DE19846117C2 - Use of a material with high material damping and tensile strength for a component of a sound-emitting machine - Google Patents

Use of a material with high material damping and tensile strength for a component of a sound-emitting machine

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Werkstoffes mit ho­ her Materialdämpfung und Zugfestigkeit für ein Bauteil einer schallemittierenden Maschine, welches Bauteil im schallerzeu­ genden bzw. -leitenden Kraftfluß der Maschine angeordnet ist.The invention relates to the use of a material with ho forth material damping and tensile strength for a component of a sound-emitting machine, which component in the sound generator ing or -conducting power flow of the machine is arranged.

Die hohe Beschleunigung mechanisch bewegter Teile verursacht in einem breiten Frequenzspektrum unerwünschte Schwingungen. Ins­ besondere ist dies bei Maschinen mit rotierenden Teilen und hierbei besonders bei Brennkraftmaschinen festzustellen. Um derartige Geräusche zumindest zu verringern, werden unter­ schiedliche Lösungsansätze vorgeschlagen. So werden bspw. ins­ besondere im Fahrzeugbau vielfach passive Maßnahmen wie Dämm­ matten, Schwingungstilger usw. verwendet. Weiterhin werden auch aktive Maßnahmen wie bspw. eine Beeinflussung des Luftschalls in einem Fahrgastraum (activ-noise-control) mittels akustischer Interferenzen zur Verringerung eines wahrgenommenen Störgeräu­ sches eingesetzt.The high acceleration of mechanically moving parts causes in a wide frequency spectrum undesirable vibrations. Ins this is special for machines with rotating parts and particularly in the case of internal combustion engines. Around to at least reduce such noises are under different approaches proposed. For example, ins especially passive measures such as insulation, often used in vehicle construction mats, vibration absorbers, etc. are used. Furthermore, too active measures such as influencing airborne noise in a passenger compartment (activ-noise-control) using acoustic Interference to reduce perceived noise used.

Aus der US 46 84 414 ist die Verwendung einer Legierung als Werkstoff für geräuschdämpfende Bauteile bekannt. Der Werkstoff beinhaltet bis zu 20% Ni, bis zu 15% Ti, zwischen 0,3 und 20% Si und Al als Restwerkstoff. Dieser Werkstoff wird einer Wär­ mebehandlung und einer anschließenden Verformung unterzogen, wobei sich eine martensitische Zweitphase bildet.From US 46 84 414 is the use of an alloy as Material known for noise damping components. The material contains up to 20% Ni, up to 15% Ti, between 0.3 and 20% Si and Al as residual material. This material becomes a heat subjected to treatment and subsequent deformation, whereby a martensitic second phase forms.

Aus der DE-AS 15 58 715 ist bekannt, daß eine zu der US 46 84 414 entsprechende Zweitphase schalldämpfend ist. From DE-AS 15 58 715 it is known that one of the US 46 84 414 corresponding second phase is sound absorbing.  

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 198 26 175 A1 ist eine weitere Maßnahme bekannt, nach der es sich als günstig erweist, in eine Übertragungsstrecke des Schalls - also dem Kraftfluß zwischen einem erregenden Bauteil und einem Bauteil, das diese Erregung an ein den Schall insbesondere als Störgeräusch abstrahlendes Element weiterleitet - eine Einrichtung einzubringen, mittels der die Stärke bzw. die Intensität des Kraftflusses zwischen dem Bauteil, von dem der Kraftfluß kommt und dem Bauteil an das der Kraftfluß weitergeleitet wird, zumindest verringert wird.Another is from the unpublished DE 198 26 175 A1 Measure known, according to which it proves to be favorable, in a Transmission path of sound - that is, the flow of force between an exciting component and a component that excites this to a sound radiating in particular as a disturbing noise Element forwards - to introduce a facility by means of which is the strength or intensity of the power flow between the component from which the power flow comes and the component to the the power flow is passed on, at least reduced.

Die genannten Maßnahmen weisen u. a. einen hohen technologischen und zum Teil auch finanziellen Aufwand auf. Desweiteren sind diese Maßnahme auch mit einer Gewichtszunahme der Maschine ver­ bunden, was insbesondere im Automobilbau unerwünscht ist.The measures mentioned may. a. a high technological and partly also financial expenses. Furthermore are this measure also with a weight gain of the machine bound, which is particularly undesirable in automotive engineering.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte und einfache Möglichkeit zur Beeinflussung des Kraftflusses einer Körper­ schallleitung anzugeben.The object of the invention is an inexpensive and simple Possibility to influence the flow of force of a body sound line to specify.

Durch die Verwendung eines aus der nicht vorveröffentlichten DE 197 41 019 A1 bekannten Werkstoffes als Werkstoff für Bautei­ le, die sich im schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftfluß ei­ ner Maschine befinden und die zumindest bereichsweise aus die­ sem Werkstoff gefertigt sind, wird die Aufgabe gelöst. Der aus dieser Schrift bekannte metallische Werkstoff weist trotz sei­ ner für Metalle typisch hohen Zugfestigkeit und ebenso hohe Bruchdehnung eine für Metall ungewöhnlich hohe Materialdämp­ fung auf. Durch die Materialeigenschaften des aus der DE 197 41 019 A1 bekannten Werkstoffes ist der Kraftfluß der Körper­ schallleitung zumindest verringert. Mit der Verringerung des Kraftflusses ist eine ebensolche Verringerung des endseitig ab­ gestrahlten Schalls und damit des Störgeräusches verbunden. Die Verringerung des Kraftflusses basiert darauf, daß zunächst der Kraftfluß verzögert wird, weshalb bei harmonischer Anre­ gung der resultierende Kraftfluß verringert wird. By using one from the unpublished DE 197 41 019 A1 known material as a material for building components le that ei in the sound generating or conducting force flow ner machine and the at least partially from the sem material are made, the task is solved. The one out this document known metallic material shows despite ner typical high tensile strength for metals and just as high Elongation at break is an unusually high material damping for metal on. Due to the material properties of DE 197 41 019 A1 known material is the power flow of the body sound conduction at least reduced. With the decrease in Force flow is just such a reduction in the end radiated sound and thus the background noise. The Reduction of the power flow is based on the fact that the Power flow is delayed, which is why with harmonious stim The resulting force flow is reduced.  

Bei den Maschinen, bei denen die Erfindung bevorzugt verwendet werden kann, handelt es sich insbesondere um Flugzeuge, um Hub­ schrauber, um Lokomotiven und/oder um Waggons einer Eisenbahn, oder um mit Kraftmaschinen betriebene Kraftfahrzeuge, vorzugsweise um einen Pkw oder um einen Lkw.In the machines where the invention is preferably used can be, it is particularly aircraft, hub screwdrivers, around locomotives and / or around railroad cars, or motor vehicles powered by engines, preferably a car or a truck.

Bei der Verwendung der Erfindung für vorzugsweise Kraftfahrzeu­ ge und hierbei insbesondere für Pkws oder Lkws wird der Werk­ stoff insbesondere zur Herstellung eines Pleuels und/oder eines ein Zylinder- und ein Kurbelgehäuse aufweisenden Motorblocks und/oder eines Zylinderkopfes und/oder eines Getriebe- und/oder eines Automatikgehäuses und/oder eines Kupplungsgehäuses und/oder eines Aggregateträgers und/oder eines Motorträgers und/oder einer Sitzschiene und/oder einer Sitzauflage, auf der Sitze aufliegen, und/oder eines Sitzrahmens und/oder eines Aus­ gleichsgetriebes, insbesondere eines Differentialgehäuses ver­ wendet.When using the invention for preferably motor vehicles The plant is used here and especially for cars or trucks Substance in particular for the production of a connecting rod and / or one an engine block having a cylinder and a crankcase  and / or a cylinder head and / or a gear and / or an automatic housing and / or a clutch housing and / or an assembly carrier and / or an engine carrier and / or a seat rail and / or a seat cover on which Sit on seats, and / or a seat frame and / or an off same gearbox, in particular a differential housing ver turns.

Desweiteren kann die Erfindungen auch für Bauteile verwendet werden, die zwar im Kraftfluß liegen, aber gleichzeitig in der Art einer Membran für die Schallabstrahlung wirken. Dies kann bspw. bei einer Ölwanne der Fall sein.Furthermore, the inventions can also be used for components be in the flow of power, but at the same time in the Act as a membrane for sound radiation. This can For example, be the case with an oil pan.

Der für die im Kraftfluß angeordneten Bauteile ausgewählte Werkstoff weist schon bei geringen Schwingungsamplituden hoch­ dämpfende Eigenschaften auf. Da ferner die zumindest teilweise martensitisch vorliegende Zweitphase die mechanischen Kennwert des Basismaterials allenfalls vernachlässigbar beeinflußt, kann der Werkstoff auch als Strukturwerkstoff verwendet werden.The one selected for the components arranged in the power flow Material shows high even with low vibration amplitudes damping properties. Furthermore, at least partially martensitic present second phase the mechanical characteristic of the base material can be negligibly influenced at best the material can also be used as a structural material.

Durch diese beiden Eigenschaften des Werkstoffes können also mechanisch stabile Bauteile mit hochdämpfenden Eigenschaften konzipiert werden, wodurch auf einfache Weise ein einfacher, billiger und hochwirksamer Beitrag zur Verringerung einer von einer Maschine aussehenden Geräuschkulisse realisiert ist.Through these two properties of the material you can mechanically stable components with high damping properties be conceived, which in a simple way a simple, cheaper and highly effective contribution to reducing one of a machine-looking background noise is realized.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Zweitphase um eine Legie­ rung. Als günstig hat sich eine Ni-Ti Legierung erwiesen, deren Legierungsbestandteile zwischen 48 und 52 Atom-% gemischt sind. Von besonderem Vorteil ist diese Legierung, wenn die Legierung 49.9 Atom-% Ni und 50.1 Atom-% Ti aufweist. Die in diesem Ab­ satz genannten Bestandteile stellen bevorzugte Werte dar. Sie sind nicht als Beschränkung der Erfindung anzusehen.The second phase is preferably an alloy tion. A Ni-Ti alloy, whose Alloy components are mixed between 48 and 52 atomic%. This alloy is particularly advantageous if the alloy 49.9 atomic% Ni and 50.1 atomic% Ti. The in this Ab The constituents mentioned are preferred values are not to be regarded as a limitation of the invention.

Die Materialdämpfung wird erhöht, wenn die Zweitphase bis zu 25 Atom-% Zusätze aufweist. Die Zusätze bewirken eine Stabilisierung der martensitischen Phase und der Anpassung an die jewei­ ligen Betriebsbedingungen der jeweiligen Bauteile.The material damping is increased if the second phase up to 25 Has atomic% additives. The additives have a stabilizing effect  the martensitic phase and the adaptation to the respective current operating conditions of the respective components.

Besonders hervorzuhebende Zusätze sind im einzelnen Zirkon und/oder Hafnium und/oder Kupfer und/oder Niob und/oder Mangan und/oder Palladium und/oder Platin und/oder Eisen.Additions that are particularly noteworthy are zircon and / or hafnium and / or copper and / or niobium and / or manganese and / or palladium and / or platinum and / or iron.

Die Stabilisierung der martensitischen Phase kann durch eine Vorbehandlung der Zweitphase erfolgen, indem z. B. eine Deforma­ tion der Zweitphase oder eine Homogenisierung der Legierungsbe­ standteile durchgeführt wird.The martensitic phase can be stabilized by a Pretreatment of the second phase take place by z. B. a deforma tion of the second phase or a homogenization of the alloy components is carried out.

Die Zweitphase kann als Partikel und/oder als Drähte und/oder als Fasern, insbesondere als Kurzfasern und/oder als Lage im Basismaterial vorliegen. Durch diese Ausgestaltung kann der Werkstoff in idealer Weise an die an das jeweilige Bauteil vorgegebenen Anforderungen angepaßt werden.The second phase can take the form of particles and / or wires and / or as fibers, in particular as short fibers and / or as a layer in the Base material is available. With this configuration, the Material ideally to that of the respective component given requirements are adjusted.

Eine besondere Art einer derartigen Anpassung erfolgt dadurch, daß der Anteil der Zweitphase an dem Gesamtwerkstoff - je nach gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes bzw. des daraus ge­ fertigten Bauteils - bevorzugt zwischen 5 und 60 Vol.-% vari­ iert wird.A special type of such an adaptation is achieved by that the share of the second phase in the total material - depending on desired properties of the material or the resulting ge finished component - preferably between 5 and 60 vol .-% vari is.

Vor allem ist es zweckmäßig die Materialien der Zweitphase und des Basismaterials derart aufeinander abzustimmen, daß die bei­ den Materialien an ihren Grenzflächen eine Verbindung ausbil­ den.Above all, it is useful the materials of the second phase and to coordinate the base material so that the at forming a connection between the materials at their interfaces the.

Durch die metallische Zweitphase mit zumindest teilweise mar­ tensitischem Gefüge innerhalb des Basismaterials gelingt es, die Anforderungen von seiten der Dämpfung an den Werkstoff ge­ stellt wird, zumindest weitgehend, insbesondere allein durch die Zweitphase zu erfüllen.Due to the metallic second phase with at least partially mar tensitic structure within the base material succeeds the damping requirements for the material is, at least largely, in particular by itself to complete the second phase.

Die Forderungen betreffend die Zugfestigkeit und der Bruchfe­ stigkeit werden vor allem durch das Basismaterial erfüllt bzw. bestimmt. Insbesondere aus diesem Grund kann das Basismaterial zu jeder Anforderung, die an das betreffende Bauteil gestellt wird, als Strukturwerkstoff verwendet werden.The requirements regarding tensile strength and breaking strength strength are primarily met by the base material or  certainly. For this reason in particular, the base material for every requirement placed on the component in question will be used as a structural material.

Sinnvollerweise wird aufgrund der geringen Dichte bzw. seines geringen Gewichtes als Basiswerkstoff ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung verwendet. Als besonders günstig hat sich hierbei die Al-Legierungen mit der Bezeichnung EN AW- 6061 gemäß DIN EN 573 herausgestellt.It makes sense because of the low density or its light weight as a base material a light metal and / or uses a light metal alloy. As particularly cheap the Al alloys with the designation EN AW- 6061 according to DIN EN 573.

Bedarf es höherer Festigkeiten als sie mit diesem Material reali­ sierbar sind, können ggf. Basismaterialien eingesetzt werden, die verschiedene Gefüge aufweisen oder die als Verbundwerkstoffe mindestens eine weitere Drittphase zur Verstärkung besitzen. Eine auf das Basismaterial abgestimmte thermomechanische Be­ handlung führt ebenfalls zu einer vorteilhaften Erhöhung der Festigkeit des Basismaterials.Higher strengths are required than with this material base materials can be used if necessary, that have different structures or that as composite materials have at least one additional third phase for reinforcement. A thermomechanical Be matched to the base material action also leads to an advantageous increase in Strength of the base material.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffes kann der nicht vorveröffentlichten DE 197 41 019 A1 entnommen werden.The process for producing the used according to the invention Material can the unpublished DE 197 41 019 A1 be removed.

Claims (13)

1. Verwendung eines Werkstoffes mit hoher Materialdämpfung und Zugfestigkeit, wobei der Werkstoff aus einem metallischen Ba­ sismaterial sowie einer metallischen Zweitphase mit zumindest teilweise martensitischem Gefüge besteht, wobei die Zweitphase eine Legierung ist, welche jeweils zwischen 48 und 52 Atom-% Ni oder Ti, bevorzugt etwa 49,9 Atom-% Ni und etwa 50,1 Atom-% Ti aufweist und wobei das Basismaterial ein Leichtmetall und/oder eine Leichtmetall-Legierung ist, für ein Bauteil einer schallerzeugenden bzw. -emittierenden Maschine, welches Bauteil im schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftfluß der Maschine an­ geordnet ist.1. Use of a material with high material damping and Tensile strength, the material made of a metallic Ba sismaterial and a metallic second phase with at least partially martensitic structure, with the second phase is an alloy, each between 48 and 52 Atomic% Ni or Ti, preferably about 49.9 atomic% Ni and about 50.1 Atomic% Ti and wherein the base material is a light metal and / or is a light metal alloy, for a component sound generating or emitting machine, which component in the sound generating or conducting power flow of the machine is ordered. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff faserverstärkt ist, insbesondere mit minera­ lischen Fasern und/oder Kohlefasern.2. Use according to claim 1, characterized, that the material is fiber-reinforced, especially with minera Mix fibers and / or carbon fibers. 3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitphase bis zu 25 Atom-% Zusätze aufweist.3. Use according to claim 1, characterized, that the second phase has up to 25 atomic percent additives. 4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus der nachfolgenden Gruppe von Elementen ent­ nommen sind: Zirkon und/oder Hafnium und/oder Kupfer und/oder Niob und/oder Mangan und/oder Palladium und/oder Platin und/oder Eisen.4. Use according to claim 3, characterized, that the additions from the following group of elements ent are used: zircon and / or hafnium and / or copper and / or Niobium and / or manganese and / or palladium and / or platinum and / or iron. 5. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitphase aus Partikeln und/oder aus Drähten und/oder aus Kurzfasern gebildet ist und/oder daß die Zweitphase lagen­ weise angeordnet ist.5. Use according to claim 1,  characterized, that the second phase from particles and / or from wires and / or is formed from short fibers and / or that the second phase were is arranged wisely. 6. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Zweitphase am Gesamtwerkstoff zwischen 5 und 60 Vol.-% beträgt.6. Use according to claim 1, characterized, that the share of the second phase in the total material between 5 and Is 60% by volume. 7. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial eine Al-Legierung, vorzugsweise die Al- Legierung EN AW-6061 gemäß DIN EN 573 ist.7. Use according to claim 1, characterized, that the base material is an Al alloy, preferably the Al Alloy EN AW-6061 according to DIN EN 573. 8. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial verschiedene Gefüge aufweist.8. Use according to claim 1, characterized, that the base material has different structures. 9. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial ein Verbundwerkstoff mit mindestens einer Drittphase ist.9. Use according to claim 1, characterized, that the base material is a composite material with at least one Third phase is. 10. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweitphase an zumindest einigen Grenzflächen zum Basis­ material hin Verbindungen mit diesem aufweist.10. Use according to claim 1, characterized, that the second phase at least some interfaces to the base Material has connections with this. 11. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil im Kraftfluß angeordnet ist und gleichzeitig in der Art einer Membran für die Schallabstrahlung wirkt, insbe­ sondere für eine Ölwanne.11. Use according to claim 1, characterized, that the component is arranged in the power flow and at the same time in the type of a membrane for sound radiation, esp especially for an oil pan. 12. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Flugzeug, ein Hubschrauber, eine Lokomoti­ ve und/oder ein Waggon einer Eisenbahn, oder ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Pkw oder ein Lkw ist.12. Use according to claim 1, characterized,  that the machine is an airplane, a helicopter, a locomotive ve and / or a railroad car or a motor vehicle, is preferably a car or a truck. 13. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Pleuel, ein ein Zylinder- und ein Kurbelge­ häuse aufweisender Motorblock, ein Zylinderkopf, ein Getriebe- und/oder Automatikgehäuse, ein Kupplungsgehäuse, ein Aggregate­ träger, ein Motorträger, eine Sitzschiene, eine Sitzauflage, auf der Sitze aufliegen, ein Sitzrahmen, ein Ausgleichsgetrie­ be, insbesondere ein Differentialgehäuse ist.13. Use according to claim 1, characterized, that the component is a connecting rod, a cylinder and a crank engine block, a cylinder head, a gearbox and / or automatic housing, a clutch housing, an aggregate carrier, a motor carrier, a seat rail, a seat cover, lying on the seats, a seat frame, a differential be, especially a differential case.
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