АКУСТИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННЫЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
ACOUSTICALLY ISOLATED STRUCTURAL ELEMENT

Изобретение касается акустически изолированного конструктивного элемента предпочтительно транспортного средства, двигателя, коробки передач или части облицовки транспортного средства, включающего в себя плоскую основную часть, которая по меньшей мере на одной стороне по меньшей мере в отдельных областях снабжена ребристой структурой, причем ребра ребристой структуры образуют камеры, и эти камеры нерегулярно расположены по меньшей мере на одной области конструктивного элемента.
В US 3773141 показан стеновой элемент, который снабжен решетчатой структурой и при небольшом дополнительном расходе материала образует обладающий высокой жесткостью и сильно уменьшающий шум конструктивный элемент. При этом стеновой элемент благодаря решетчатой структуре имеет особенно жесткую конструкцию, причем отношение суммы высоты ребра и толщины основной части к толщине основной части больше 4 и одновременно отношение длины внутренней стороны камеры к толщине ребра составляет от 4 до 14. US 3773141 стремится к тому, чтобы повысить жесткость и вместе с тем отношение резонансной амплитуды конструктивного элемента за счет выполнения оребрения. С помощью стратегии увеличения жесткости конструктивного элемента уменьшение эмиссий шума может достигаться только ограниченно.
В основу изобретения положена задача усовершенствовать акустически изолированный конструктивный элемент предпочтительно транспортного средства, двигателя, коробки передач или части облицовки транспортного средства с признаком ограничительной части п.1 формулы изобретения таким образом, чтобы эмиссия шума системы, снабженной этим акустически изолированным конструктивным элементом, значительно изменялась и/или уменьшалась. Кроме того, задачей изобретения наряду с целенаправленным изменением характеристики шума является достижение повышенной механической защиты акустически изолированного конструктивного элемента.
Эта задача решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пп.2-15 формулы изобретения.
В качестве сути изобретения рассматривается, что конструктивный элемент имеет собственную частоту равную 200-1000 Гц, а камеры выполнены нерегулярным образом, так что по меньшей мере в отдельных областях камеры конструктивного элемента по сравнению со смежными с ними камерами имеют различные размеры и/или геометрию, что исходящий из этих камер излучаемый воздушный звук в ближнем поле может взаимно уменьшаться и/или гаситься, причем отклик на переходное возбуждение по меньшей мере двух частичных поверхностей снабженной камерами поверхности конструктивного элемента имеет корреляцию равную от 0,5 до 0,85, предпочтительно от 0,60 до 0,70.
Обнаружилось, что ребра могут служить ограничением частичных поверхностей, которые имеют нерегулярные структуры, и при этом, вследствие стохастического распределения акустических дипольных источников, осуществлять взаимное уменьшение или гашение излучаемого воздушного звука в ближнем поле, и тем самым не допускать излучение звука в некоторой полосе частот (полосовой фильтр). Для этого предпочтительно, если конструктивный элемент, несмотря на оребрение, обладает определенной податливостью, чтобы таким образом регулировать амплитуды в желаемых полосах частот, чтобы создавать некий минимальный уровень звукового давления для этих частот, предпочтительно в низкой области.
Определенная минимальная податливость конструктивного элемента вытекает из требования собственной частоты конструктивного элемента в диапазоне от 200 до 1000 Гц. Благодаря нерегулярным камерам, которые образуют нерегулярные частичные поверхности, достигается уменьшение и/или гашение излучаемого этими частичными поверхностями воздушного звука в ближней области. Благодаря предлагаемым изобретением различным размерам и/или геометрии камер достигается, что спектральная плотность мощности смежных камер различна.
Если предлагаемый изобретением конструктивный элемент, например с помощью молотка, испытывает переходное возбуждение, то отклик по меньшей мере двух частичных поверхностей снабженной камерами поверхности конструктивного элемента будет иметь корреляцию от 0,50 до 0,85, предпочтительно от 0,60 до 0,70. Это может быть дополнительно проверено посредством измерения интенсивности звука на смежных частичных поверхностях. Корреляция двух промежутков времени при измерениях интенсивности звука находится предпочтительно в вышеназванных пределах интенсивности звука. Для сравнения двух сигналов отклика используется взаимная корреляция.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления по меньшей мере одна шестая, предпочтительно по меньшей мере одна четверть, особенно предпочтительно по меньшей мере половина камер выполнена, таким образом, нерегулярно. Посредством этого минимального перекрытия может достигаться значительное эффективное воздействие камер на свойства излучения звука конструктивного элемента. Альтернативно или дополнительно, частичная поверхность снабженной камерами поверхности конструктивного элемента не имеет ни одной камеры, одинаковой по геометрии или размерам, причем эта частичная поверхность имеет размер, равный по меньшей мере 5% всей снабженной камерами поверхности конструктивного элемента, предпочтительно размер, равный по меньшей мере 25%, особенно предпочтительно размер, равный по меньшей мере 80% всей снабженной камерами поверхности конструктивного элемента.
В другом предпочтительном варианте осуществления ширина ребра камеры меньше, чем толщина дна этой камеры, предпочтительно ширина ребра к толщине дна камеры соответствует отношению от 1,0:1,2 до 1:20, особенно предпочтительно отношению от 1,0:1,8 до 1:3. Благодаря этим отношениям ширины ребра к толщине дна камеры обеспечивается минимальная эластичность снабженных ребрами поверхностей конструктивного элемента. Эта податливость необходима для того, чтобы достичь желаемой акустической реакции камер. Благодаря тому, что камеры задают колебание, может достигаться устранение или уменьшение шумов, излучаемых конструктивным элементом.
Альтернативно или дополнительно, для минимальной податливости предпочтительно, если отношение суммы высоты ребра и толщины дна камеры к толщине дна камеры меньше 4:1, предпочтительно меньше или равно 3,5:1, особенно предпочтительно меньше или равно 3:1. В качестве толщины дна камеры может, например, использоваться толщина основной части.
Различные размеры и/или геометрия означают нерегулярно распределенные и/или имеющие различные размеры, смежные камеры с нерегулярной геометрией периметра. Благодаря различной конфигурации смежных камер излучаемые доли звука отдельных камер могут взаимно устраняться, так что излучение шума всего конструктивного элемента в сумме, по меньшей мере, всех выполненных в соответствии с изобретением камер равно нулю или по меньшей мере значительно уменьшается. Предпочтительно геометрия и/или размеры камер выбраны таким образом, что максимальная частота излучения смежных камер устраняется и/или уменьшается.
Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере одна первая камера отличается по геометрии и/или размерам таким образом, что ни одна из камер, смежных с этой первой камерой, не может быть получена/воспроизведена путем масштабирования, зеркального отражения и/или вращения первой камеры. При этом масштабирование включает в себя растяжение и наклон. Первая камера не может быть также воспроизведена путем вращения, зеркального отражения или тому подобного одной из смежных камер. Такого рода геометрическая неправильность способствует эффекту уменьшения звука.
Для более простого расчета и изготовления камер предпочтительно, если все ребра камеры проходят прямолинейно и если предпочтительно все ребра составляют с примыкающими ребрами камеры угол меньше или равный 180°. Даже если одно ребро образует участок стенки для нескольких камер и это ребро проходит прямолинейно через несколько камер, это упрощает определенный расчет камер, уменьшающий и/или гасящий излучение звука в ближнем поле.
2
2
2
2
3
3
3
3
В результате опытов получились следующие предпочтительные диапазоны размеров структуры из камер и ребер в области транспортной техники, в частности для конструктивных элементов транспортных средств в автомобилестроении, особенно предпочтительно грузовых автомобилей промышленного назначения, оснащенных дизельными двигателями и/или гибридными установками. Периметр камеры составляет предпочтительно от 15 мм до 200 мм, предпочтительно от 35 мм до 95 мм, и/или площадь камеры составляет от 30 мм до 1000 мм, предпочтительно от 60 мм до 490 мм, и/или объем камеры составляет от 250 мм до 5000 мм, предпочтительно от 400 мм до 3000 мм.
Также для отношения периметра к площади камеры конструктивного элемента в качестве предпочтительных были определены отношения от 1:1 до 1:10, предпочтительно от 1:1,5 до 1:5,5.
Если конструктивный элемент представляет собой элемент крышки двигателя, масляную ванну, часть внутренней облицовки и/или навесную деталь двигателя и имеет минимальную продольную протяженность, равную 400 мм, предпочтительно 750 мм, особенно предпочтительно 1000 мм, также обеспечиваются свойства эффективного уменьшения шума. Элемент крышки двигателя может, например, представлять собой крышку картера распределительного механизма.
Также предпочтительным критерием расчета можно назвать допущение, что максимальная продольная протяженность по меньшей мере половины, предпочтительно всех предлагаемых изобретением камер конструктивного элемента не превышает 95 мм, предпочтительно 75 мм, особенно предпочтительно 50 мм, и/или максимальная продольная протяженность по меньшей мере половины, предпочтительно всех камер конструктивного элемента не меньше 3 мм, предпочтительно 5 мм, особенно предпочтительно 10 мм.
Посредством учета отдельных или всех вышеупомянутых конкретных диапазонов размеров может достигаться особенно эффективно действующее уменьшение звука или, соответственно, устранение звука в ближнем поле конструктивного элемента.
При целенаправленном расчете структуры из ребер и камер обнаружилось, что, в частности, треугольные и пятиугольные камеры предпочтительны для предлагаемой изобретением структуры. Предпочтительно по меньшей мере половина камер конструктивного элемента, предпочтительно по меньшей мере ѕ камер конструктивного элемента выполнены треугольными и пятиугольными. Альтернативно или дополнительно, по меньшей мере одна, предпочтительно больше половины камер окружены по меньшей мере 5, предпочтительно по меньшей мере 6 или особенно предпочтительно по меньшей мере 7 смежными камерами.
Для достижения других механических требований к конструктивному элементу предпочтительно, дополнительно к предлагаемой изобретением структуре из ребер, расположить на конструктивном элементе распорки жесткости. Они могут также по меньшей мере частично совпадать со структурой из ребер. При этом следует учитывать, чтобы поверхности между распорками жесткости обладали податливостью, допускаемой предлагаемой изобретением структурой из ребер. Хотя распорки жесткости приводят к уменьшению податливости, однако благодаря соответствующему расстоянию между распорками жесткости и, вместе с тем, определенному минимальному размеру находящихся между распорками жесткости поверхностей обеспечивается уменьшение или, соответственно, гашение шумов ближнего поля.
В качестве механической защиты открытых объемов камер предпочтительно, если отверстия камер по меньшей мере в отдельных областях затянуты гибким элементом, предпочтительно гибкой пленкой. Тем самым предотвращается отложение пыли или прочей грязи внутри камер. Неконтролируемое отложение грязи, пыли или прочих элементов внутри камер может воздействовать на их податливость и вместе с тем на эффект уменьшения/гашения шума.
По другому варианту осуществления изобретения конструктивный элемент в окончательно смонтированном состоянии расположен на другом конструктивном элементе, причем посредством этого конструктивного элемента по меньшей мере частично закрывается полость конструктивного элемента, и структура из ребер расположена на стороне, в окончательно смонтированном состоянии конструктивного элемента отвернутой от полости. В этом случае ребра и/или ребра жесткости могут служить протекторными (жертвенными) ребрами от механически воздействующих снаружи элементов (например, удар камня) и тем самым защищать конструктивный элемент.
Предлагаемый изобретением конструктивный элемент предпочтительно по меньшей мере в отдельных областях выполнен из полимерного материала и/или композитного материала. Например, конструктивный элемент может изготавливаться в виде литой детали, предпочтительно полученной методом литься под давлением, при этом «трудоемкая» структура из ребер может быть реализована с оптимальными затратами.
Изобретение поясняется более подробно с помощью примеров осуществления на чертежах. На них показано:
фиг.1: схематичное изображение в перспективе масляной ванны, снабженной предлагаемой изобретением структурой из ребер;
фиг.2: схематичное изображение в перспективе масляной ванны, показанной на фиг.1, наискосок снизу;
фиг.3: схематичный вид снизу масляной ванны, показанной на фиг.1;
фиг.4: детальное изображение сечения IV-IV, указанного на фиг.3;
фиг.5: детальное изображение детали A, показанной на фиг.3;
фиг.6: схематичное изображение сечения по линии VI-VI сечения, указанной на фиг.5;
фиг.7: детальное изображение детали C, показанной на фиг.4;
фиг.8: схематичное изображение в перспективе крышки картера распределительного механизма, снабженной предлагаемой изобретением структурой из ребер.
В качестве примеров вариантов осуществления конструктивного элемента, снабженного предлагаемыми изобретением ребрами, этот элемент на фиг.1-7 выполнен в виде масляной ванны 2, а на фиг.8 - в виде крышки 11 картера распределительного механизма.
Изображенный на фиг.1 акустически изолированный конструктивный элемент 1 в виде масляной ванны 2 включает в себя плоскую основную часть 3, которая, будучи ориентирована своей верхней стороной 4 к двигателю, на нижней стороне 4' снабжена направленной вниз структурой 5 из ребер. Ребра 6, 6', 6'', 6''' структуры 5 из ребер проходят таким образом, что они образуют нерегулярные камеры 7, 7', 7'' на основной части 3. Ребра 6, 6', 6'' расположены относительно основной части 3 таким образом и имеют такие размеры, что приводят только к небольшому увеличению жесткости основной части 3, так что конструктивный элемент 1, несмотря на ребра 6, 6', 6'', 6''', имеет собственную частоту от 200 до 1000 Гц.
Нерегулярность камер 7, 7', 7'' приводит к тому, что исходящий из камер 7, 7', 7'' воздушный звук в ближнем поле взаимно уменьшается и/или гасится. Когда масляная ванна 2 испытывает переходное возбуждение, то реакция отклика по меньшей мере двух частичных поверхностей 8, 8' снабженной камерами 7, 7', 7'' поверхности масляной ванны 2 будет иметь корреляцию от 0,50 до 0,85, предпочтительно от 0,60 до 0,70. В изображенном варианте осуществления преобладающее количество (>80%) камер 7, 7', 7'' масляной ванны 2 выполнено, таким образом, нерегулярно.
На фиг.3 расположение ребер 6, 6', 6'', 6''' и нерегулярная структура камер 7, 7', 7'' видны практически по всей нижней стороне 4' масляной ванны 2. Нерегулярные камеры 7, 7', 7'' включают в себя при этом больше половины камер 7, 7', 7'' масляной ванны 2. Внутри частичной поверхности 8, 8' снабженной камерами 7, 7', 7'' поверхности масляной ванны 2 нет ни одной одинаковой по геометрии и/или размерам камеры 7, 7', 7''. Частичная поверхность может иметь размер, равный по меньшей мере 5%, по меньшей мере 25% или по меньшей мере 80% общей поверхности конструктивного элемента 1.
Камеры 7, 7', 7'' выполнены различными по геометрии и/или размерам таким образом, что ни одна из камер 7', 7'', смежных с первой камерой 7, не может быть воспроизведена путем масштабирования, вращения и/или зеркального отражения первой камеры 7.
Ребра 6, 6', 6'', 6''' проходят прямолинейно, при этом ребра 6, 6', 6'', 6''' камеры 7, 7', 7'' составляют угол α меньше 180°. Кроме того, ребра 6, 6', 6'', 6''' выполнены по меньшей мере частично таким образом, что они образуют участок стенки для нескольких камер 7, 7', 7'', и ребро 6, 6', 6'', 6''' проходит прямолинейно через несколько камер 7, 7', 7''. Преобладающее количество (по меньшей мере больше половины, предпочтительно по меньшей мере 85%) камер 7, 7', 7'' выполнено в виде треугольников, четырехугольников или пятиугольников и при этом окружено по меньшей мере четырьмя или предпочтительно по меньшей мере пятью смежными камерами 7, 7', 7''.
Наряду с ребрами 6, 6', 6'', 6''' структуры 5 из ребер для повышения прочности масляной ванны 2 на нижней стороне 4 масляной ванны 2 расположены распорки жесткости (не изображены). При этом распорки жесткости имеют большую толщину стенки, чем ребра 6, 6', 6'', 6''', и воздействуют на масляную ванну 2, увеличивая ее жесткость. Однако распорки жесткости находятся друг от друга на таком расстоянии, что поверхности между распорками жесткости обладают достаточной эластичностью, чтобы достичь излучения звука или, соответственно, уменьшение звука от камер 7, 7', 7'' в соответствии с изобретением. Также распорки жесткости могут частично совпадать с ребрами 6, 6', 6'', 6''' структуры 5 из ребер.
Для обеспечения достаточно эластичных свойств с целью уменьшения звука в ближнем поле имеет значение конфигурация ребер 6, 6', 6'', 6''' относительно основной части 3. При этом оказалось предпочтительным, если ширина 14 ребра камеры 7, 7', 7'' меньше, чем толщина 15 дна этой камеры 7, 7', 7''. В частности, особенно предпочтительным оказалось отношение ширины 14 ребра к толщине 15 дна камеры от 1,0:1,2 до 1:20, особенно предпочтительно от 1,0:1,8 до 1:3.
Ребра 6, 6', 6'' расположены на наружной стороне 4' масляной ванны 2. В окончательно смонтированном состоянии масляная ванна 2 закрывает картер (не изображен) с нижней стороны, так что ребра 6, 6', 6'', будучи направлены от картера и тем самым в наружном направлении, свободно открыто расположены. Для предотвращения отложения пыли и грязи в открыто расположенных в наружном направлении камерах 7, 7', 7'' предпочтительно закрыть отверстия 10, 10' камер 7, 7', 7'' гибким элементом (не изображен), предпочтительно гибкой пленкой.
Продольная протяженность 12 масляной ванны 2 составляет практически над 1150 мм и при этом превышает предпочтительное минимальное значение, равное по меньшей мере 400 мм.
Максимальная продольная протяженность 13, 13', 13'' камер 7, 7', 7'' конструктивного элемента 1 составляет максимум 95 мм и минимум 5 мм. Внутри этого диапазона значений максимальной продольной протяженности 13, 13', 13'' камер 7, 7', 7'' уменьшение звука в ближней области с учетом толщины стенки является предпочтительным. Предпочтительно этот диапазон значений относится ко всем камерам 7, 7', 7'' конструктивного элемента 1. Дополнительный рост уменьшения звука в ближней области в соответствии с изобретением обеспечивается более узким диапазоном значений максимальной продольной протяженности 13, 13', 13'', составляющим максимум 50 мм и минимум 10 мм. При этом максимальная продольная протяженность 13, 13', 13'' представляет собой максимальную длину внутри одной камеры 7, 7', 7''.
Отношение объема к площади камеры 7, 7', 7'' конструктивного элемента 1 находится в диапазоне значений от 1,0:1,5 до 1,0:5,5.
На фиг.2, 4 и 6 видно, что свободные концы отверстий 10, 10' структуры 5 из ребер смежных, или предпочтительно преобладающего количества (>85%), камер 7, 7', 7'' находятся в одной плоскости, и/или что области 16, 16' дна смежных, или предпочтительно преобладающего количества (>85%), камер 7, 7', 7'' находятся в другой, второй плоскости, предпочтительно по меньшей мере в отдельных областях параллельной первой плоскости.
Сумма высоты 17 ребра и толщины 15 дна камеры по отношению к толщине 15 дна камеры меньше 4:1, предпочтительно меньше или равна 3,5:1,0, особенно предпочтительно меньше или равна 3:1. В качестве толщины 15 дна камеры может, например, использоваться толщина материала основной части 3 без ребер 6, 6', 6''.
На фиг.4 чертежа изображены ребра 6, 6', 6'', 6''' с различной высотой 17, 17' ребра. Свободные концы ребер 6, 6', 6'', 6''' находятся, однако, в одной плоскости, или по меньшей мере в одной области плоскости, так что описанная через свободные концы ребер 6, 6', 6'', 6''' контурная линия 9 проходит, по существу, непрерывно. Видно также, что ребра с большей высотой 17' ребра имеют также большую толщину 15' дна камеры, чем толщина 15 дна камеры, соответствующая высоте 17 ребра.
На фиг.8 показана крышка 11 картера распределительного механизма, которая снабжена предлагаемой изобретением структурой 5 из ребер. Отсюда видно, что структура 5 из ребер подчиняется другим конструктивным условиям.
Список ссылочных позиций
α - Угол между 6 и 6'
1 - Конструктивный элемент
2 - Масляная ванна
3 - Основная часть
4, 4' - Сторона у 3
5 - Структура из ребер
6, 6', 6'', 6''' - Ребро у 5
7, 7', 7'' - Камера
8, 8' - Отдельная поверхность у 3
9 - Контурная линия
10, 10' - Отверстие у 7, 7', 7''
11 - Крышка картера распределительного механизма
12 - Продольная протяженность у 1
13 - Продольная протяженность у 7, 7', 7''
14 - Ширина ребра у 6, 6', 6'', 6'''
15, 15' - Толщина дна камеры у 7, 7', 7''
16 - Область дна у 7, 7', 7''
17, 17' - Высота ребра у 6, 6', 6'', 6'''