist, können mehrere Gruppen unterschiedlich abgestimmter f/4 Absorber inein- ander verschachtelt werden.

X/4-Resonatoren unterscheiden sich wesentlich von gewöhnli- chen Helmholtzresonatoren und insbesondere dadurch, dass deren Absorptionsfrequenz durch die Laufzeit der einfallen- den Schallwelle bestimmt ist, während bei Helmholtzresona- toren die Laufzeit der einfallenden Schallwellen keine Rolle spielt. Dies lässt sich modellhaft dadurch erklären, dass sich Helmholtzresonatoren als Feder-Masse-System beschreiben lassen und sich deren Resonanzfrequenz aus den Volumen des Helmholtzkörpers und demjenigen des Resona- torhalses herleiten lässt.

Die in der obengenannten WO 96/23294 aufgezeigten Ausfüh- rungsformen bestehen aus einer Vielzahl von festen Modulen, welche eine Gruppe von Resonatoren aufweisen, bspw. mit einer Länge von ca. 80-40 mm. Diese Module werden flie- senartig an Gebäudewänden oder Fahrzeugteilen aufgebracht.

Diese Befestigungsart führt jedoch zu einer bei Fahrzeugen unerwünschten Erhöhung des Gesamtgewichts. Die separate Fertigung dieser Module macht zusätzliche Herstellungs-und

Montageschritte notwendig und verteuert damit die einzelnen Fahrzeugteile.

Erfindungsgemäss wird deshalb vorgesehen Fahrzeugteile mit integrierten \/4-Absorbern zu schaffen. Eine Ausführungs- form eines solchen Fahrzeugteils besteht im besonderen Aufbau einer Motorhaube, welche eine Aussenhaut aus Stahl- blech aufweist und mit einem ebenfalls aus Stahlblech bestehenden, versteifenden Innenteil verklebt ist. Dieses versteifende Innenteil ist erfindungsgemäss derart tiefge- zogen, dass im montierten Zustand eine Vielzahl röhrchen- oder taschenförmiger Hohlkörper mit vorbestimmter Länge und in vorbestimmter Verteilung entsteht. Bei der Fertigung eines derart tiefgezogenen inneren Formteils können in bekannter Weise Öffnungen in dieses Formteil eingestanzt werden, derart, dass im montierten Zustand eine Vielzahl von \/4-Resonatoren entsteht. Dabei können diese Öffnungen verschieden ausgebildet sein. Insbesondere können die Mün- dungsbereiche der so gebildeten X/4-Resonatoren nur par- tiell geöffnet sein und insbesondere gitterförmig, ge- schlitzt oder gelocht sein.

Eine andere Anwendung dieser erfindungsgemässen Fahrzeug- teile ist in der Modifikation bestehender Fahrzeugdachkon- struktionen zu sehen. Solche Fahrzeugdächer umfassen in der Regel ein flächiges Formteil, dessen Rand mit einem holmen- artigen Hohlprofil verstärkt ist und können zusätzlich mit mehreren U-förmigen Trägerelementen versehen sein. Diese U- förmigen Träger bilden zusammen mit dem flächigen Formteil mehrere Hohlräume. Erfindungsgemäss werden diese Hohlräume so ausgestaltet, dass eine Vielzahl X/4-Resonatoren ent- steht. Damit kann die Schallabsorption der Fahrzeugdachkon- struktion verbessert werden, ohne dessen Gewicht weiter zu erhöhen.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Karosserie- Holme selbst als X/4-Resonatoren ausgebildet. Dies bietet sich insbesondere deshalb an, weil sich die Eckbereiche in der Fahrgastzelle bei Fahrzeugen als Bereiche mit erhöhten Schalldruckwerten erweisen. Vorzugsweise werden deshalb die Öffnungen der in den Karosserie-Holmen ausgebildeten k/4- Resonatoren in diesen Eckbereichen angeordnet.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Bauteils dient der Bildung eines Hitzeschildes mit integrierten X/4- Absorbern. Konventionelle Hitzeschilde weisen in der Regel eine wärmeisolierende Schicht auf, die zwischen zwei Blech- formteilen und/oder metallischen Folien liegt. Moderne Hitzeschilder wirken darüberhinaus auch schallabsorbierend.

Dazu werden die äusseren Blechformteile und/oder Folien mindestens partiell perforiert und wird eine weiche und offenporige Isolationsschicht verwendet. Bei der erfin- dungsgemässen Ausführungsform umfasst die Isolationsschicht mindestens ein Blechformteil (im folgenden sollen mit dem Begriff Blechformteil auch Folien umfasst sein), das derart gefaltet ist, dass mehrere taschenförmige Hohlräume mit schlitzförmigen Öffnungen gebildet werden. Diese taschen- förmige Hohlräume sind derart dimensioniert, dass diese als \/4-Resonatoren wirken können. Es versteht sich, dass die Gestaltung dieser Hohlräume im Bereich des fachmännischen Könnens liegt. So können bspw. ganze Höhlraumlabyrinth- systeme gebildet werden, allenfalls unter Verwendung von mehreren Blechformteilen.

Damit ergeben sich Fahrzeugteile, welche eine wirksame akustische Absorption aufweisen, ohne dafür zusätzliche Bauteile aufzuweisen und ohne zusätzliche Fertigungs-und Montageschritte vorsehen zu müssen. Eine Gewichtserhöhung wird dadurch vermieden, dass die gewünschten Hohlkörper lediglich durch einen normalen Formgebungsprozess herge- stellt werden können, insbesondere tiefgezogen werden und

somit kein zusätzliches Material verwendet werden muss. Da diese Teile im normalen Fertigungsprozess zugeschnitten und gestanzt werden müssen, können auch die Öffnungen für die vorgesehenen X/4-Resonatoren im Rahmen des normalen Ferti- gungsverfahrens eingebracht werden. Die besondere Ausbil- dung und Nutzung der Hohlräume bei Fahrzeugkarosserien führt zu akustisch wirksamen Fahrzeugteilen ohne das Ge- wicht derselben erhöhen zu müssen.

Es versteht sich, dass sich dieser Aufbau für alle doppel- wandigen Konstruktionen, einschliesslich rohrartiger Trä- gerteile eignet, insbesondere für Motorhauben, Kofferraum- deckel, Dachhimmel, Karosserie-Streben und Holme jeder Art.

Ebenso lässt sich dieser Aufbau mit Stahlblechen, Aluble- chen, faserverstärkten Kunststoffteilen bspw. aus Polyester oder anderen im Automobilbau verwendeten Materialien reali- sieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemässen Fahrzeugteils weisen die Merkmale der Unteransprüche auf.

Im folgenden soll ein erfindungsgemässes Fahrzeugteil mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. ~ 1 einen prinzipiellen Aufbau durch ein sandwicharti- ges Bauteil bekannter Art ; Fig. 2 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Motorhaube ; Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Motorhaube ; Fig. 4 eine Ansicht durch ein erfindungsgemässes Fahrzeug- dach ; Fig. 5 eine Ansicht eines zur Bildung eines Hitzeschildes geeigneten Fahrzeugteils.

Das in Figur 1 gezeigte Bauteil 1 besteht aus einem ex- trudierten Kunststoff oder Leichtmetall. Der Querschnitt der einzelnen Resonatoren 6 ist hier annähernd rechteckig, die schallwirksamen Mündungsöffnungen 5 liegen unmittelbar neben den Stirnwänden der Resonatoren 6. Rippen 8 bilden mit einem ersten Formteil 7 und mit einem zweiten Formteil 9 gemeinsame Hohlkörper für die X/4-Resonatoren 6. Die Öff- nungen 5 können aus dem ersten Formteil 7 oder dem zweiten Formteil 9 ausgestanzt sein. Einfacherweise werden nach dem Zusammenfügen der beiden Formteile 7,9 Öffnungsbereiche 5 in die Hohlkörper 6 eingedrückt, sodass gleichzeitig Reso- natoröffnungen 5 entstehen und die Stirnwände 4 gebildet werden.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemässe Anwendung im Automo- bilbau. Dabei ist auf ein erstes flächiges Formteil 11, insbesondere die Aussenhaut einer Motorhaube, ein zweites versteifendes Formteil 12 angebracht. Dieses zweite Form- teil 12 besteht aus einem tiefgezogenen Stahlblech und ist am ersten Formteil 11 angeklebt. Durch das Aufbringen des tiefgezogenen zweiten Formteils 12 auf das erste Formteil 11 wird eine Vielzahl röhrchenförmiger Hohlräume 13 gebil- det, die als X/4-Resonatoren wirken. Es ist selbstverständ- lich, dass die Öffnungen 14 der X/4-Resonatoren 13 so angeordnet werden, dass eindringende Feuchtigkeit oder andere Verschmutzungen wieder ungehindert austreten können.

Die Verteilung und Anordnung der X/4-Resonatoren liegt im Bereich des fachmännischen Könnens und kann durch Reihen- versuche akustisch optimiert werden.

Der in Figur 3 gezeigte Querschnitt durch ein Fahrzeugteil, insbesondere eine Motorhaube, macht deutlich, dass die Dimensionierung und Anordnung der durch das tiefgezogene Formteil 12 gebildeten \/4-Resonatoren 13 in geeigneter Weise vorgenommen werden kann. In einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform sind die zwischen den X/4-

Resonatoren bestehenden Zwischenräume 15 mit einem kon- ventionellen schallabsorbierenden Material gefüllt. Hilfs- weise kann die Innenseite auch mit einer porösen Dekor- schicht 16 überzogen sein. Die Gestaltung und Anordnung der öffnungen 14 der einzelnen X/4-Resonatoren 13 liegt im Bereich des normalen technischen Handelns. Es versteht sich, dass der Fachmann geeignete Materialien aussucht und insbesondere die Gestaltung der X/4-Absorber der Fahrzeug- form anpasst.

Das in Figur 4 gezeigte Fahrzeugdach weist ein erstes flä- chiges Formteil 11 und seinem Rand entlang versteifende Holme 18,19. Das Fahrzeugdach wird durch eine A-Säule 21 gestützt. Erfindungsgemäss sind die Holme 18,19 und die A- Säule 21, welche Abschlusszapfen 22 aufweisen, mit Öff- nungen 14 versehen. Es versteht sich, dass die Gestaltung und insbesondere die Länge der ausgebildeten \/4-Resonato- ren und Form der Resonatoröffnungen vom Fachmann in ge- eigneter Weise gewählt wird. In einer weiteren Ausführungs- form sind auch die U-förmigen Trägerelemente 19 als X/4- Absorber ausgebildet und weisen entsprechende Pfropfen 22 und Öffnungen 14 auf.

Das in Figur 5 dargestellte Fahrzeugteil eignet sich ins- besondere für die Verwendung in oder als akustisch absor- bierendes Hitzeschild. Bei der dargestellten Ausführungs- form ist ein einzelnes Blechformteil (Folie) 31 derart gefaltet resp. geformt, dass mehrere taschenförmige und sich überlappende X/4-Resonatoren 32 bis 37 gebildet sind.

Es versteht sich, dass die besondere Gestaltung dieses Formteils im Bereich des fachmännischen Könnens liegt.

Insbesondere können je nach Verwendungszweck die zwischen den Hohlräumen gebildeten Zwischenräume 38 mit bekannten hitzeisolierenden Materialien 39 gefüllt sein. Ein der- artiges Formteil lässt sich ohne weiteres bspw. aus einer mit einer Aluminiumfolie kaschierten Bahn aus hitzeisolie-

rendem Material formen. Dabei lässt sich auch das Blech- formteil 31 in bekannter Weise mindestens teilweise perfo- rieren, insbesondere derart, dass die aussenliegenden Blechabschitte 41 perforiert sind und die innenliegenden Blechabschnitte 42, welche die X/4-Resonatoren bilden, glatt bleiben.

Die erfindungsgemässe Konstruktion erlaubt somit die Schaf- fung von stabilen und leichtgewichtigen Fahrzeugteilen, welche eine hohe schallabsorbierende Wirksamkeit zeigen und in konventioneller Weise, d. h. kostengünstig herzustellen sind.