DE19846118C2 - Use of a material with high material damping for a component of a sound-emitting machine - Google Patents
Use of a material with high material damping for a component of a sound-emitting machineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Werkstoffes mit ho her Materialdämpfung für ein Bauteil einer schallemittierenden Maschine, welches Bauteil außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses der Maschine angeordnet ist.The invention relates to the use of a material with ho Material damping for a component of a sound-emitting Machine, which component outside a sound-producing 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 ganz besonders bei Brennkraftmaschinen festzustellen. Um derartige Geräusche zumindest zu verringern, werden unter schiedliche Lösungsansätze vorgeschlagen. So werden bspw. im Fahrzeugbau vielfach passive Maßnahmen wie Dämmmatten, Schwin gungstilger usw. verwendet. Weiterhin werden auch aktive Maß nahmen wie bspw. eine Beeinflussung des Luftschalls in einem Fahrgastraum (activ-noise-control) mittels akustischer Interfe renzen zur Verringerung eines wahrgenommenen Störgeräusches eingesetzt.The high acceleration of mechanically moving parts causes in a wide frequency spectrum unwanted vibrations. in the This is special for machines with rotating parts and especially in internal combustion engines. To reduce such noise at least, be under proposed different approaches. For example, in the Vehicle construction often passive measures such as insulation mats, Schwin genomic etc. used. Continue to be active measure took such as influencing the airborne sound in one Passenger compartment (activ-noise-control) by means of acoustic interfe limitations to reduce perceived noise used.
Aus der US 46 84 414 A ist eine Verwendung einer Legierung als Werkstoff wird 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 Wärmebehandlung und einer anschließenden Verformung un terzogen, wobei sich eine martensitische Zweitphase bildet.From US 46 84 414 A is a use of an alloy as Material is known for noise-damping components. Of 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 treatment and a subsequent deformation un terzogen, forming a martensitic second phase.
Aus der DE 15 58 715 B ist bekannt, daß eine zu der US 46 84 414 A entsprechende Zweitphase schalldämpfend ist. From DE 15 58 715 B it is known that a to the US 46 84 414 A appropriate second phase is sound-absorbing.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 198 26 175 A1 ist eine Maß nahme bekannt, bei der in eine Übertragungsstrecke des Schalls - also dem Kraftfluß zwischen einem erregenden Bauteil und ei nem aufgrund dieser Erregung den Schall weiterleitenden bzw. am Ende insbesondere als Störgeräusch abstrahlenden Bauteil - eine Einrichtung eingebracht wird, mittels der die Stärke bzw. die Intensität des Kraftflusses zwischen einem Bauteil, von dem der Kraftfluß kommt und einem Bauteil, an das der Kraftfluß weiter geleitet wird, zumindest verringert wird.From the non-prepublished DE 198 26 175 A1 is a measure known in which in a transmission path of sound - So the power flow between an exciting component and egg nem due to this excitement the sound forwarding or on End in particular as a noise radiating component - a Device is introduced by means of the strength or the Intensity of the flow of force between a component, of which the Power flow arrives and a component to which the power flow continues is guided, at least reduced.
Alle die genannten Maßnahmen weisen u. a. einen hohen technolo gischen, materialseitigen und zum Teil auch finanziellen Auf wand auf. Desweiteren wird durch diese Maßnahmen das Gesamtge wicht der Maschine erhöht, was insbesondere im Automobilbau un erwünscht ist.All the above measures have u. a. a high technolo gical, material and partly also financial wall up. Furthermore, by these measures the Gesamtge weight of the machine increased, which in particular in the automotive and un is desired.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte und einfache Möglichkeit zur Beeinflussung der von einer Maschine abge strahlten Geräusche anzugeben.The object of the invention is to provide a cheap and simple Possibility of influencing the abge of a machine radiated noises to indicate.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Werkstoffes gemäß dem Anspruch 1 als Werkstoff für Bauteile, die sich außerhalb des schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraft flusses einer Maschine befinden, aber als Quasi-Membran für den Schall wirken und die zumindest bereichsweise aus einem dieser Werkstoffe gefertigt sind, gelöst.The object is achieved by the use of a Material according to claim 1 as a material for components, which are outside the sound-generating or -leitenden force flow of a machine, but as a quasi-membrane for the Sound act and at least partially from one of these Materials are made, solved.
Der aus der nicht vorveröffentlichten DE 197 41 019 A1 bekannte metallische Werkstoff weist trotz seiner für Metalle typisch hohen Zugfestigkeit und ebenso hohen Bruchdehnung eine für Me talle ungewöhnlich hohe Materialdämpfung auf. Durch die Materi aleigenschaften des aus der DE 197 41 019 A1 bekannten Werkstof fes wird die Intensität des endseitig abgestrahlten Schalls und damit des Störgeräusches zumindest verringert. Diese Verringe rung ist auf die Eigendämpfung des verwendeten Werkstoffs zu rückzuführen. The known from the unpublished DE 197 41 019 A1 Metallic material, despite its typical for metals high tensile strength and equally high elongation at break one for Me unusually high material damping on. Through the materi aleigenschaften the material known from DE 197 41 019 A1 fes is the intensity of the end radiated sound and so that the noise is at least reduced. These reductions tion is attributable to the internal damping of the material used recirculate.
Der für die außerhalb des schallerregenden bzw. - leitenden Kraftflusses angeordneten Bauteile ausgewählte Werkstoff weist schon bei geringen Schwingungsamplituten hochdämpfende Eigen schaften auf. Da ferner die zumindest teilweise martensitisch vorliegende Zweitphase die mechanischen Kennwerte des Basisma terials allenfalls vernachlässigbar beeinflußt, kann der Werk stoff auch gleichzeitig als Strukturwerkstoff verwendet werden.The one for the outside of the sonic or - conductive Force flow arranged components selected material has even at low vibration amplitudes high damping properties open up. Further, as the at least partially martensitic present second phase, the mechanical characteristics of the base mesa at most negligibly affected, the work can material can also be used simultaneously 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 ausgehenden Geräuschkulisse realisiert ist.By these two properties of the material so can mechanically stable components with high damping properties be designed in a simple way, thereby simplifying cheaper and highly effective contribution to reducing one of a machine outgoing 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; Besonders günstig ist eine derartige Legierung mit 49.9 Atom-% Ni und 50.1 Atom-% Ti. Die in diesem Absatz genannten Bestand teile stellen bevorzugte Werte dar. Sie sind nicht als Be schränkung der Erfindung anzusehen.Preferably, the second phase is an alloy tion. As low, a Ni-Ti alloy has proven, the Alloy components are mixed between 48 and 52 atomic%; Particularly favorable is such an alloy with 49.9 atomic% Ni and 50.1 atomic% Ti. The stocks referred to in this paragraph Parts are preferred values. They are not considered Be Restriction of the invention to watch.
Die Materialdämpfung wird erhöht, wenn die Zweitphase bis zu 25 Atom-% Zusätze aufweist. Die Zusätze bewirken eine Stabilisie rung der martensitischen Phase und dienen ferner der Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen der jeweiligen Bauteile.The material damping is increased when the second phase up to 25 at% Has additives. The additives cause a stabilization tion of the martensitic phase and also serve for adaptation to the respective 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. Die Stabili sierung der martensitischen Phase kann durch eine Vorbehandlung der Zweitphase erfolgen, indem z. B. eine Deformation der Zweit phase oder eine Homogenisierung der Legierungsbestandteile durchgeführt wird.Particularly noteworthy additives are in detail zirconium and / or hafnium and / or copper and / or niobium and / or manganese and / or palladium and / or platinum and / or iron. The Stabili The martensitic phase can be treated by pretreatment the second phase by z. B. a deformation 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 von vorgegebenen Anforderungen angepaßt werden.The second phase can be used as particles and / or as wires and / or as fibers, in particular as short fibers and / or as a layer in the Base material present. By this configuration, the Material in an ideal way to the to the respective component of be adapted to predetermined requirements.
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 kind of such adaptation is made by that the share of the second phase in the total material - depending on desired properties of the material or the ge thereof manufactured component - preferably between 5 and 60 vol .-% vari is iert.
Des weiteren ist es zweckmäßig die Materialien der Zweitphase und des Basismaterials derart aufeinander abzustimmen, daß die beiden Materialien an ihren Grenzflächen zumindest bereichswei se eine Verbindung ausbilden.Furthermore, it is expedient the materials of the second phase and the base material in such a way that the Both materials at their interfaces at least partially make a connection.
Durch die metallische Zweitphase mit zumindest teilweise mar tensitischem Gefüge innerhalb des Basismaterials gelingt es, die Anforderungen von seiten der Dämpfung an den Werkstoff zu mindest weitgehend, insbesondere allein durch die Zweitphase zu erfüllen. Sinnvollerweise wird als Basiswerkstoff ein Leichtme tall und/oder eine Leichtmetall-Legierung verwendet. Als beson ders günstig hat sich hierbei die Al-Legierungen mit der Be zeichnung EN AW-6061 gemäß DIN EN 573 herausgestellt. Des wei teren können auch Basismaterialien eingesetzt werden, die ver schiedene Gefüge aufweisen oder die als Verbundwerkstoffe min destens eine weitere Drittphase zur Verstärkung besitzen. Eine auf das Basismaterial abgestimmte thermomechanische Behandlung führt zweckmäßigerweise zu einer vorteilhaften Erhöhung der Festigkeit des Basismaterials.By the metallic second phase with at least partially mar Tensitic structure within the base material succeeds the requirements from the side of the damping to the material too at least largely, especially by the second phase alone fulfill. It makes sense to use a lightweight material as base material tall and / or a light metal alloy used. As special this is the cheap Al alloy with Be EN AW-6061 according to DIN EN 573. The white In addition, base materials can also be used which ver have different microstructures or as composites min at least have another third phase to reinforce. A thermo-mechanical treatment adapted to the base material Conveniently leads to an advantageous increase in Strength of the base material.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffes gemäß des Anspruchs 1 sowie der dazugehörigen An sprüche kann der nicht vorveröffentlichten DE-P 197 41 019 ent nommen werden.The process for the preparation of the invention used Material according to claim 1 and the associated An claims can the unpublished DE-P 197 41 019 ent be taken.
Weitere Werkstoffe, die erfindungsgemäß ebenso zur Herstellung für Bauteile verwendet werden können, die außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses angeordnet sind, sind insbesondere Legierungen, deren Legierungselemente eine sehr geringe Löslichkeit im Grundwerkstoff aufweisen. Bei der artigen Werkstoffen weist die Legierung an den Gitter- und Zwi schengitterplätzen des Grundwerkstoffes maximal 1%, bevorzugt maximal 0.5% und besonders bevorzugt maximal 0.1% ein anderes Element auf.Other materials according to the invention also for the production can be used for components that are outside one are arranged sound generating or -leitenden power flow, are in particular alloys whose alloying elements a have very low solubility in the base material. At the Similar materials, the alloy at the grid and Zwi lattice pitches of the base material maximum 1%, preferably a maximum of 0.5% and more preferably a maximum of 0.1% another Element on.
In bevorzugter Weise handelt es sich bei derartigen Werkstoffen um Leichtmetall-Legierungen. Als Basiswerkstoff wird das Leichtmetall wegen seiner geringen Dichte bzw. seines geringen Gewichtes ausgewählt. Zweckmäßig sind insbesondere Leichtme tall-Legierungen, die Mg als Grundwerkstoff aufweisen. Als be sonderes günstig haben sich hierbei Mg-Si-Legierungen und/oder Mg-Zr-Legierungen und/oder Mg-Ni-Legierungen und/oder Mg-Mn- Legierungen erwiesen.Preferably, such materials to light metal alloys. As a base material is the Light metal because of its low density or its low Weight selected. Particularly suitable are lightweight tall alloys containing Mg as the base material. As be Special favorable here have Mg-Si alloys and / or Mg-Zr alloys and / or Mg-Ni alloys and / or Mg-Mn Alloys proved.
Die erwähnten Legierungen weisen allesamt einen Mindestanteil von Mg auf, der größer als 67 Atom-% ist. Der Anteil des zwei ten Elements in der Legierung ist bei Mg-Si-Legierungen typi scherweise ein Anteil von 0,5-4 Atom-% Si, bei Mg-Zr- Legierungen typischerweise ein Anteil von 0,2 Atom-% Zr, bei Mg-Ni-Legierungen typischerweise ein Anteil von 2-11 Atom-% Ni und bei Mg-Mn-Legierungen typischerweise ein Anteil von bis zu 1 Atom-% Mn.The alloys mentioned all have a minimum share of Mg greater than 67 atomic%. The share of the two The element in the alloy is typical for Mg-Si alloys a proportion of 0.5-4 at% Si, with Mg-Zr Alloys typically a proportion of 0.2 atom% Zr, at Mg-Ni alloys typically account for 2-11 at% Ni and in Mg-Mn alloys typically a proportion of up to to 1 atomic% Mn.
Die Legierungselemente reagieren mit dem Magnesium und liegen als Ausscheidungen im Gefüge vor. Bei einer Mg-Si-Legierung wird bspw. Mg2Si, und bei einer Mg-Ni-Legierung bspw. Mg2Ni ausgeschieden.The alloying elements react with the magnesium and are present as precipitates in the microstructure. In a Mg-Si alloy, for example, Mg 2 Si, and in a Mg-Ni alloy, for example. Mg 2 Ni excreted.
Als weitere mögliche Werkstoffe sind bspw. neben weiteren binä ren Mg-Legierungen wie Mg-N, Mg-Sb, Mg-Sr und Mg-Cu auch Kombi nationen der Legierungselemente wie bspw. Mg-Mn-Si denkbar.As further possible materials are, for example, in addition to other binä Mg alloys such as Mg-N, Mg-Sb, Mg-Sr and Mg-Cu are also combi Alien elements of the alloying elements such as Mg-Mn-Si conceivable.
Desweiteren sind auch Al-Legierungen mit Legierungselementen geeignet, die sich kaum im Grundwerkstoff Al lösen. Furthermore, there are also Al alloys with alloying elements suitable, which hardly dissolve in the base material Al.
In der nachfolgenden Tabelle sind einige Werkstoffangaben zu
den genannten Mg-Legierungen angegeben, wobei folgende Symbole
verwendet wurden:
Rρ0,2: für die Dehngrenze in MPa
Rm: für die Zugfestigkeit in MPa und
η: für den Verlustfaktor.The following table shows some material data for the mentioned Mg alloys, using the following symbols:
R ρ0.2 : for the yield strength in MPa
R m : for the tensile strength in MPa and
η: for the loss factor.
Trotz der gegenüber dem Werkstoff gemäß Anspruch 1 schlechteren Zugfestigkeit können die eben genannten Werkstoffe dennoch zur Herstellung von Bauteilen verwendet werden, die außerhalb eines schallerzeugenden bzw. -leitenden Kraftflusses einer Maschine angeordnet sind. Auch bei diesen Werkstoffen beruht die Verrin gerung der Intensität des abgestrahlten Schalls auf einer Ei gendämpfung des verwendeten Werkstoffes.Despite the worse compared to the material according to claim 1 Tensile strength, the aforementioned materials can nevertheless Production of components used outside of a sound generating or conducting force flow of a machine are arranged. The Verrin is also based on these materials the intensity of the radiated sound on an egg gendämpfung of the material used.
Bei den für die Erfindung bevorzugten Maschinen handelt es sich insbesondere um Flugzeuge, um Hubschrauber, um Lokomotiven und/oder um Waggons einer Eisenbahn, oder um kraftmaschinenbe triebene Kraftfahrzeuge, vorzugsweise um einen Pkw oder um ei nen LkW.The preferred machines for the invention are in particular, airplanes, helicopters, locomotives and / or wagons of a railway, or to kraftmaschinenbe powered motor vehicles, preferably a car or egg LkW.
Bei der Verwendung der Erfindung für vorzugsweise Kraftfahrzeu ge und hierbei insbesondere um Pkw oder Lkw wird der Werkstoff insbesondere zur Herstellung eines Steuergehäuses, einer Ventilhaube, einer Ölwanne, eines Saugrohrs bzw. -moduls, eines Lüfterblattes, eines Lenkrads, eines Mantelrohrs eines Lenk rads, eines Bedienelements wie einem Pedal und dgl., eines Ver kleidungselements, wie einem Karosserieblechs usw., eines Aus gleichsgetriebes, insbesondere eines Differentialgehäuses, ei nes Mantelrohrs und/oder einer sonstigen Verkleidung einer An triebswelle, und/oder einer Riemenscheibe verwendet.When using the invention for preferably motor veh and here in particular to cars or trucks is the material in particular for producing a control housing, a valve cover, an oil pan, a suction pipe or module, a Fan blade, a steering wheel, a casing pipe of a steering rads, an operating element such as a pedal and the like, an Ver clothing element, such as a body sheet, etc., of an off Gleichsgetriebes, in particular a differential housing, egg nes jacket tube and / or other cladding on An drive shaft, and / or a pulley used.
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