DE10017492A1 - Beschichtung zur passiven Flächendämpfung von schwingenden Oberflächen von Bauteilen sowie Verfahren zur Herstellung der Beschichtung - Google Patents
Beschichtung zur passiven Flächendämpfung von schwingenden Oberflächen von Bauteilen sowie Verfahren zur Herstellung der BeschichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung zur passiven Flächendämpfung von schwingenden Oberflächen von Bauteilen, mit granulat- und/oder korn- und/oder plättchenförmigen Piezopartikeln, die zumindest zu 10 Vol.-% in zumindest einem eine Matrix bildenden Polymer eingebettet sind. Zur Verbesserung der Dämpfwirkung weisen zumindest einige der Piezopartikel für sich jeweils eine von Null verschiedene Polarisation auf. In vorteilhafter Weise kann die Beschichtung als Folie, flüssig oder als Pulverlack aufgebracht werden, wobei die Polarisation der Piezopartikel in den unterschiedlichen Herstellungsschritten der Beschichtung erfolgen kann.
Description
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung zur passiven Flächen
dämpfung von schwingenden Oberflächen von Bauteilen, ein Halb
zeug oder ein Gemenge zur Herstellung der Beschichtung sowie
Verfahren zur Aufbringung der Beschichtung auf die Oberfläche
von Bauteilen, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 14, 16
bzw. 18, wie sie u. a. aus dem gattungsbildenden zugrundegeleg
ten Artikel "New damping materials composed of piezoelectric
and electro-conductive, particalled polymer composites: effect
of electromechanical coupling factor" von M. Sumita u. a., in
Makromol. Chem. Rapid Commun. 12, S. 657-661 (1991) als bekannt
hervorgeht.
Aus dem gattungsbildend zugrundegelegten Artikel ist eine Folie
bekannt, bei der in einer Polymermatrix Piezopartikel aus einer
Piezokeramik sowie als Leitmittel Graphit eingelagert ist. Ge
mäß dieser Veröffentlichung erfolgt hier eine Dämpfung von
Schwingungen bei einem Graphitanteil zwischen ca. 5 und ca. 9 Vol-%.
In diesem Bereich steigt gleichzeitig die elektrische
Leitfähigkeit der Folie sehr stark an.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbekannte Beschichtung
dahingehend weiter zu entwickeln, daß eine Dämpfung von Schwin
gungen prinzipiell auch ohne Leitmittelzusätze stattfindet.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung Ausgangsprodukte sowie Ver
fahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung be
reitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Beschichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. der Ansprüche 1, 14, 16 oder 18 gelöst. Trotz
der gegenläufigen Erkenntnisse der zugrundegelegten Schrift ist
es durch die Verwendung von vorpolarisierten Piezopartikeln,
d. h. von Piezopartikeln, die bereits für sich eine Polarität
aufweisen, möglich, ohne die Hinzunahme von Leitmittelzusätzen
und insbesondere einer genau definierten Leitmittelmenge, eine
Dämpfung zu erreichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren
Ansprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von
in den Beispielen und den nachfolgen Figuren dargestellten Aus
führungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Piezopartikel mit seinen Kristalldomänen ohne Vor
zugspolarisation,
Fig. 2 ein Piezopartikel mit seinen Kristallbezirke mit Vor
zugspolarisation,
Fig. 3 ein Bauteil, das mit einer eine Gesamtpolarität aufwei
sender Beschichtung versehen ist,
Fig. 4 ein Bauteil, das mit einer keine Gesamtpolarität auf
weisender Beschichtung versehen ist,
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine mehrlagige Beschichtung,
Fig. 6 ein Diagramm des Verlustfaktors über der Frequenz einer
mit einem und einer ohne einen äußeren ohmschen Wider
stand beschalteten Probe,
Fig. 7 ein Diagramm des Verlustfaktors über der Frequenz einer
Probe und
Fig. 8 ein weiteres Diagramm des Verlustfaktors über der Fre
quenz einer weiteren Probe.
In Fig. 1 ist ein Piezopartikel 1 einer Piezokeramik darge
stellt. Dieses sogenannte Piezopartikel 1 weist verschiedene
Kristalldomänen 10 unterschiedlicher Domänenpolarsation 11 auf.
Aufgrund der normal vorliegenden statistischen Verteilung der
einzelnen Domänenpolarisationen 11 ist die (Partikel-
)Polarisation 2 des Piezopartikels 1, also die Summe aller Do
mänenpolarisationen 11 des Piezopartikels 1, gleich Null.
Wird ein Piezopartikel 1 gemäß Fig. 1 einem elektrischen Feld
ausgesetzt, richten sich - wie in Fig. 2 dargestellt - die Do
mänenpolarisationen 11 entlang den elektrischen Feldlinien aus.
Durch die Ausrichtung der einzelnen Domänenpolarisationen 11
der Piezopartikel 1 weist ein jedes Piezopartikel 1 anschlie
ßend eine von Null verschieden Partikelpolarisation 2 auf. Die
Ausrichtung der Domänenpolarisationen 11 und damit die Parti
kelpolarisation 2 ist bis zur Sättigungsfeldstärke umso höher,
je stärker das ausrichtende E-Feld ist.
In Fig. 3 ist ein Substrat 9 dargestellt, das mit einer erfin
dungsgemäßen Beschichtung 3 versehen ist. Das Substrat 9 stellt
einen Teil der Oberfläche eines Bauteils dar, das bspw. ähnlich
wie eine Membran zu Schwingungen erregt werden kann. Die Be
schichtung 3, vorzugsweise eine Folie oder bspw. ein lackähnli
cher Überzug, weist eine Vielzahl von Piezopartikeln 1 auf. Die
jeweils für sich eine von Null verschiedene Partikelpolarität 2
aufweisenden Piezopartikel 1 sind zu etwa 50 Vol% innerhalb ei
nes Polymers 6 eingebettet, das eine Matrix ausbildet. Als Ma
trixpolymere sind piezoinaktive Polymere ausreichend. Die ein
zelnen Piezopartikel 1 sind vorzugsweise vereinzelt und räum
lich voneinander getrennt. Ferner können zumindest einige der
Piezopartikel 1 auch in Clustern 7 auftreten. In diesen Clu
stern 7 sind die Piezopartikel 1 sehr dicht beieinander
und/oder berühren sich sogar. Der Anteil der Piezopartikel 1 an
einer erfindungsgemäßen Beschichtung 3 beträgt sinnvollerweise
10-80 Vol-%, bevorzugt 30-70 Vol% und besonders bevorzugt 40-60 Vol%.
Die einzelnen Partikelpolarsationen 2 weisen eine Vorzugsrich
tung auf. Daher ergibt sich für die Beschichtung 3 in der Ge
samtheit eine (Gesamt-)Polarisation 12, die von Null verschie
den ist. Die Ausrichtung der Partikelpolarisation 2 kann bspw.
durch das Anlegen eines elektrischen Feldes während der Her
stellung der Beschichtung 3 und/oder während des Auftrags der
Beschichtung 3 vorgenommen werden. Hier Satz gestrichen.
In Fig. 4 ist ebenfalls ein vorzugsweise metallisches Substrat
9 vorgesehen, das gleichfalls wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 mit einer schwingungsdämpfenden Beschichtung 3'
versehen ist. Im Gegensatz zu dem vorhergegangenen Beispiel
sind hier aber die einzelnen von Null verschiedenen Partikelpo
larisationen 2 in ihrer Gesamtheit statistisch ausgerichtet, so
daß die Gesamtpolarisation 12 der Beschichtung 3' gleich Null
ist; d. h. für die einzelnen von Null verschiedenen Partikelpo
larisation 2 existiert keine Vorzugsrichtung. Hier Satz gestri
chen
In Fig. 5 ist eine schwingungsdämpfende Beschichtung 3" dar
gestellt, die aus mehreren Lagen gebildet ist. Bei dieser Be
schichtung 3" sind zwischen den einzelnen die Partikelpolari
sation 2 aufweisenden Piezopartikel 1 beinhaltenden Lagen - im
folgenden Piezolagen 4 genannt - durch eine Trennschicht 5 von
einander getrennt.
Als Trennschicht 5 wird vorzugsweise eine dünne Metallschicht
verwendet. Die Schichtdicke der vorzugsweise metallenen Trenn
schicht 5 ist insbesondere kleiner 200 µm, bevorzugt kleiner
100 µm und besonders bevorzugt kleiner 50 µm.
Generell sollte das Material der Trennschicht 5 gegenüber der
Piezolage 4 eine geringere Dehnbarkeit aufweisen; d. h. bei ei
ner gleichen Kraftbeanspruchung sollte die Längendehnung der
Trennschicht 5 geringer sein als die der Piezolage 4. Dadurch
werden bei einer Verwindung und/oder einer Biegung der mehrlagigen
Beschichtung 3" die Piezolagen 4 zusätzlich gedrückt, so
daß der Dämpfungseffekt der mehrlagigen Beschichtung 3" gegen
über deren einer entsprechenden dicken einlagigen Beschichtung
3 oder 3' erhöht ist.
Abschnitt gestrichen.
Bei allen drei Ausführungsbeispielen (Fig. 3, 4 und 5) kann es
sinnvoll sein, als Polymer 6 ein piezoelektrisch aktives Poly
mer 6 zu verwenden. Ein vorteilhaftes Beispiel hierfür ist das
thermoplastische Copolymer aus Vinylidenfluorid und Triflure
thylen (VDF und TrFE), das im Gegensatz zum gängigen polymeren
Piezostandardmaterial Polyvinyldendifluorid (PVDF) ohne Streck
prozesse aktivierbar ist. Desweiteren können auch polymerisier
bare piezoaktive Harze, wie z. B. in DE 38 19 947 beschrieben, ver
wendet werden.
Aus Kostengründen ist es zweckmäßig, als Bindermatrix ein pie
zoinaktives, hochohmiges Polymer 6 bzw. dessen Vorstufen zu
verwenden und nach bekannten Verfahren zu verarbeiten. Ein Bei
spiel für ein thermoplastisches Polymer ist das als Feinpulver
verfügbare Polyvinyldendifluorid/Heaxafluorpropylen-Copolymer
(PVDF-HFP), Typ Kynarflex 2801 GL, Elf Atochem. Dies kann vor
teilhafterweise in trockener Form homogen gemischt und an
schließend z. B. durch Heißpressen zu Filmen verarbeitet werden.
Ebenfalls möglich ist die Verwendung von bekannten polymeren
bzw. vernetzbaren polymeren Bindern in Form von Lösungen oder
Dispersionen. Ferner sind polymerisierbare Harze z. B. aus der
Stoffklasse der Urethane, Ester und Epoxyde zu verwenden, die
unverdünnt oder gegebenfalls auch mit Lösemittel verdünnt ein
gesetzt werden können.
Als weitere Ausführungsform ist es möglich piezoaktive Polymere
in Partikel- oder Plättchenform anstelle der keramischen Piezo
partikel in eine piezoinaktive Polymeratrix einzubringen.
Der Mechanismus ist noch nicht abschließend geklärt. Möglicher
weise kann es sich hierbei um Oberflächen- und/oder Grenzflä
cheneffekte handeln.
Im Hinblick auf die Anwendung macht es Sinn, wenn die Beschich
tung 3, 3', 3" als bspw. verklebbare Folie oder als Lack auf
getragen, insbesondere gespritzt wird.
Des weiteren kann der dämpfende Effekt einer vorzugsweise voll
flächig, aber zumindest innerhalb der schwingenden Oberfläche
angebrachten Beschichtung 3, 3' - je nach verwendetem Polymer 6
- noch dadurch verbessert werden, daß der Beschichtung 3, 3',
3" zur Verbesserung der Ableitung der Ladungen der Piezoparti
kel 1 noch Leitmittelzusätze zugegeben werden. Als Leitmittel
zusätze wird bevorzugt Kohlenstoff (Graphit) und/oder Metall
pulver eingesetzt.
In Fig. 6 ist ein Diagramm einer Probe dargestellt, in dem der
Verlustfaktor über der Frequenz einer Probe maßstabsgerecht
aufgetragen ist, die entsprechend dem später beschriebenen Bei
spiel 2 hergestellt wurde.
Der Verlustfaktor d ist der Quotient aus Imaginärteil E" und
Realteil E' des komplexen Elastizitätsmoduls oder des Tangens
des Phasenwinkels ∅. Wobei ∅ der Phasenwinkel zwischen mecha
nischer Spannung und Verformung ist [DIN 53440, Ausgabe Jan.
1994, Teil 2, Abschnitt 2.4].
d = E"/E' = tan
d = Verlustfaktor
E" = Verlustmodul: Maß für die, bei der Schwingung nicht wie dergewinnbare Energie
E' = Speichermodul: Maß für die wiedergewinnbare Energie, die beim Verformungswechsel während der Schwin gung umgesetzt wird.
= Phasenwinkel
d = Verlustfaktor
E" = Verlustmodul: Maß für die, bei der Schwingung nicht wie dergewinnbare Energie
E' = Speichermodul: Maß für die wiedergewinnbare Energie, die beim Verformungswechsel während der Schwin gung umgesetzt wird.
= Phasenwinkel
Damit stellt der Verlustfaktor ein Relativmaß für die Energie
verluste bei der Schwingung im Vergleich zur wiedergewinnbaren
Energie dar.
Der Verlustfaktor kann sowohl über den Zeitbereich aber auch
aus der Frequenzdarstellung ermittelt werden. Zweckmäßigerweise
erfolgt die Berechnung des Verlustfaktors bei abklingender Bie
geschwingung.
Hierzu wird ein mit der Beschichtung versehener Biegeschwing
stab mit genau definierter Kraft zu erzwungenen Schwingungen
erregt. Nach Abschalten der Kraft führt der Biegeschwingstab
(Substrat 9) freie gedämpfte Biegeschwingungen aus. Der Ver
lustfaktor kann bei abklingender Biegeschwingung über das log.
Dekrement oder über die Nachhallzeit berechnet werden. Die
Nachhallzeit ist die Dämpfungsgröße im Falle abklingender
Schwingungen. Sie ist definiert als Zeitspanne, in der die Am
plitude der gedämpften Schwingung auf 1/1000 ihres Anfangswer
tes oder um 60 Dezibel (dB) abnimmt. An Stelle der Nachhallzeit
wird als Dämpfungsgröße auch der Reziprokwert, die Amplituden
abnahme in Dezibel (dB) je Zeit (Dt) benutzt [DTN 53440, Ausga
be Jan. 1994, Teil 1, Abschnitt 2.3].
Der Verlustfaktor für Mehrschichtsysteme berechnet sich genauso
wie für homogene Systeme. Er ist abhängig von Temperatur und
Frequenz.
Zum Vergleich des internen Dämpfungsvermögens einer erfindungs
gemäßen Beschichtung 3, 3', 3" wurde der Verlustfaktor einer
Probe ohne äußere Beschaltung eines ohmschen Widerstandes (qua
dratische Maßpunkte) und einer Probe mit Beschaltung eines äu
ßeren Widerstandes (dreieckige Meßpunkte) aufgenommen.
Der Unterschied zwischen den beiden Meßreihen ist im Bereich
der Meßgenauigkeit angesiedelt. Weitere Versuche, bei denen der
Wert des ohmschen Widerstands variiert wurden, ergaben gleich
artige Ergebnisse.
Ferner zeigt der Vergleich von gepolten und ungepolter Refe
renzproben ohne Zusatz von Leithilfe einen drastischen Anstieg
der Dämpfungseigenschaften bei den gepolten Proben (siehe Fig.
7 und Fig. 8, jeweils gepolte und ungepolte Referenzprobe).
Daher ist unzweifelhaft festzustellen, daß wider Erwarten die
Schwingungsdämpfung allein eine Eigenschaft der erfindungsgemä
ßen Beschichtung 3, 3', 3" ist. Möglicherweise werden hierbei
die durch den Piezoeffekt gebildeten Oberflächenladungen über
interne ohmsche Ströme ausgeglichen.
Hilfreich ist für diesen Effekt diesen Ladungsausgleich durch
die Zugabe von Leitmitteln wie Metallpulver, Graphit, leitfähi
ge Polymere oder dgl. zu unterstützen. Dies kann insbesondere
sinnvoll sein, wenn bei der Herstellung der Beschichtung 3, 3',
3" vorgepolte Piezopartikel verwendet werden.
In den Fig. 7 und 8 sind Diagramme dargestellt, in denen der
Verlustfaktor über der Frequenz einer Probe maßstabsgerecht
aufgetragen ist.
Für die Prüfung der Schwingungsdämpfung, für die der Verlust
faktor ein Maß ist, wurden die nachfolgend Beispiel 1 und 2 be
schriebenen Proben durch Bedampfen mit Aluminium kontaktiert
und bei 10 kV/mm in einem Silkonbad bei 120°C gepolt (dreieckige
Meßpunkte). 4 Streifen (Breite 1 cm, Einzellänge 4 cm) wurden
hintereinander auf einen Metallstreifen (Länge 20. cm, Dicke 1,0 mm,
Breit 1,1 mm) aufgeklebt. Die Schwingundsdämpfung wurde in
Anlehnung an Biegeschwingversuch, DIN 53440 gemessen und ausge
wertet. Für Vergleichsmessungen wurden auch ungepolte Probe
streifen (quadratische Meßpunkte) präpariert.
56,2 Volumen% feingemahlenes PZT-Pulver (PbZrTitanat) mit einer
spezifischen Oberfläche von ca. 5 m2/g (Typ 501A Ultasonic-
Powders) und 43,8 Vol% thermoplastisches Polymerfeinpulver
(PVDF/HFP-Copolymer, Typ Kynarflex 2801 GL, Elf Atochem) wurden
in einem Taumelmischer trocken durchgemischt und Aliqoute hier
von in einer Pressform heiß gepresst (30 min/200°C/ 3,3 kN/cm2)
so daß 0,5 mm dicke Folien entstanden.
56,2 Volumen% feingemahlenes PZT-Pulver mit einer spezifischen
Oberfläche von ca. 1 m2/g (Typ 501A Ultasonic-Powders) und 43,8 Vol-%
thermoplastisches Polymerfeinpulver (PVDF/HFP-Copolymer,
Typ Kynarflex 2801 GL, Elf Atochem) wurden in einem Taumelmi
scher trocken durchgemischt und Aliqoute hiervon in einer
Pressform heiß gepresst (30 min/200°C/3,3 kN/cm2), so daß
0,5 mm dicke Folien entstanden.
In beiden Diagrammen ist eine deutliche Erhöhung des Verlust
faktors bei den gepolten Proben; d. h. bei den Proben, deren
Piezopartikel 1 eine von Null verschiedene Partikelpolarisation
2 aufweisen, zu erkennen.
Bei den Proben gemäß Beispiel 1 bzw. 2 sind die quantitativen
Kenngrößen sowohl hinsichtlich der Materialien, hinsichtlich
deren Zusammensetzung und auch hinsichtlich der Herstellung
völlig identisch. Einziger Unterschied ist die spez. Oberfläche
und damit die mittlere Korngröße der Piezopartikel 1 der Pro
ben.
Ein Vergleich des Diagramms 7 mit dem Diagramm 8 zeigt, daß bei
der feinkörnigern Probe (Beispiel 1, Fig. 7) der Verlustfaktor
und damit die Dämpfungswirkung einer erfindungsgemäßen Be
schichtung 3, 3', 3" über einen breiten, innerhalb des Hörba
ren angeordneten Frequenzbereich (880 Hz bis 5200 Hz) größer
ist als der Verlustfaktor der grobkörnigen Probe (Beispiel 2,
Fig. 8).
Des weiteren ist erkennbar, daß die feinkörnigere Probe (Bei
spiel 1, Fig. 7) im unteren Frequenzbereich (880 Hz bis 2200 Hz)
sogar um ein Vielfaches besser dämpft als die grobkörnigere
Probe (Beispiel 2, Fig. 8).
Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn eine Probe beid
seitig mit einem dünnen Metallfilm (bspw. Cu, Dicke 50 µm) be
legt wird. Diese Ausgestaltung entspricht im wesentlichen der
Grundzelle, als der kleinsten Einheit des Ausführungsbeispieles
gemäß Fig. 5.
Im folgenden werden unterschiedliche Ausgangsprodukte zur Her
stellung einer erfindungsgemäßen Beschichtung 3, 3', 3" auf
einem Substrat 9 vorgestellt.
Für den Fall großflächiger Substrate 9, wie bspw. Karosse
riebleche und/oder sonstiger Verkleidungen, ist es bspw. sinn
voll, ein Halbzeug in Form einer Folie vorzufertigen. Die die
Beschichtung 3, 3', 3" bildende Folie, die vorzugsweise auf
das Substrat 9 aufgeklebt werden kann, beinhaltet sinnvoller
weise bereits die Piezopartikel 1.
Die Piezopartikel 1 können bereits ihre von Null verschiedene
Partikelpolarisation 2 aufweisen, bevor sie zur Herstellung der
Folie herangezogen werden. Ferner können Sie auch erst während
der Herstellung der Folie polarisiert werden. Bei dieser Vorge
hensweise und der Verwendung von bereits eine von Null ver
schiedene Partikelpolarisation 2 aufweisenden Piezopartikel 1,
können die Partikelpolarisationen 2 der jeweiligen Piezoparti
kel 1 zusätzlich noch im Kollektiv ausgerichtet werden. Ferner
ist darauf zu achten, daß dann die Temperatur bei der Herstel
lung der Folie nicht zu hoch ist, damit sich die einzelnen Pie
zopartikel 1 nicht wieder entpolarisieren; d. h. ihre Partikel
polarisation 2 verlieren.
Des weiteren ist es möglich eine Folie zu verwenden, deren Pie
zopartikel 1 erst beim Aufbringen der Folie auf das Substrat 9
polarisiert werden. Dies kann bspw. durch das Anlegen eines
elektrischen Feldes während des Aufbringens der Folie auf das
Substrat 9 vorgenommen werden. Hier können aber auch anstelle
unpolarisierter Piezopartikel 1 auch bereits eine Partikelpola
risation 2 aufweisende Piezopartikel 1 eingesetzt und diese zu
sätzlich im Kollektiv ausgerichtet werden.
In besonderer und billiger Weise ist es möglich, eine erfin
dungsgemäße Beschichtung 3, 3' auch in der Art eines Lackes
mit einem der bekannten Verfahren, wie (Druckluft-)Spritzen,
Tauchlackieren, Pulverlackieren usw. auf das Substrat 9 aufzu
tragen.
Hierzu kann beispielsweise ein Gemenge verwendet werden, das
außer den normalen Bestandteilen eines Lackes noch das Polymer
6 und/oder dessen Ausgangsmaterialien und die zweckmäßigerweise
schon die Partikelpolarisation 2 aufweisenden Piezopartikel 1
beinhaltet. Gegebenenfalls kann es sich bei dem Polymer 6
und/oder dessen Ausgangsmaterialien um ein bereits in einem
normalen Lack vorkommenden Bestandteil handeln. Des weiteren
ist es möglich die Piezopartikel 1 erst beim Auftrag oder noch
im flüssigem Lack zu polarisieren. In den beiden letzten Fällen
können auch bereits eine Partikelpolarisation 2 aufweisende
Piezopartikel 1 zusätzlich im Kollektiv ausgerichtet werden.
Ferner ist es möglich ein Gemenge aus dem Polymer 6 und/oder
dessen Ausgangsmaterialien sowie den Piezopartikeln 1 und ggf.
anderen üblichen Bestandteilen eines Pulverlackes zu bilden.
Bis auf die üblichen Unterschiede verhält es sich bzgl. der
Piezopartikel 1 und der Vorgehensweise zu deren Partikelpolari
sation 2 bzw. zu der Gesamtpolarisation 12 des Kollektivs der
Piezopartikel 1 entsprechend dem bei dem Flüssiglack erwähnten.
Bevorzugte Anwendungsgebiete der Erfindung sind im Fahrzeugbau
und in der Luftfahrt und hierbei insbesondere bei der Schwingungs-
und/oder Schalldämpfung von Komponenten bevorzugt von
insbesondere Karosserien (von Kraftfahrzeug oder Flugzeugen,
Hubschraubern usw.) und/oder sonstigen Verkleidungsteilen zu
sehen.
Claims (25)
1. Beschichtung zur passiven Flächendämpfung von schwingenden
Oberflächen von Bauteilen, mit granulat- und/oder korn-
und/oder plättchenförmigen Piezopartikeln, die zumindest zu 10 Vol-%
(gekürzt) in zumindest einem eine Matrix bildenden Poly
mer eingebettet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest einige der Piezopartikel (1) für sich jeweils ei
ne von Null verschiedene Polarisation - im folgenden Partikel
polarisation (2) genannt - aufweisen.
2. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (3, 3', 3") mehrlagig ausgebildet ist,
wobei zwischen den einzelnen, die von Null verschiedene Parti
kelpolarisation (2) aufweisenden Piezopartikeln (1) beinhalten
den Lagen - im folgenden Piezolagen (4) genannt - voneinander
durch eine Trennschicht (5) voneinander getrennt sind, welche
vorzugsweise als dünne Metallschichtschicht ausgebildete Trenn
schicht (5) eine gegenüber einer Piezolage (4) geringere Dehn
barkeit aufweist.
3. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Matrixpolymer der Beschichtung (3, 3', 3") hochohmig
(≧ 1010 Ωcm) ist.
4. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Komposit der Beschichtung (3, 3', 3") bei Verwendung
vorgepolter Piezopartikel einen Widerstand von ≧ 104 Ωcm auf
weist.
5. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Matrixpolymer der Beschichtung (3, 3', 3") bevorzugt
piezoinaktiv ist.
6. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (3, 3', 3") Leitmittelzusätze wie Kohlen
stoff, Metallpulver und/oder ein leitfähiges Polymer aufweist.
7. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material der Piezopartikel (1) aus keramischem Pulver
material, z. B. PbZrTitanat ist.
8. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material für die Piezopartikel (1) aus piezoaktivem Po
lymermaterial besteht, z. B. aus Polyvinylidendifluorid (PVDF)
oder aus einem PVDF-Copolymer z. B. aus Vinylidenfluorid und
Triflurethylen (VDF und TrFE) oder aus einem polymerisierbarem
piezoaktivem Harz wie z. B. in DE 38 19 947 beschrieben ist.
9. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil der Piezopartikel (1) an der Beschichtung (3,
3', 3") 10-80 Vol-%, bevorzugt 30-70 Vol-% und besonders be
vorzugt 40-60 Vol-% beträgt.
10. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die spez. Oberfläche der Piezopartikel (1) zwischen 0,1 und
100 m2/g, bevorzugt zwischen 0,5 und 10 m2/g beträgt.
11. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweilige von Null verschiedene Partikelpolarisation
(2) der einzelnen Piezopartikel (1) innerhalb der Beschichtung
(3, 3', 3") willkürlich, vorzugsweise statistisch ausgerichtet
sind.
12. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtheit der jeweiligen von Null verschiedenen Parti
kelpolarisationen (2) aller Piezopartikel (1) innerhalb der Be
schichtung (3, 3', 3") eine Gesamtpolarisation (8) aufweist.
13. Beschichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (3, 3', 3") zumindest auf einer Oberflä
chenseite des Bauteils (Substrat 9) flächig aufgetragen ist.
14. Halbzeug zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung (3, 3', 3") eine vorgefertigte Folie ist,
die zum späteren vorzugsweise klebenden Auftrag auf ein Bauteil
(Substrat 9) vorgesehen ist.
15. Halbzeug nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest einige der Piezopartikel (1) der vorgefertigten
Folie bereits eine von Null verschiedene Partikelpolarisation
(2) aufweisen.
16. Gemenge zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch 1,
mittels eines bekannten Auftragsverfahrens wie Spritzen oder
dgl.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemenge das Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsmate
rialien aufweist und daß die Piezopartikel (1) mit dem Polymer
(6) und/oder dessen Ausgangsmaterialien miteinander vermischt
sind.
17. Gemenge nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest einige der Piezopartikel (1) bereits in dem Ge
menge für sich eine von Null verschiedene Partikelpolarisation
(2) aufweisen.
18. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsmaterialien so
wie den Piezopartikeln (1) in bekannter Weise eine partikelhal
tige flexible Folie hergestellt wird, wobei Piezopartikel (1)
mit bereits von Null verschiedener Partikelpolarisation (2)
verwendet werden und daß die Folie auf die Bauteiloberfläche
(Substrat 9) aufgebracht, vorzugsweise geklebt wird.
19. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsmaterialien so
wie den Piezopartikeln (1) in bekannter Weise eine partikelhal
tige flexible Folie hergestellt wird und daß die Partikelpola
risation (2) zumindest einiger Piezopartikel (1) bei oder nach
der Folienherstellung orientiert wird und daß die Folie auf die
Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufgebracht, vorzugsweise ge
klebt wird.
20. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsmaterialien so
wie den Piezopartikeln (1) in bekannter Weise eine partikelhal
tige flexible Folie hergestellt wird, daß die Folie auf die
Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufgebracht, vorzugsweise ge
klebt wird und daß die Partikelpolarisation (2) zumindest eini
ger Piezopartikel (1) bei oder nach der Aufbringung der Folie
orientiert wird.
21. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1, mittels eines bekannten Auftragsverfahrens wie Spritzen oder
dgl.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemenge aus dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsma
terialien sowie aus Piezopartikeln (1), die bereits eine von
Null verschiedene Partikelpolarisation (2) aufweisen, gebildet
und vorzugsweise innig miteinander vermischt wird und daß das
Gemenge flüssig auf die Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufge
tragen wird.
22. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemenge aus dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsma
terialien sowie aus Piezopartikeln (1) gebildet und vorzugswei
se innig miteinander vermischt wird, daß das Gemenge flüssig
auf die Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufgetragen wird und daß
die Partikelpolarisation (2) zumindest einiger Piezopartikel
(1) während des Auftrags und/oder nach dem Auftrag des Gemenges
orientiert wird.
23. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemenge aus dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsma
terialien sowie den bereits eine von Null verschiedene Parti
kelpolarisation (2) aufweisenden Piezopartikeln (1) gebildet
und vorzugsweise innig miteinander vermischt wird, daß das Gemenge
als Pulver auf die Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufge
tragen wird und daß das Gemenge beim und/oder nach dem Auftrag
aufgeschmolzen wird.
24. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemenge aus dem Polymer (6) und/oder dessen Ausgangsma
terialien sowie aus Piezopartikeln (1) gebildet und vorzugswei
se innig miteinander vermischt wird, daß das Gemenge als Pulver
auf die Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufgetragen wird, daß
das Gemenge beim und/oder nach dem Auftrag aufgeschmolzen wird
und daß die Partikelpolarisation (2) zumindest einiger Piezo
partikel (1) während des Auftrags und/oder nach dem Auftrag
orientiert wird.
25. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemenge aus dem Polymer und/oder dessen Ausgangsmate
rialien sowie aus Piezopartikeln (1) gebildet und vorzugsweise
innig miteinander vermischt wird, daß das Gemenge als Pulver
auf die Bauteiloberfläche (Substrat 9) aufgetragen wird, daß
das Gemenge beim und/oder nach dem Auftrag aufgeschmolzen wird
und daß die Partikelpolarisation (2) zumindest einiger Piezo
partikel (1) während des Aufschmelzens und/oder nach dem Auf
schmelzen orientiert wird.
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