ES2286335T3 - Elemento de apantallamiento acustico. - Google Patents

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Abstract

Elemento de apantallamiento acústico para aislar fuentes de sonido, en particular en motores de automóviles, a base de un componente compuesto de plástico - metal, utilizando un material termoplástico, caracterizado porque en la zona de la fuente de sonido (4) cubierta por el elemento (1) de apantallamiento, está prevista una pieza insertada laminar (2) metálica, que está firmemente unida con el plástico (3) por fundición inyectada, por lo menos sobre una de las superficies laterales de la pieza insertada (2).

Description

Elemento de apantallamiento acústico.
La invención se refiere a un elemento de apantallamiento acústico para aislar fuentes de ruido, en particular en motores de automóvil, a base de una pieza compuesta de plástico-metal, empleando un material termoplástico. El elemento de apantallamiento presenta en la zona de la fuente de ruido cubierta por el elemento de apantallamiento una pieza de inserción laminar metálica, que por lo menos por una de las superficies laterales de la pieza de inserción está firmemente unida al plástico mediante fundición inyectada.
Los requisitos acústicos que han de cumplir las máquinas, vehículos, etc. p.ej. en el compartimiento del motor de un automóvil, requieren medidas de insonorización. Los tubos de admisión, p.ej. de los motores de automóvil, son emisores acústicos, especialmente en la zona de los colectores. La potencia acústica que surge procede por una parte de deformaciones de la pared exterior (vibraciones, efectos de autorresonancia)/sonido transmitido a través de los sólidos, y por otra parte de ruidos internos (paso del sonido a través de la pared exterior)/sonido transmitido a través del aire, procedente del tubo de admisión. Se trata de amortiguar o suprimir estos ruidos. Se emplean cubiertas acústicas, p.ej. en automóviles, para frenar las emisiones acústicas de un motor y de los equipos, con el fin de influir positivamente en la radiación acústica del automóvil. Para optimizar este objetivo se necesitan componentes que presenten las siguientes características: rigidez inherente, estabilidad dimensional, parcialmente elevado peso por unidad de superficie, precisión de ajuste y alto grado de amortiguación propia.
Los componentes de esta clase se pueden utilizar entones como componentes de las carcasas de los emisores acuáticos (p.ej. tubos de admisión de motores de automóvil), y/o como recubrimientos acústicos (p.ej. recubrimiento acústico en el compartimiento del motor del automóvil).
En la actualidad se emplean en parte componentes metálicos de pared gruesa, p.ej. tubos de admisión. Sobre los componentes de plástico se aplican en parte espumas cerradas que actúan de amortiguadores. Las piezas de plástico se dotan de nervios para incrementar su rigidez inherente. Se instalan recubrimientos adicionales, eventualmente con una capa aislante adicional (p.ej. espuma integral o esteras aislantes de base bituminosa). Se pegan lo que se llaman esteras aislantes, para incrementar el peso específico por unidad de superficie de la pared del componente.
Igualmente se prevén lo que se llama "Kissing Points", p.ej. en tubos de admisión, para dar rigidez a paredes vibrantes, para lo cual se apoyan mutuamente. Los inconvenientes de esta técnica son las perturbaciones en el volumen interior, una disminución de la sección de flujo y un espacio de construcción mayor. Generalmente se incrementan los gruesos de pared para incrementar el peso por unidad de superficie y la rigidez. El inconveniente de esta forma de proceder es un empleo de material plástico en mayor cantidad y más caro. Esta técnica además resulta ineficaz debido al módulo E relativamente reducido del plástico. En parte se aplican nervios sobre la pared del componente, que tienen los inconvenientes antes descritos.
El objetivo de la invención es el de facilitar un elemento de apantallamiento acústico para aislar las fuentes acústicas, en particular en motores de automóvil, que evite los inconvenientes de los diseños conocidos y que presente un apantallamiento comparativamente bueno.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención por el hecho de que en un elemento de apantallamiento de la clase citada inicialmente se prevé una pieza de inserción laminar metálica, que está firmemente unida por fundición inyectada con material termoplástico, por lo menos por una de las caras laterales de la pieza de inserción.
El objeto de la invención es un elemento de apantallamiento acústico para aislar las fuentes acústicas, en particular en motores de automóvil, a base de un componente compuesto de plástico - metal, empleando un material termoplástico, caracterizado porque en la zona de la fuente acústica cubierta por el elemento de apantallamiento está prevista una pieza de inserción laminar metálica, que por lo menos por una de las superficies laterales de la pieza de inserción está firmemente unida al plástico por fundición inyectada.
El elemento de apantallamiento está realizado especialmente como tubería atravesada por un flujo de gas, muy preferentemente como tubo de admisión de aire para motores de combustión de automóviles.
El elemento de apantallamiento está realizado alternativamente de modo preferente como carcasa de filtro de aire para motores de combustión de automóviles.
De modo igualmente preferente, el elemento de apantallamiento está realizado como recubrimiento del motor en motores de combustión de automóviles.
El elemento de apantallamiento presenta especial estabilidad en una forma de construcción preferida, si la pieza de inserción es una chapa metálica que adicionalmente presenta puntos de anclaje en forma de botones, rebajes, escotaduras o calados, que están unidos al material termoplástico o son atravesados por éste.
En una variante preferida del elemento de apantallamiento, la pieza de inserción es una malla de alambre, que en particular va moldeada por inyección alrededor de toda la pieza por el material termoplástico.
Una pieza de inserción metálica se empotra o recubre por inyección en los puntos necesarios de la estructura del componente de material compuesto. De este modo se consiguen las siguientes propiedades del componente:
Un peso elevado por unidad de superficie resulta a causa de la gran densidad del material empleado, con lo cual se aísla el sonido transmitido a través del aire. Se minimiza notablemente el paso de sonido a través de la pared del componente.
Gracias a la unión entre metal y plástico se consigue una gran rigidez del componente, con lo cual se reduce al mínimo la amplificación del sonido transmitido a través de los sólidos en el componente (p.ej. debido a autorresonancias).
La elevada característica de amortiguación de la parte de plástico de la pared del componente da lugar a una buena amortiguación del sonido propagado a través de cuerpos sólidos y del sonido propagado por el aire. Un gran peso por unidad de superficie y una elevada rigidez del componente, gracias al componente metálico en la pared del componente, aíslan el sonido propagado a través del aire y reducen al mínimo la amplificación del sonido propagado a través de cuerpos sólidos. El componente fabricado p.ej. de material plástico, p.ej. una cubierta acústica de un motor de automóvil, se refuerza por medio de una chapa preformada, uniendo para ello la chapa de modo homogéneo con la pared del plástico. La unión se realiza preferentemente por una técnica de moldeado por inyección todo alrededor, o de acuerdo con la técnica híbrida de plástico/metal, conocida en principio por el documento EP 370 342 A1, es decir unión de la pieza de inserción mediante inyección en puntos de nudo (puntos de anclaje), que están realizados en la
chapa.
Otra posibilidad: unión por medio de tornillos, clips, remaches, rebordeado, pegado u otra forma de ajuste positivo o por fricción (pero por lo general más caro que la primera variante citada). En el caso de componentes de varias paredes, como p.ej. tubos de admisión o cajas de filtro de aire, se aplica la técnica descrita, preferentemente en la parte exterior y/o superior.
Son plásticos adecuados para la invención, todos los materiales o mezclas de materiales termoplásticos, en particular PA, preferentemente PA 5, PA 6.6, PA 4.6 ó polialquileno, preferentemente PP, poliéster, en particular PET, PBT, PC, ABS o también mezclas de PC-ABS.
Materiales especialmente adecuados para la pieza de inserción son el acero, plomo, aluminio, latón o cobre.
La invención se describe a continuación con mayor detalle sirviéndose de las Figuras por medio de los ejemplos, que sin embargo no representan ninguna limitación para la invención.
Las Figuras muestran:
Figura 1 un tubo de admisión con refuerzo de chapa metálica, sobre un colector de aire,
Figura 2 un detalle de un colector de aire con la chapa colocada encima,
Figura 3 el diagrama de un cálculo de la potencia acústica emitida, para diferentes diseños.
Ejemplo Ejemplo de aplicación
El tubo de admisión de un motor de explosión de 4 cilindros está fabricado en poliamida, y se equipa conforme al estado de la técnica, colocando encima una espuma integral (poliuretano) de unos 15 mm de grueso, y equipándolo adicionalmente con una capota acústica de unos 3 mm de grueso, para satisfacer los requisitos acústicos en cuanto a insonorización.
Como alternativa, se ha diseñado el casquete superior del colector de aire 6 en la construcción híbrida de metal/plástico aquí descrita (véanse las Figuras 1 y 2). Para ello se unió firmemente una chapa de acero 2 de 1,5 mm de grueso a través de unos puntos de nudo inyectados a través, en forma de orificios rebajados 5 durante la fabricación en la matriz de fundición inyectada, con el colector de aire 6 de poliamida reforzada con fibra de vidrio. De este modo se consigue un peso por unidad de superficie parcialmente superior de la pared del componente y una mayor rigidez de la pared del componente (una fuente de sonido 4 consiste en este caso en el espacio interior atravesado por el gas). La chapa de acero 2 forma junto con la pared de plástico 3 del componente 6 el elemento 1 de apantallamiento acústico frente a la fuente de sonido 4. Otra fuente de sonido es el bloque de motor, que no está representado en las Figuras, que se une con el tubo de escape a través de la brida de la culata 18. La brida de la mariposa de estrangulamiento 19 se une a la mariposa de estrangulamiento (no representada).
La radiación acústica acumulada emitida por el componente 6, que tiene la estructura conforme a la invención y que resulta del sonido propagado a través de cuerpos sólidos y de la fuente de sonido propagado por el aire, se ha calculado tal como se describe a continuación, en comparación con la disposición según diversas variantes alternativas conformes al estado de la técnica. El diseño (1) de un colector de aire (6) presenta en la zona de la fuente de sonido un espesor de pared de 4,5 mm, y no lleva nervios. El diseño (2) presenta en la zona de la fuente de sonido 4 un espesor de pared de 4,5 mm, y está dotado además de nervios de plástico. El diseño (3) presenta en la zona de la fuente de sonido 4 un espesor de pared de 6 mm, y no lleva nervios. Todas las piezas (1), (2), (3), están fabricadas en poliamida.
La estructura del colector de aire (6), designada como diseño híbrido, presenta un espesor de pared de 4 mm, y adicionalmente lleva insertada una chapa metálica 2, conforme a las Figuras 1 y 2.
La Figura 3 muestra los resultados obtenidos en el cálculo. Los cálculos se realizaron sirviéndose del programa de cálculo Abaqus, con el fin de optimizar los diferentes diseños. El cálculo muestra como resultado la relación entre la potencia acústica y la frecuencia del sonido. En la Figura 3 se reproducen las curvas de los cálculos. Mediciones realizadas después con prototipos de los diseños confirmaron los resultados de los cálculos.
El cálculo permite ver claramente la magnitud de la energía acústica generada por el sonido propagado a través de cuerpos sólidos y el sonido propagado por el aire, en los diferentes diseños. La potencia acústica acumulada emitida es la más baja para la realización conforme a la invención, especialmente en la gama de frecuencias superior. Con esto queda demostrada su eficacia. Un efecto similar solamente se puede conseguir mediante un aumento importante del espesor de pared, el cual sin embargo queda cualitativamente peor.

Claims (6)

1. Elemento de apantallamiento acústico para aislar fuentes de sonido, en particular en motores de automóviles, a base de un componente compuesto de plástico - metal, utilizando un material termoplástico, caracterizado porque en la zona de la fuente de sonido (4) cubierta por el elemento (1) de apantallamiento, está prevista una pieza insertada laminar (2) metálica, que está firmemente unida con el plástico (3) por fundición inyectada, por lo menos sobre una de las superficies laterales de la pieza insertada (2).
2. Elemento de apantallamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento (1) de apantallamiento está realizado como tubería atravesada por gas, en particular como tubo de admisión de aire para motores de combustión de automóviles.
3. Elemento de apantallamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de apantallamiento está realizado como carcasa de filtro de aire para motores de combustión de automóviles.
4. Elemento de apantallamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de apantallamiento está realizado como cubierta del motor para motores de combustión de automóviles.
5. Elemento de apantallamiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pieza de inserción (2) es una chapa metálica, que presenta puntos de anclaje (5) adicionales en forma de botones, rebajes, escotaduras o calados, que están unidos con el material termoplástico (3), o atravesados por éste.
6. Elemento de apantallamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pieza de inserción (2) es una malla de alambre, que en particular queda moldeada por inyección todo alrededor en toda su extensión por el material termoplástico (3).
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