DE102004037767B4

DE102004037767B4 - Schallisolator für eine Insassenzelle eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102004037767B4
Application number: DE200410037767
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Augele; Achim Dr.-Ing. Bauer; Ingo Dipl.-Ing. Busch; Klaus-Peter Dipl.-Ing. Claar; Bernd Dr. Harloff; Günter KÖLLE; Torsten Dipl.-Ing. König (FH); Michael Dipl.-Ing. Neis; Karl Dipl.-Ing. Scheible
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: US20080020199A1; JP2008508139A; EP1774511A2; WO2006015707A3; DE102004037767A1; WO2006015707A2

Abstract

Schallisolator für eine Insassenzelle (12) eines Fahrzeuges,
mit einem aufblasbaren Luftpolster (29) aus einer dämpfungsaktiven Hülle (26, 27) aus einem elastischen Material zwischen einem Schall aussendenden Bauteil (13) und dem Innenraum der Insassenzelle (12),
wobei eine der Form des Bauteils (13) angepasste und als Feder-Masse-System wirkende Schalldämpfungsschicht (25) vorgesehen ist, die innenraumseitig mit einer Schwerfolie (26) abgeschlossen ist, welche eine erste Schale des aufblasbaren Luftpolster (29) bildet,
und wobei eine mit der Schwerfolie (26) dichtend verbundene zweite Schale des aufblasbaren Luftpolsters (29) aus einer elastischen Folie (27) vorgesehen ist und sich zwischen der ersten und der zweiten Schale befindet, wobei das Luftpolster (29) aufblasbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schalldämpfungsschicht (25) innenraumseitig an das Schall aussendende Bauteil (13) grenzt und die Schwerfolie (26) innenraumseitig an die Schalldämpfungsschicht (25), wobei die elastische Folie (27) zum einen Teil an die Schwerfolie (26) grenzt und zum anderen Teil...

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallisolator für eine Insassenzelle eines Fahrzeuges, wie aus der DE 101 05 891 A1 bekannt.
Fahrzeuge mit hohem Komfort zeichnen sich durch einen niedrigen Geräuschpegel in der Insassenzelle aus. Hauptgeräuschquellen sind Motorgeräusche, Rollgeräusche vom Fahrwerk und Windgeräusche der Karosserie und Anbauten. Um den Geräuschpegel für den Fahrer und die Fahrgäste möglichst gering zu halten, sind verschiedene aktive und passive Maßnahmen zur Schalldämmung und Schalldämpfung bekannt. Die Geräusche entstehen an schwingenden und stoßartig belasteten Bauteilen und breiten sich insbesondere in Form von Körperschall und Luftschall aus. Maßnahmen zur Körperschalldämmung sollen die Ausbreitung des Schalls auf die Insassenzelle vermeiden. Trotz Maßnahmen zur Körperschalldämmung kann die Schallausbreitung von der Schallquelle zur Insassenzelle nicht gänzlich unterbunden werden. Körperschall in Bauteilen der Insassenzelle gelangt als Luftschall zum Ohr eines Insassen. Durch zusätzliche Schalldämpfungsmaßnahmen kann der Geräuschpegel für die Insassen gemindert werden. Bei einer Schalldämpfung wird störende Körperschallenergie durch Reibung an Kontaktflächen oder durch innere Reibung in Dämpfungsmaterialien in Wärme umgesetzt. Die Bauteile einer Insassenzelle können aus speziellen Schall dämmenden Werkstoffen, wie Mangan- Legierungen, oder aus Kombinationen von herkömmlichen Karosseriewerkstoffen und Schallisolatoren aus Kunststoff gefertigt werden. Praktisch kommen Entdröhnbeläge an den Schall aussendenden Bauteilen oder Geräuschabsorber aus Vlieswerkstoff oder Formschaum zum Einsatz.
Neben den Schalldämpfungseigenschaften sollen Schallisolatoren ein geringes Gewicht aufweisen, einen geringen Bauraum beanspruchen und einfach zu montieren sein. Deshalb wurde in der DE 101 05 891 A1 ein Geräuschabsorber in Form eines aufblasbaren Luftkissens vorgeschlagen, welches an die Oberflächen zweier beabstandeter Bauteile angelegt ist, wobei eines der Bauteile Schall aussendet. Dieser Geräuschabsorber kann den für den subjektiven Höreindruck maßgeblichen Bereich zwischen 100 Hz und 8000 Hz nicht voll abdecken. Bei Fahrzeugen mit 4-Zylinder-Dieselmotoren und infolge des Abrollens der Reifen auf dem Straßenbelag treten Geräusche insbesondere im Bereich tiefer als 200 Hz auf. In diesem Bereich ist die Schalldämpfung unbefriedigend.
In der DE 196 27 106 A1 ist ein tritt-, stoß- und standfestes schallisolierendes Einlegeteil im Bodenbereich einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges gezeigt, welches zwischen einer Abdeckschicht und einer Unterseite durch Stützwände getrennte Luftkammern aufweist. Bei Schallanregung von der Unterseite her wirken die Luftvolumina in den Kammern wie Dämpfungsfedern eines Feder-Masse-Systems. Über Verbindungskanäle findet zwischen den Kammern ein Luftaustausch statt. Die strebenartigen Stützwände sind für die Trittfestigkeit erforderlich, bilden aber Schallbrücken, welche den Dämpfungseffekt beeinträchtigen.
Bei einer schalldämpfenden Wasserschutzfolie im Innenbereich von Türen von Kraftfahrzeugen nach DE 41 24 023 A1 werden zwei Folien aus hartem, formsteifem Kunststoff verwendet, wobei eine der Folien so geprägt ist, dass sich Luftkammern bilden, die eine schalldämpfende Wirkung entfalten. Die Schalldämpfung ist für niedrige Frequenzen unzureichend.
Aus der DE 100 22 902 A1 sind Folienabsorber für Fahrgasträume bekannt, die mit Mikrolöchern versehen in Schichten und in Kombination mit Vlies- oder Schaumstoffabsorbern oder einem Luftspalt auf Schall aussendenden Bauteilen aufgebracht sind. Durch die Kopplung zweier Absorber soll der gesamte für das menschliche Ohr hörbare Frequenzbereich abgedeckt werden. Die Folienabsorber besitzen eine dekorative Wirkung. Die Mikrolöcher bilden offene Flächen, die nicht in jedem Fall erwünscht sind, weil sich deren Pflege schwierig gestaltet. Ein für den gesamten Frequenzbereich optimierter Schalldämpfer bringt nicht maximale Dämpfungswerte bei niedrigen Frequenzen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 35 31 886 A1 offenbart einen Schallisolator für eine Insassenzelle eines Fahrzeugs, mit Luftpolstern, die von mit Luft gefüllten, d. h. aufgeblasenen Folien gebildet werden. Die Luftpolster sind in einen Schaum eingebettet. Der Schallisolator ist als Formteil ausgebildet, das in bestimmten Bereichen des Bodens einer Fahrzeugkarosserie angeordnet werden kann, wobei dessen Form dem jeweiligen Bodenbereich angepasst ist. Der Schallisolator ist so ausgebildet, dass beim Anordnen im entsprechenden Bodenbereich der Fahrzeugkarosserie eine Schaumschicht an das Bodenblech angrenzt. In Richtung der Insassenzelle folgt dann im Bereich eines Luftpolsters eine Schicht mit Folie, dann Luft, dann wieder eine Schicht mit Folie, dann eine Schwerschicht und zur Insassenzelle hin abschließend ein Teppich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schallisolator für eine Insassenzelle eines Fahrzeuges zu entwickeln, der eine verbesserte Dämpfungswirkung im Frequenzbereich unter 300 Hz ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einem Schallisolator gelöst, welcher die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird auf einem Schall aussendenden Bauteil einer Insassenzelle ein Feder-Masse-System aus einem Schaum oder Vlies und einer Schwerfolie vorgesehen, welches mit einem benachbarten Luftkissen zusammenwirkt. Das Luftkissen ist vorteilhaft aus der Schwerfolie und einer weiteren elastischen Folie gebildet. Die elastische Folie und die Schwerfolie sind luftdicht miteinander verbunden, so dass zwischen beiden Folien das Luftkissen aufgebaut werden kann. Die Schaumstoff- oder Vliesschicht kann der Form des Schall aussendenden Bauteils angepasst sein, so dass kein oder nur wenig Lufthohlräume bestehen. Die Schwerfolie kann baulich, z. B. durch Kleben oder Verschweißen, mit der Schicht aus Schaumstoff oder Vlies vereinigt sein. Die vom Schall aussendenden Bauteil abgewandt liegende elastische Folie kann so ausgeformt bzw. vorgeformt sein, dass sie nach Ausbildung eines Luftpolsters eng an umgebende Bauteile anliegt.
Ein herkömmliches Masse-Feder-System bringt üblicherweise eine Dämpfung im Bereich von 12–18 dB/Oktav. Die Kombination des Masse-Feder-Systems mit dem Luftkissen bringt demgegenüber eine zusätzliche Dämpfung im Bereich von weiteren 2 bis 5 dB/Oktav. Dabei besitzt die Schwerfolie ein Vielfaches des Flächengewichtes der elastischen Folie. Eine Gewichtsverdopplung der Schwerfolie bringt eine Verbesserung der Dämpfung um 6 dB/Oktav. Ein systembedingter Resonanzeinbruch der Dämpfung des Schallisolators ist durch Dimensionierung der Dicke der Schaumstoff- oder Vliesschicht und des Flächengewichtes der Schwerfolie auf einen unkritischen Bereich abgestimmt.
Besonders im Frontbereich einer Insassenzelle eines Kraftfahrzeuges mit Frontmotor sind zum Motorraum hin Durchbrüche für Bauteile, wie z. B. eine Lenkspindel, Fußpedale oder elektrische Leitungen, vorgesehen. Die zum Innenraum der Insassenzelle hin liegende elastische Folie wird so ausgebildet, dass beim Ausbilden des Luftkissens diese Bauteile so umschlossen werden, dass keine oder nur geringe Schalldurchtrittsräume bestehen.
Weil die Schallgeschwindigkeit sehr von der Temperatur und der Feuchte der Luft im Luftkissen abhängt, können die Dämpfungseigenschaften durch Steuern der Temperatur und/oder Luftfeuchte im Luftkissen beeinflusst werden. Es besteht die Möglichkeit Schallpegelwerte im Innenraum der Insassenzelle zu messen und anhand dieser Messwerte die Temperatur und/oder Feuchte auf einen minimalen Schallpegel einzustellen.
Die Erfindung ist außer bei Fahrzeugen auch bei stationären Maschinen, Anlagen oder Immobilien und sonstigen Räumen einsetzbar, wo Menschen vor unerwünschten Schallemissionen geschützt werden sollen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden, es zeigen:
1: ein Schema einer Karosserie eines Personenkraftwagens mit Schalldämmungselementen und Schalldämpfungselementen, und
2: ein Schema eines Schichtenaufbaus eines erfindungsgemäßen Schallisolators.
In schematischer Darstellung ist in 1 eine Karosserie 1 eines Personenkraftwagens im Längsschnitt dargestellt. Die Karosserie 1 besteht aus verschweißten Profilen eines Stahlwerkstoffes, in denen sich Körperschall nahezu ungehindert ausbreiten kann. Die Karosserie 1 trägt (als Beispiele für üblicherweise vorhandene Aggregate) u. a. einen 4-Zylinder-Dieselmotor 2 und ein elektrisch angetriebenes Gebläse 3 zur Kühlung des Motors 2 auf Anforderung. Beim Betrieb des Motors 2 und des Gebläses 3 entstehen durch hin- und hergehende und drehende Bauteile mechanische Anregungen im Hörbereich des menschlichen Ohres. Damit der vom Motor 2 und vom Gebläse 3 ausgehende Schall an der Ausbreitung gehindert ist, sind der Motor 2 und das Gebläse 3 über elastische Schalldämmungsglieder 4–6 mit der Karosserie 1 verbunden. Die gestrichelt dargestellten Räder 7 des Personenkraftwagens sind über Federn 8 an der Karosserie 1 aufgehängt, wodurch die Übertragung von Abrollgeräuschen der Reifen 9 auf der Fahrbahn 10 zur Karosserie 1 verringert wird. Die Karosserie 1 umfasst u. a. einen Motorraum 11 und eine Insassenzelle 12, die durch eine Stirnwand 13 getrennt sind. Der Motorraum 11 ist von oben mit einer schwenkbaren Motorraumhaube 14 verschlossen. In der Insassenzelle 12 befinden sich zahlreiche Einbauten, wie ein Armaturenbrett 15, ein Lenkrad 16, Fußpedale 17, Sitze 18 und Fenster 19. Zur Verminderung der Ausbreitung von Geräuschen aus dem Motorraum 11 in die Umgebung, befinden sich unterhalb der Motorraumhaube 14 eine Schalldämpfungsmatte 20. Damit der Geräuschpegel in der Insassenzelle 12 möglichst gering ist, befindet sich am Himmel ein Schalldämpfungsbelag 21 und auf dem Bodenblech ein Schall dämpfender Teppich 22. Ein mit der Stirnwand 13 auf der Seite der Insassenzelle 12 verbundener Schallisolator 23 dämpft den von der Stirnwand 13 ausgehenden Schall. Zum Durchtritt einer Lenkstange 24, der Fußpedale 17, von Heizleitungen und elektrischen Leitungen sind im Schallisolator 23 und in der Stirnwand 13 entsprechende Öffnungen vorgesehen.
In 2 ist eine Einzelheit X des Schallisolators 23 näher dargestellt. Im Einzelnen besteht der Schallisolator 23 aus einer Schaumstoffschicht 25, die der Form der Stirnwand 13 angepasst ist. Auf der Schaumstoffschicht 25 ist eine Schwerfolie 26 aufgebracht. Mit der Schwerfolie 26 ist eine dünne, elastische, vorzugsweise vorgeformte Folie 27 luftdicht verschweißt. Die elastische Folie 27 ist der Form der benachbarten Wand 28 des Armaturenbrettes 15 bzw. den benachbarten Aggregaten angepasst. Die Schwerfolie 26 und die elastische Folie 27 bilden einen gasdichten Raum zur Ausbildung eines Luftpolsters 29. In der elastischen Folie 27 ist ein Anschlussnippel 30 für Druckluft eingearbeitet. Der Schallisolator 23 kann dabei nach einmaligem Erzeugen des Luftpolsters 29 (d. h. nach Entfalten der elastischen Folie 27) durch seine dreidimensionale Form (Hohlkörper) auch ohne Überdruck (d. h. drucklos) funktionieren, insbesondere wenn die elastische Folie 27 vorgeformt ist.
Zur Montage des Schallisolators 23 werden die Schaumstoffschicht 25 zusammen mit der Schwerfolie 26 und der elastischen Folie 27 in den Zwischenraum zwischen der Stirnwand 13 und dem Armaturenbrett 15 eingebracht, wobei das Luftpolster 29 noch nicht oder nur geringfügig ausgebildet ist. Danach wird der Innendruck im Luftpolster 29 vorzugsweise bis zum vollständigen Entfalten erhöht, so dass sich die Schaumstoffschicht 25 und die elastische Folie 27 jeweils eng an die Außenkontur der Stirnwand 13 und der Wand 28 bzw. den Aggregaten anlegen.
Wenn beim Betrieb des Personankraftwagens vom Motor 2, dem Gebläse 3, von den Reifen 9 und durch den Fahrtwind Körperschall in die Stirnwand 13 übertragen wird, dann wird durch den Schallisolator 23 wirkungsvoll verhindert, dass in der Insassenzelle 12 der durch Luftschall übertragene Geräuschpegel am Ohr eines der Insassen einen unerwünschten Wert erreicht. Das Flächengewicht der Schwerfolie 26 ist um ein Vielfaches höher als das der elastischen Folie 27. Deshalb wirkt die Schwerfolie 26 mit der Schaumstoffschicht 25 als Feder-Masse-System. Die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems liegt durch die Dimensionierung der Schichtdicke der Schaumstoffschicht 25 und der Schwerfolie 26 in einem für die Dämpfungswirkung unkritischen Bereich. An den Durchbrüchen für die Lenkstange 24, das Fußpedal 17, Kabel und Schläuche ist die elastische Folie 27 so ausgebildet, dass sich beim Ausbilden des Luftpolsters 29 die elastische Folie 27 dichtend um diese Bauteile legt.

1: Karosserie
2: Motor
3: Gebläse
4–6: Schalldämmungsglied
7: Rad
8: Feder
9: Reifen
10: Fahrbahn
11: Motorraum
12: Insassenzelle
13: Stirnwand
14: Motorraumhaube
15: Armaturenbrett
16: Lenkrad
17: Fußpedal
18: Sitz
19: Fenster
20: Schalldämpfungsmatte
21: Schalldämpfungsbelag
22: Teppich
23: Schallisolator
24: Lenkstange
25: Schaumstoffschicht
26: Schwerfolie
27: elastische Folie
28: Wand, Aggregate
29: Luftpolster
30: Anschlussnippel

Claims

Schallisolator für eine Insassenzelle (12) eines Fahrzeuges, mit einem aufblasbaren Luftpolster (29) aus einer dämpfungsaktiven Hülle (26, 27) aus einem elastischen Material zwischen einem Schall aussendenden Bauteil (13) und dem Innenraum der Insassenzelle (12), wobei eine der Form des Bauteils (13) angepasste und als Feder-Masse-System wirkende Schalldämpfungsschicht (25) vorgesehen ist, die innenraumseitig mit einer Schwerfolie (26) abgeschlossen ist, welche eine erste Schale des aufblasbaren Luftpolster (29) bildet, und wobei eine mit der Schwerfolie (26) dichtend verbundene zweite Schale des aufblasbaren Luftpolsters (29) aus einer elastischen Folie (27) vorgesehen ist und sich zwischen der ersten und der zweiten Schale befindet, wobei das Luftpolster (29) aufblasbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfungsschicht (25) innenraumseitig an das Schall aussendende Bauteil (13) grenzt und die Schwerfolie (26) innenraumseitig an die Schalldämpfungsschicht (25), wobei die elastische Folie (27) zum einen Teil an die Schwerfolie (26) grenzt und zum anderen Teil von der Schwerfolie (26) durch das aufblasbare Luftpolster (29) beabstandet ist, und wobei die Schwerfolie (26) (im Rahmen der Fertigungstoleranzen) ein ganzzahliges Vielfaches des Flächengewichts der elastischen Folie aufweist.
Schallisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfungsschicht (25) aus einem porösen schallisolierenden Material, vorzugsweise aus Schaumstoff, Vlies oder Glaswolle, besteht, die direkt an dem Bauteil (13) anliegt und mit der Schwerfolie (26) verbunden ist.
Schallisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die zweite Schale bildende elastische Folie (27) der Form mindestens eines umgebenden Bauteils (28) angepasst ist.
Schallisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht der die zweite Schale bildenden elastischen Folie (27) geringer oder gleich dem Flächengewicht der Schwerfolie (26) ist.
Schallisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im Schall aussendenden Bauteil (13) und in der Schalldämpfungsschicht (25) mindestens ein Durchbruch vorgesehen ist, wobei die die zweite Schale bildende elastische Folie (27) durch das Luftpolster (29) bedingt ein durch den Durchbruch geführtes Bauteil (17, 24) im Bereich des Durchbruchs umschließt.