ОСТЕКЛЕНИЕ С УЛУЧШЕННЫМИ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМИ АМОРТИЗИРУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО ОСТЕКЛЕНИЯ И СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ КАБИНЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2012 года по МПК B60J1/00 B60R13/08 E06B5/20 G10K11/16 

Настоящее изобретение относится к остеклению с улучшенными виброакустическими амортизирующими свойствами, содержащему амортизирующее виброакустическое устройство, и также к способу уменьшения акустических и вибрационных помех в кабине, в особенности в перемещающейся кабине, такой как кабина транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства.

Кроме автомобильных транспортных средств или других транспортных средств, таких как грузовики, автобусы, сельскохозяйственное оборудование, изобретение применимо ко всем типам движущихся средств, имеющих закрытую или, по существу, закрытую кабину, таким как самолеты, поезда, корабли, подводные лодки…

Остекление транспортных средств, в частности автомобильных транспортных средств, снабжено виброакустическими амортизирующими средствами, которые служат для поглощения проходящих через остекление вибрационных колебаний с целью улучшения акустического комфорта внутри транспортного средства.

В автомобильном транспортном средстве источники неудобств механической, термической природы или связанные с обзорностью и т.д. постепенно подавляются. Однако увеличение акустического комфорта всегда остается актуальным.

Шумы аэродинамического происхождения, то есть вызванные трением воздуха о транспортное средство при движении, были, по меньшей мере частично, уменьшены обработкой их источника: для экономии топлива были изменены формы для улучшения обтекания воздухом и уменьшения его турбулентности, которая и является собственно источником шумов. Среди стенок, которые отделяют внешние аэродинамические шумы от внутреннего пространства, где находится пассажир, остекление является, очевидно, наиболее трудно поддающимся обработке.

В настоящее время известно слоистое остекление, промежуточный слой которого выбран из такого термопластичного материала, для достижения улучшенных виброакустических амортизирующих свойств.

Европейский патент ЕР-В-0 387 148 предлагает, таким образом, слоистое остекление, которое обеспечивает хорошую изоляцию, в особенности от аэродинамических шумов, то есть высокочастотных, между 800 и 10 000 Гц.

Кроме того, такое слоистое остекление позволяет избежать возникновения сильного шума на критической частоте вследствие потери передачи, которая характерна для акустической изоляции. Критическая частота является особенностью композиции остекления (объемная масса и модуль Юнга конструктивных элементов, толщин) и соответствует пространственному и частотному совпадению изгибных колебаний в остеклении и акустических волн в такой окружающей остекление среде, как воздух. Эта критическая частота равна обычно примерно 4000 Гц для остекления толщиной примерно 3 мм.

Именно на этой критической частоте, которая расположена в диапазоне частот, особенно слышимых человеческим ухом (между 1000 и 6000 Гц), шумы особенно заметны. Поэтому особенно желательно иметь хорошую изоляцию шумов именно на этой частоте.

Альтернативным решением (так как некоторые виды остеклений не являются слоистыми) или дополнительным к использованию слоистых остеклений с виброакустическими свойствами может явиться использование по периферии остекления и между остеклением и кузовом профильного элемента с виброакустическими амортизационными свойствами, который жестко крепится к остеклению и кузову и который состоит из последовательного или нет сочетания нескольких амортизирующих материалов.

В дальнейшем в описании под амортизирующим материалом подразумевают вязкоупругий материал с коэффициентом потерь, превышающим 0,25, который также способен рассеивать энергию. Он может быть, например, из семейства полимеров.

Из заявки на патент WO 04/012952 известен профиль, который для обеспечения такого виброакустического амортизирующего свойства должен иметь реальную отнесенную к единице длины упругость, эквивалентную K'_eq, по меньшей мере, равную 25 МПа при коэффициенте потерь, эквивалентном tanδ_eq, по меньшей мере, равном 0,25. Эквивалентная отнесенная к единице длины упругость является эквивалентной упругостью профиля, отнесенной к линейному метру профиля, при этом упругость характеризуется упругостью материалов (главным образом, модулем Юнга при растяжении-сжатии), образующих профиль, и геометрией профиля.

В этом типе профиля во внимание принимаются только напряжения и деформации, испытываемые материалами при воздействии растяжения-сжатия в направлении, перпендикулярном остеклению, при этом сдвиговым напряжением можно пренебречь. Действительно, кузов является настольно жестким по сравнению с профилем, что он не деформируется и не может поглотить вибрационную энергию. Только профиль деформируется значительно и, в основном, рассеивает механическую энергию растяжения-сжатия.

Такой тип амортизирующего профиля, образующего также периферическое уплотнение для приклеивания остекления, является подходящим, так как он обеспечивает связь между остеклением и кузовом. Однако не все автомобильные стекла закреплены по всей периферии в кузове, некоторые, такие как открывающиеся боковые стекла, являются подвижными. Поэтому такая конфигурация уплотнения для приклеивания по периферии остекления, играющего роль амортизирующего средства, не подходит для этих последних стекол.

Целью изобретения является, таким образом, придание остеклению, особенно на высоких частотах, виброакустических свойств, которые являлись бы альтернативными или дополнительными к существующим средствам, таким как слоистое остекление или клеящее периферическое уплотнение остекления.

В соответствии с изобретением остекление, которое предназначено для размещения в кузове, содержит, по меньшей мере, один стеклянный лист и, по меньшей мере, один виброакустический амортизирующий профиль, который жестко соединен, по меньшей мере, с одной из сторон стеклянного листа и который содержит, по меньшей мере, один элемент из амортизирующего материала с коэффициентом потерь, по меньшей мере, равным 0,4, и отличается тем, что профиль не соединен ни с каким другим устройством с другой стороны листа, в частности не соединен с кузовом, а также тем, что он содержит, кроме того, по меньшей мере, один тяжелый элемент, который имеет отнесенную к единице длины массу, превышающую 0,05 кг/м, и который жестко соединен с элементом из амортизирующего материала, при этом отнесенная к единице длины масса соответствует отношению между массой тяжелого элемента и длиной упомянутого тяжелого элемента по наибольшей протяженности контакта с амортизирующим элементом, причем элемент из амортизирующего материала размещен между стеклянным листом и тяжелым элементом и имеет модуль Юнга, меньший 200 МПа при 20°С для частот, меньших 5000 Гц, причем тяжелый элемент соединен только со стороной элемента из амортизирующего материала, противоположной стороне, находящейся в контакте со стеклянным листом.

Профиль соединен со стороной остекления, то есть с поверхностью остекления, которая простирается по своим наибольшим протяженностям; таким образом, следует исключить соединение со срезом остекления.

Следует отметить, что отнесенная к единице длины масса соответствует отношению между массой тяжелого элемента и длиной упомянутого тяжелого элемента, находящегося в контакте с амортизирующим элементом. Отнесенная к единице длины масса может быть также эквивалентным образом выражена как произведение объемной массы материала, образующего тяжелый элемент, и площади поперечного сечения, когда упомянутое сечение является одинаковым по всей длине элемента, или если элемент образован из нескольких материалов, или как сумма произведений между объемной массой каждого материала и площадью поперечного сечения каждого материала.

Когда тяжелый элемент имеет по длине переменную площадь поперечного сечения, предпочтительно рассчитывать отнесенную к единице длины массу из отношения между массой элемента и его общей длиной, находящейся в контакте с амортизирующим элементом.

Таким образом, остекление имеет виброакустические амортизирующие свойства, каким бы ни было его соединение с кузовом транспортного средства и независимо от кузова, при этом амортизирующий материал может полностью играть свою роль рассеивателя вибрационной энергии между двумя массивными элементами, каковыми являются стекло остекления и тяжелый элемент профиля.

Необходимо, чтобы профиль был бы соединен только с остеклением и был бы независим от любой другой массы с противоположной стороны остекления. Никакое устройство не соединено с частью профиля, противолежащей части, соединенной со стеклянным листом остекления. В частности, хотя остекление, по меньшей мере, частично, может быть соединено с кузовом для его крепления, в частности, в посадочном месте, соединенном с кузовом, профиль, жестко соединенный с остеклением, остается, напротив, полностью независимым от кузова, то есть он даже не касается кузова.

Более того, тяжелый элемент должен находиться в контакте только с одной единственной стороной элемента из амортизирующего материала, стороной, которая противолежит стороне, находящейся в контакте с остеклением.

Хотя поверхность тяжелого элемента не эквивалентна поверхности стеклянного листа остекления, комплекс, образованный профилем и стеклянным листом, неожиданным образом представляет собой систему, по существу, эквивалентную системе масса-пружина-масса.

В системе масса-пружина-масса упругость пружины может быть настроена для обеспечения ее максимальной эффективности на некоторой определенной частоте (резонанс системы масса-пружина-масса) для рассеивания на этой частоте максимума энергии.

Система по изобретению не может точно отвечать известному соотношению, касающемуся упругости пружины в системе масса-пружина-масса, но изобретатели сумели адаптировать соотношение к системе по изобретению, в котором пружина может быть приравнена к амортизирующему элементу для того, чтобы охарактеризовать упругость амортизирующего элемента.

Также можно предпочтительно выбрать площадь поперечного сечения s профиля, у которого только одна сторона этой площади поперечного сечения находится в контакте с остеклением и соответствует одной из наименьших протяженностей с учетом модуля Юнга, которым характеризуется амортизирующий материал, таким образом, чтобы рассеивание вибрационной энергии было максимальным на определенной частоте, для которой хотят получить улучшенную защиту от шума.

Для предпочтительного рассеивания максимума энергии площадь поперечного сечения s элемента из амортизирующего материала, определяемая шириной L контакта с остеклением по одной из наименьших протяженностей и толщиной е, перпендикулярно остеклению, должна иметь такие размеры, чтобы отнесенная к единице длины эквивалентная упругость K'_eq амортизирующего элемента отвечала на определенной частоте ƒ_р критерию:

где

при E' - модуль Юнга амортизирующего материала на частоте ƒ_р при 20°С;

L - ширина амортизирующего элемента, находящегося в контакте с остеклением;

е - размер амортизирующего элемента, перпендикулярный остеклению; и где

ρ_ν - объемная масса материала, образующего остекление,

e_ν - толщина остекления,

ω_р - особая пульсация на определенной частоте ƒр, определяемая из ω_р=2πƒ_р,

_р - длина волны в остеклении, соответствующая определенной частоте ƒ_р и определяемая известным образом из выражения:

,

где E'_ν и ν_ν соответственно представляют модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала, образующего остекление.

Предпочтительно определенная частота ƒ_р соответствует критической частоте остекления или около 30% этой критической частоты.

В соответствии с отличительным признаком тяжелый элемент находится в контакте с одной стороной амортизирующего материала и по наибольшей стороне амортизирующего элемента.

В соответствии с другим отличительным признаком профиль размещен в краевой части остекления, в частности вблизи края или на краю остекления, и простирается по большей части длины одной стороны остекления.

Можно представить себе несколько вариантов выполнения профиля:

- профиль содержит единственный элемент из амортизирующего материала и единственный тяжелый элемент;

- профиль содержит несколько элементов из амортизирующего материала, которые расположены рядом или нет и которые простираются бок о бок по их наибольшей длине, и один тяжелый элемент, который покрывает одну из сторон каждого элемента из амортизирующего материала;

- профиль содержит несколько тяжелых элементов, которые жестко соединены с единственным элементом из амортизирующего материала и которые простираются по наибольшей длине амортизирующего элемента, заканчиваясь или нет.

Тяжелый элемент, который должен иметь определенную, отнесенную к единице длины массу, выбран в зависимости от образующих его одного или нескольких материалов. Его геометрия может быть выбрана в зависимости от природы материала и необходимого свободного пространства для установки остекления в его конечном положении. Он образован, по меньшей мере, в виде одной стенки, которая жестко соединена с одной из поверхностей элемента из амортизирующего материала и может содержать предпочтительно связанный со стенкой усилительный элемент.

Тяжелый элемент может быть выполнен из одного или нескольких материалов, при этом совокупность элементов должна обеспечивать элементу отнесенную к единице длины массу, по меньшей мере, в 0,05 кг/м.

В соответствии с другим отличительным признаком элемент из амортизирующего материала образован из одного или нескольких амортизирующих материалов, каждый из которых имеет коэффициент потерь, по меньшей мере, равный 0,4 для обеспечения достаточного рассеивания энергии.

Само собой разумеется, остекление может содержать несколько профилей по изобретению.

В соответствии с примером осуществления амортизирующим материалом является эластомер, а тяжелым элементом является металлическая пластина.

Предпочтительно остекление по изобретению размещается в кузове транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства, при этом профиль установлен незаметно.

В изобретении предлагается также способ изготовления остекления с целью уменьшения акустических и вибрационных помех в салоне транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства, содержащего такое остекление, включающий, по меньшей мере, присоединение к остеклению виброакустического амортизирующего профиля, отличающийся тем, что:

- используют профиль, содержащий, по меньшей мере, один элемент из амортизирующего материала, имеющего коэффициент потерь, по меньшей мере, равный 0,4, и модуль Юнга, меньший 200 МПа при 20°С и для частот, меньших 5000 Гц, и, по меньшей мере, один тяжелый элемент с приведенной к единице длины массой, по меньшей мере, равной 0,05 кг/м, жестко соединенный с одной стороной амортизирующего элемента по его наибольшей протяженности;

- выбирают площадь поперечного сечения s элемента (20), определяемую шириной L, из амортизирующего материала, находящегося в контакте с остеклением по его наименьшей протяженности, и толщиной е, перпендикулярной остеклению, в зависимости от модуля Юнга амортизирующего материала, таким образом, что отнесенная к единице длины эквивалентная упругость K'_eq амортизирующего элемента на определенной частоте f_p определяется критерием:

где

где E' - модуль Юнга амортизирующего материала на частоте ƒ_р и при 20°С;

L - ширина амортизирующего элемента, находящегося в контакте с остеклением;

е - размер амортизирующего элемента, перпендикулярно остеклению; и где

является объемной массой материала, образующего остекление,

e_ν является толщиной остекления,

является особой пульсацией на определенной частоте ƒр, соответствующей выражению ω_р=2πƒ_р,

является длиной волны в остеклении, соответствующей частоте на определенной частоте ƒ_р и определяемой известным образом из выражения:

,

где

E'_ν и ν_ν представляют собой соответственно модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала, образующего остекление;

- жестко присоединяют профиль к остеклению стороной элемента из амортизирующего материала, противолежащей стороне, к которой крепится тяжелый элемент, при этом никакое другое устройство не соединено с профилем.

Наконец, изобретение касается также способа акустической защиты в салоне транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства, содержащего улучшенное виброакустическое амортизирующее остекление, которое содержит, по меньшей мере, виброакустический амортизирующий профиль, отличающегося тем, что он заключается в использовании профиля, содержащего, по меньшей мере, один элемент из амортизирующего материала с коэффициентом потерь, по меньшей мере, равным 0,4, с модулем Юнга, меньшим 200 МПа при 20°С и для частот, меньших 5000 Гц, и, по меньшей мере, один тяжелый элемент, жестко соединенный с одной стороной амортизирующего элемента по его наибольшей протяженности, при этом профиль жестко соединен через амортизирующий элемент с одной из сторон остекления и противолежит тяжелому элементу, причем никакое другое устройство, кроме остекления, не соединено с профилем, в частности, через тяжелый элемент.

Для способов изготовления или акустической защиты будет использоваться предпочтительно остекление по изобретению, описанное выше, в частности, будет выбрана площадь поперечного сечения амортизирующего материала в зависимости от модуля Юнга, который характеризует амортизирующий материал таким образом, что частота максимального рассеяния амортизирующего элемента соответствует определенной частоте, в частности критической частоте остекления.

Характеристики коэффициента потерь и модуля Юнга будут измерены предпочтительно с помощью вискоанализатора.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вид в аксонометрии остекления, снабженного виброакустическим амортизирующим профилем в соответствии с изобретением;

фиг.2 схематично изображает частичный вид в разрезе фиг. 1, при этом остекление встроено в кузов транспортного средства;

фиг. 3-7 изображают частичные виды в разрезе нескольких вариантов амортизирующего виброакустического профиля, соединенного с остеклением в соответствии с изобретением;

фиг. 8-10 изображают виды в разрезе других вариантов соединения с остеклением по изобретению;

фиг.11 представляет сравнительные кривые акустической изоляции высокочастотной области голого стекла и двух примеров остекления, снабженного профилем по изобретению;

фиг.12 представляет кривые остеклений по фиг.11 от низких до высоких частот.

Для облегчения понимания фиг.1-10 изображены не в масштабе.

Фиг.1 изображает остекление 1, снабженное виброакустическими амортизирующими средствами по изобретению, образованными, по меньшей мере, профилем 2.

Остекление 1 предназначено для размещения в кузове 4 транспортного средства, такого как автомобильное транспортное средство, например в дверном проеме, для формирования бокового стекла (фиг.2), при этом герметичность обеспечивается обычным уплотнением 40.

Это остекление в данном случае является монолитным и содержит в данном случае стеклянный лист 10, но оно могло бы быть слоистым и содержать промежуточный пластиковый лист, размещенный в виде сэндвича между двумя стеклянными листами.

Остекление 1 имеет две противолежащие стороны 11 и 12, одна из которых обращена внутрь автомобиля, а другая обращена к внешней окружающей среде.

Более того, остекление 1 содержит нижнюю часть 13, которая размещена в области стороны 14 и показана пунктирной линией на фиг.1. Эта часть называется нижней полосой в случае бокового открывающегося стекла. Эта нижняя часть расположена так, что она не видна, так как должна быть размещена в кузове для крепления остекления.

Профиль 2 размещен в этой нижней части 13, но в любом случае он остается независимым от кузова. Он просто соединен со стороной стеклянного листа остекления и не находится в контакте с каким-либо другим устройством в отличие от остекления, как изображено на фиг.2.

Профиль образует, таким образом, устройство, соединенное с остеклением и независимое от любой другой системы, с которой может быть соединено остекление.

Профиль 2 содержит первый элемент 20 из амортизирующего материала и второй элемент 3, названный тяжелым элементом, который имеет отнесенную к единице длины массу, составляющую, по меньшей мере, 0,05 кг/м.

Элемент 20 из амортизирующего материала жестко соединен, с одной стороны, с остеклением одной из своих поверхностей и, с другой стороны, с тяжелым элементом 3 противоположной поверхностью. Тяжелый элемент 3 имеет жесткое соединение только одной из своих поверхностей по наибольшей протяженности, эта поверхность является поверхностью, противолежащей поверхности жесткого соединения амортизирующего материала с остеклением. Тяжелый элемент 3 не имеет никакой иной жесткой связи кроме той, что осуществлена с элементом 20 из амортизирующего материала.

Элемент 20 из амортизирующего материала имеет коэффициент потерь, по меньшей мере, равный 0,4, и модуль Юнга ниже 200 МПа при 20°С и для частот, меньших 5000 Гц.

Кроме того, амортизирующий элемент 20 имеет площадь поперечного сечения s, которая рассчитывается в соответствии, по меньшей мере, с размером L в контакте с остеклением по наименьшей протяженности, и размером е, перпендикулярным остеклению, причем эти размеры согласованы в зависимости от модуля Юнга материала таким образом, что частота максимального рассеяния упомянутого элемента находится в полосе частот, определенных в соответствии с шумоизоляцией, которую желают получить для упомянутой полосы частот.

Длина не влияет на частоту максимального рассеяния, напротив, чем длиннее профиль, тем выше рассеяние. Можно представить себе профиль, длина которого, соответствует наибольшему рассеянию, превышала бы размер L и предпочтительно больше этой величины L, по меньшей мере, в два раза.

Для амортизирующего элемента параллелепипедной формы площадь поперечного сечения s определяется из длины L, соответствующей стороне, находящейся в контакте с остеклением, и толщины е, соответствующей стороне, перпендикулярной ширине (фиг.1).

Для согласования этих размеров следует вспомнить понятие отнесенной к единице длины эквивалентной упругости K'_eq, которую должен был бы иметь амортизирующий элемент на частоте, для которой необходимо рассеяние максимальной энергии.

Так, для ƒ_р, которая является определенной частотой, которую определяют и для которой нужно получить максимальную амортизацию, отнесенная к единице длины эквивалентная упругость K'_eq амортизирующего элемента будет определяться в единичном случае материала как:

где E' представляет собой модуль Юнга амортизирующего материала на частоте ƒ_р при 20°С;

L является шириной амортизирующего элемента, находящегося в контакте с остеклением;

е является размером элемента, перпендикулярного остеклению.

Изобретатели обнаружили, что отнесенная к единице длины упругость K'_eq амортизирующего элемента для того, чтобы система была бы эффективной на уровне определенной частоты, должна будет удовлетворять следующему условию:

где является объемной массой материала, образующего остекление,

e_ν является толщиной остекления,

является пульсацией определенной частоты ƒ_р, определяемой из выражения ω_р=2πƒ_р,

является длиной волны в остеклении, соответствующей определенной частоте ƒ_р и определяется известным образом из выражения:

,

где E'_ν и ν_ν являются соответственно модулем Юнга и коэффициентом Пуассона материала остекления.

Обнаруживается, что для транспортных средств, особенно для автомобильных транспортных средств, полоса частот, в которой желательно получить улучшенную изоляцию, соответствует полосе частот, находящихся около критической частоты остекления. Выбирают, таким образом, определенную частоту, равную или более менее близкую на 30% к критической частоте остекления (ƒ_р=ƒ_с или ƒ_с 30%). Действительно, около этой критической частоты передача шумов снаружи внутрь автомобиля через остекление является наиболее заметной, резко уменьшаясь при измерениях благодаря акустической изоляции. Изобретение, таким образом, особо касается этой полосы частот для улучшения виброакустической амортизации остекления. Таким образом, определенная частота ƒ_р будет особенно соответствовать критической частоте остекления.

Критическая частота ƒ_с остекления зависит только от свойств материала, из которого оно изготовлено, и толщины остекления. Ее величина вычисляется известным образом по следующей формуле:

где с₀ является скоростью звука в среде, обычно в воздухе.

Амортизирующий элемент 20 содержит поверхность 21 жесткого соединения с одной из поверхностей 12 остекления и противолежащую поверхность 22 жесткого соединения с тяжелым элементом 3. В противоположность амортизирующему элементу тяжелый элемент не находится в контакте ни с каким другим устройством.

Жесткое соединение каждой из сторон выполнено с помощью адгезивных средств, совместимых с каждым из материалов. Адгезивные средства взяты известного типа, например самоклеящиеся или образованные термоотверждающимся клеем.

Жесткое соединение может также осуществляться посредством технически подходящих способов, когда амортизирующий элемент и тяжелый элемент выполнены из материалов, обеспечивающих осуществление этих типов способа. Речь идет, например, о сварке материалов с применением тепла.

Амортизирующий элемент 20 может быть выполнен из единого амортизирующего материала или из расположенных вплотную нескольких амортизирующих материалов.

Каждый из материалов должен иметь коэффициент потерь, по меньшей мере, равный 0,4, и геометрия, заданная каждому материалу, должна соответствовать выражению (1). Это выражение (1) проверяют путем измерения отнесенной к единице длины эквивалентной упругости амортизирующего элемента с помощью вискоанализатора.

Тяжелый элемент 3 должен обязательно находиться в контакте, по меньшей мере, с одной стороной амортизирующего элемента по наибольшей протяженности, которая соответствует поверхности 22, размещенной напротив поверхности 21, относящейся к остеклению, таким образом, чтобы амортизирующий элемент, выполненный в виде сэндвича между двумя массивными элементами, стеклом остекления и элементом 3, полностью осуществлял свою работу на сжатие-растяжение по принципу пружины для рассеивания максимума энергии.

Тяжелый элемент 3 имеет для этого отнесенную к единице длины массу, по меньшей мере, в 0,05 кг/м.

Массивная природа тяжелого элемента обеспечивается не только свойствами материала, но и геометрией элемента (толщиной стенки, жестко соединенной с амортизирующим материалом и/или дополнительной усилительной деталью).

Само собой разумеется, тяжелый элемент может быть выполнен из нескольких материалов, обеспечивающих массу и соединенных, например, слоями или комбинированно для образования особой геометрической фигуры.

Элемент 3, изображенный на фиг.1, выполнен в виде простой стенки 30 с толщиной, по меньшей мере, в 1 мм, например 2-х мм стальной пластины.

Фиг. 3-6 представляют варианты формы жесткого элемента, на каждой из которых изображена пластина 30, жестко соединенная с амортизирующим элементом 20.

Фиг.3 представляет L-образную форму элемента с полкой 31, перпендикулярной стенке 30.

Фиг.4 представляет L-образную форму с полкой 31, которая перпендикулярна стенке 30, к которой, в свою очередь, перпендикулярно продолжение 32 стенки. Продолжение 32 остается напротив той же поверхности 12 остекления, несущего амортизирующий элемент 20.

Фиг.5 представляет U-образную форму с полкой 31, которая перпендикулярна стенке 30, и возвратной стенкой 33 фиг.5, которая перпендикулярна полке и параллельна стенке 30. Полка 31 достаточно вытянута таким образом, чтобы возвратная стенка 33 была размещена напротив поверхности 11 остекления, противоположной поверхности, несущей амортизирующий элемент 20.

Фиг.6 представляет Т-образную форму с центральной частью 34, которая перпендикулярна стенке 30 и расположена со стороны, противоположной стороне жесткого крепления амортизирующего элемента.

В вариантах по фиг. 3, 4 и 5 стенка 30 тяжелого элемента содержит часть, вытянутую по одной из наименьших протяженностей амортизирующего элемента, в данном случае в форме полки 31. Для обеспечения выполнения оптимальной функции вибрационной амортизации эта полка не находится в контакте с амортизирующим элементом, именно как это изображено на чертежах.

Тяжелый элемент 3 профиля является единичным, как это изображено на фиг.1, будучи размещенным по длине амортизирующего элемента 2. Но в зависимости от природы материала тяжелого элемента, в частности формы, в виде которой он имеется на рынке, например различных размеров, можно представить себе несколько тяжелых элементов 3, которые размещены по длине амортизирующего элемента 2, будучи состыкованными (фиг.7).

Наконец, фиг. 8, 9 и 10 изображают различные варианты дополнительного выполнения амортизирующих средств.

Фиг.8 изображает профиль 2, содержащий два элемента 20 из амортизирующего материала, которые расположены один возле другого на расстоянии, и единичный тяжелый элемент 3 L-образной формы, который перекрывает поверхности 22 жесткого крепления обоих элементов и зазор между ними.

Остекление может также содержать несколько амортизирующих профилей 2 той же или иной конфигурации, как это соответственно изображено на фиг. 9 и 10.

Фиг.9 изображает соединение нескольких профилей 2, подобных профилю по фиг.1.

Фиг.10 изображает соединение двух профилей 2, соответствующих профилям по фиг.1 и фиг.3 соответственно.

Описанные выше варианты представляют один или несколько профилей, закрепленных на одной стороне остекления, равным образом можно представить, кроме того, один или несколько профилей на другой стороне остекления, когда этот вариант реализации совместим с габаритными размерами оборудования, предназначенного для приема стекла.

Для демонстрации эффективности амортизирующих средств по изобретению представлено затухание вибрационного уровня остекления, снабженного амортизирующими средствами, по сравнению с голым остеклением в полосе частот от 2500 до 10000 Гц, включающей критическую частоту остекления.

Голое остекление под воздействием потока воздуха имеет два уровня вибраций, превышающих уровень вибраций остекления, снабженного амортизирующими средствами, так как вибрационная энергия остекления рассеивается через элемент 20 из амортизирующего материала. Отсюда следует, что уровни давления в салоне являются меньшими, и, как следствие, шумы уменьшаются.

Фиг.11 представляет, таким образом, сравнительные кривые акустической изоляции внутри, с одной стороны, транспортного средства, одно из остеклений которого снабжено амортизирующими средствами по изобретению, и, с другой стороны, подобного транспортного средства, аналогичное остекление которого не содержит средств по изобретению.

Способ уменьшения акустической и вибрационной помех в салоне транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства, заключается в установке профиля по изобретению в остекление.

Используемым для демонстрации автомобилем является автомобиль типа Меган II автопроизводителя РЕНО.

Тестируемое остекление содержит открытое боковое остекление из стекла передней двери, толщина которого составляет 3,85 мм. Его критическая частота ƒ_с составляет примерно 3100 Гц.

Два примера остекления, содержащего амортизирующие средства по изобретению, работающие по принципу сжатие-растяжение, были выбраны для их сравнения с остеклением без таких средств.

Каждый пример профиля как амортизирующего средства имеет длину 0,5 м и содержит в качестве тяжелого элемента стальную пластину толщиной 2 мм с отнесенной к единице длины массой в 0,32 кг/м, а в качестве амортизирующего элемента эластомер, такой как butyle Terostat 969, выпускаемый фирмой Henkel, для примера 1, и ViscoDamp T, выпускаемый фирмой ENAC, для примера 2. Амортизирующий элемент жестко соединен со стальной пластиной и остеклением термопластиком. Нижеприведенная таблица представляет относительные характеристики амортизирующего элемента для каждого примера профиля.

  Пример 1 на базе
Butyl Terostat 969 Пример 2 на базе
ViscoDamp T Модуль Юнга E' при 4000 Гц
и 20°С 50 МПа 50 МПа Коэффициент потерь tan
при 4000 Гц и 20°С 1,1 1,1 Поперечное сечение (L×e) 5 мм × 6 мм 6 мм × 5,2 мм 0,1 0,14

Площадь поперечного сечения L × e амортизирующего элемента выбрана таким образом, чтобы представленное выше выражение (1) соответствовало определенной частоте ƒ_р, соответствующей критической частоте остекления.

Полученное таким образом отношение примерно равно 0,1 и соответствует, таким образом, сформулированному выше критерию, равному 0,5.

Известным образом автомобиль помещается в реверберационную камеру, предназначенную для измерений акустической изоляции. Остекление подвергается воздействию поля рассеяния, тогда как другие стекла автомобиля маскируются адекватным покрытием (перегородкой), поглощающим вибрационные волны таким образом, чтобы уменьшать вклады этих стекол в акустическое излучение и измерять только тестируемое остекление. Изолированные измерения были проведены при температуре окружающей среды в 18°С.

При рассмотрении кривых на фиг.10 видно уменьшение обычно значительных потерь звукопоглощающей способности («transmission loss») на критической частоте и выше ее, в данном случае в районе 4000 Гц, так что акустическая изоляция остается относительно эффективной на этой частоте.

Если в соответствии с первой целью изобретения получают рассеяние максимума вибрационной энергии в районе критической частоты остекления (на участке 30% от критической частоты), то изобретение позволяет также обеспечить хорошую виброакустическую амортизацию в более широкой полосе частот, включая низкие частоты. Действительно, на фиг.11 видно, что кривые шумоизоляции остекления по изобретению находятся выше кривых, соответствующих голому стеклу.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к остеклению и акустической защите кабины транспортного средства. Виброакустическое амортизирующее остекление содержит виброакустический профиль, стеклянный лист и элемент из амортизирующего материала. Профиль содержит тяжелый элемент, который имеет отнесенную к единице длины массу, превышающую 0,05 кг/м, и который жестко соединен с элементом из амортизирующего материала. Элемент из амортизирующего материала размещен между стеклянным листом и тяжелым элементом и имеет модуль Юнга, меньший 200 МПа при 20°С и при частотах, меньших 5000 Гц. Тяжелый элемент соединен только с поверхностью элемента из амортизирующего материала, противоположная поверхность которого находится в контакте с поверхностью стеклянного листа. Профиль соединен только с остеклением. Остекление выполнено с возможностью размещения в кузове и является полностью независимым от кузова на уровне профиля. Способ изготовления остекления заключается в соединении с остеклением амортизирующего виброакустического профиля. Затем устанавливают профиль, содержащий элемент из амортизирующего материала и тяжелый элемент. После чего выбирают площадь поперечного сечения элемента из амортизирующего материала. Затем жестко соединяют профиль с остеклением по поверхности элемента из амортизирующего материала, противоположной поверхности, соединенной с тяжелым элементом. Способ изготовления остекления заключается в том, что в нем используется виброакустическое амортизирующее остекление. Способ акустической защиты салона транспортного средства заключается в использовании виброакустического амортизирующего остекления, содержащего виброакустический амортизирующий профиль. Достигается уменьшение акустических и вибрационных помех. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Остекление (1) с улучшенными виброакустическими амортизирующими свойствами, содержащее, по меньшей мере, один стеклянный лист (10) и, по меньшей мере, один амортизирующий виброакустический профиль (2), который жестко соединен, по меньшей мере, с одной из сторон (12) стеклянного листа и который содержит, по меньшей мере, один элемент (20) из амортизирующего материала с коэффициентом потери, по меньшей мере, равным 0,4, отличающееся тем, что профиль не соединен ни с каким другим устройством в отличие от стеклянного листа, причем профиль (2) содержит также, по меньшей мере, один тяжелый элемент (3), который имеет отнесенную к единице длины массу, превышающую 0,05 кг/м, и который жестко соединен с элементом (20) из амортизирующего материала, при этом отнесенная к единице длины масса соответствует отношению между массой тяжелого элемента и длиной упомянутого тяжелого элемента по его наибольшей протяженности, находящейся в контакте с амортизирующим элементом, причем элемент (20) из амортизирующего материала размещен между стеклянным листом (10) и тяжелым элементом (3) и имеет модуль Юнга, меньший 200 МПа при 20°С и при частотах, меньших 5000 Гц, при этом тяжелый элемент (3) соединен только с поверхностью элемента из амортизирующего материала, противоположная поверхность которого находится в контакте с поверхностью стеклянного листа, и тем, что тяжелый элемент контактирует только с одной стороной амортизирующего профиля, причем профиль соединен только с остеклением, при этом остекление выполнено с возможностью размещения в кузове, и является полностью независимым от кузова на уровне профиля.

2. Остекление по п.1, отличающееся тем, что элемент (20) из амортизирующего материала имеет площадь поперечного сечения s, при этом только одна сторона сечения находится в контакте с остеклением и соответствует одной из наименьших протяженностей амортизирующего элемента, размеры которого в зависимости от модуля Юнга амортизирующего элемента выбраны таким образом, что амортизирующий элемент рассеивает максимум энергии на определенной частоте.

3. Остекление по п.2, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения s элемента из амортизирующего материала, определяемая шириной L, находящейся в контакте с остеклением, и толщиной е перпендикулярно остеклению, имеет такие размеры, что отнесенная к единице длины эквивалентная упругость К'eq амортизирующего элемента на определенной основной частоте fp соответствует критерию:

где
где
- Е' - модуль Юнга амортизирующего материала на частоте fp и при 20°С;
- L - ширина амортизирующего элемента, контактирующего с остеклением;
- е - размер амортизирующего элемента, перпендикулярный остеклению, и где:
- ρ_ν - объемная масса материала, образующего остекление,
- е_ν - толщина остекления,
- ω_p - пульсация, определенная на основной частоте fp из выражения ω_p=2πf_p,
- λ_p - длина волны в остеклении, соответствующая основной частоте fp, определяемая известным образом из выражения:

где E'_ν и ν_ν обозначают соответственно модуль Юнга и коэффициент Пуассона материала остекления.

4. Остекление по п.2, отличающееся тем, что основная частота соответствует критической частоте fc остекления или частоте в диапазоне [fc-0,3fc; fc+0,3fc].

5. Остекление по п.1, отличающееся тем, что тяжелый элемент (3) находится в контакте только с одной поверхностью (22) элемента (20) из амортизирующего материала и по наибольшей протяженности амортизирующего элемента.

6. Остекление по п.1, отличающееся тем, что профиль (2) закреплен вблизи края или на краю остекления и простирается по большей части длины одной стороны остекления.

7. Остекление по п.1, отличающееся тем, что профиль (2) содержит единственный элемент (20) из амортизирующего материала и единственный тяжелый элемент (3).

8. Остекление по п.1, отличающееся тем, что профиль (2) содержит несколько элементов (20) из амортизирующего материала, которые расположены рядом или на расстоянии и которые размещены встык по их большей протяженности, и единственный тяжелый элемент (3), который перекрывает одну из сторон (22) каждого элемента из изолирующего материала.

9. Остекление по п.1, отличающееся тем, что профиль (2) содержит несколько тяжелых элементов (3), которые жестко соединены с единственным элементом (20) из амортизирующего материала (20) и которые проходят вдоль наибольшей протяженности амортизирующего элемента, будучи соединенными встык или на расстоянии.

10. Остекление по п.1, отличающееся тем, что тяжелый элемент (3) образован стенкой (30), которая жестко соединена с одной из сторон (22) элемента (20) из амортизирующего материала и содержит усиление (34), связанное со стенкой (30).

11. Остекление по п.1, отличающееся тем, что элемент (20) из амортизирующего материала образован из одного или нескольких амортизирующих материалов, каждый из которых имеет коэффициент потери, по меньшей мере, равный 0,4.

12. Остекление по п.1, отличающееся тем, что тяжелый элемент (3) образован из одного или нескольких материалов, которые обеспечивают ему отнесенную к единице длины массу, по меньшей мере, в 0,05 кг/м.

13. Остекление по п.1, отличающееся тем, что оно содержит несколько профилей (2).

14. Остекление по п.1, отличающееся тем, что профиль (2) содержит в качестве амортизирующего элемента, по меньшей мере, эластомер, а в качестве тяжелого элемента - металлическую пластину.

15. Остекление по п.1, отличающееся тем, что оно размещено в кузове транспортного средства, в частности, автомобильного транспортного средства, при этом профиль установлен скрытым и независимым от кузова.

16. Способ изготовления остекления (1) для уменьшения акустических и вибрационных помех в салоне транспортного средства, в частности автомобильного транспортного средства, содержащего такое остекление, заключающийся в соединении с остеклением, по меньшей мере, одного амортизирующего виброакустического профиля (2), отличающийся тем, что
- устанавливают профиль, содержащий, по меньшей мере, один элемент из амортизирующего материала, имеющего коэффициент потери, по меньшей мере, равный 0,4, и модуль Юнга, меньший 200 МПа при 20°С, для частот, меньших 5000 Гц, и, по меньшей мере, один тяжелый элемент с отнесенной к единице длины массой, по меньшей мере, в 0,05 кг/м, жестко соединенный с одной поверхностью (22) амортизирующего элемента по его большей протяженности;
- выбирают площадь поперечного сечения s элемента (20), определяемой шириной L, находящейся в контакте с остеклением по одной из наименьших протяженностей, и толщиной е, перпендикулярной остеклению, в зависимости от модуля Юнга амортизирующего материала таким образом, что отнесенная к единице длины эквивалентная упругость К'eq амортизирующего элемента на основной частоте fp соответствует критерию:

где

где
- Е' - модуль Юнга амортизирующего материала на частоте fc при 20°С;
- L - ширина амортизирующего элемента в контакте с остеклением;
- е - размер амортизирующего элемента перпендикулярно остеклению;
и где:
- ρ_ν - является объемной массой материала остекления;
- е_ν - является толщиной остекления,
- ω_p - является определенной пульсацией на основной частоте fc, отвечающей выражению ω_p=2πf_p
- λ_p - является длиной волны в остеклении, соответствующей частоте на основной частоте fp и определяется известным образом из формулы:

где E'_ν и ν_ν являются соответственно модулем Юнга и коэффициентом Пуассона материала остекления;
- жестко соединяют профиль с остеклением по поверхности (21) элемента из амортизирующего материала, противоположной поверхности (22), соединенной с тяжелым элементом, при этом никакое другое устройство не соединено с профилем.

17. Способ изготовления остекления по п.16, отличающийся тем, что основная частота fc соответствует критической частоте остекления.

18. Способ изготовления остекления, отличающийся тем, что в нем используется остекление по одному из пп.1-15.

19. Способ акустической защиты салона транспортного средства, в частности, автомобильного транспортного средства, содержащего улучшенное виброакустическое амортизирующее остекление (1), которое содержит, по меньшей мере, один виброакустический амортизирующий профиль (2), отличающийся тем, что в нем используют профиль, содержащий, по меньшей мере, один элемент (20) из амортизирующего материала (20) с коэффициентом потери, равным, по меньшей мере, 0,4 и модулем Юнга, меньшим 200 МПа, при 20°С и частотах, меньших 5000 Гц, и, по меньшей мере, один тяжелый элемент (3), жестко соединенный только с одной поверхностью (22) амортизирующего элемента по его наибольшей протяженности, при этом профиль жестко соединен через элемент (20) из амортизирующего материала с одной из поверхностей (13) остекления и напротив тяжелого элемента (3), причем никакое другое устройство, кроме остекления, не соединено с профилем, при этом остекление выполнено с возможностью размещения в кузове, и является полностью независимым от кузова на уровне профиля.

20. Способ акустической защиты салона транспортного средства по п.19, отличающийся тем, что в нем используют остекление по одному из пп.2-15.