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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Schallisolation,
das den äußeren Abschluss einer
zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion
bildet, in der sich mindestens ein Schallstrahler befindet. Dieses
Element zur Schallisolation eignet sich beispielsweise insbesondere
als Unterbodenverkleidung für
Kraftfahrzeuge, wie PKW.
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Unterbodenverkleidungen
für Kraftfahrzeuge dienen
zum einen dazu, die Aerodynamik des Unterbodens zu verbessern, und
zum anderen zur Schallisolierung bzw. Schalldämmung. Dieser Schallschutz ist
insbesondere bei Dieselmotoren von Bedeutung, da diese starke Motorengeräusche verursachen,
wobei in vielen Fällen
maximal zulässige
Geräuschemissionen überschritten
werden.
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Aus
der
DE 199 20 969
A1 ist ein schallisolierendes Einbauteil bekannt, das unter
anderem als Bodenabdeckung des Motorraums oder auch als Unterbodenverkleidung
für Kraftfahrzeuge
verwendet wird und aus einer gelochten bzw. perforierten Platte besteht,
die als Träger
für eine
poröse
Abdeckschicht dient. Diese Abdeckschicht kann beispielsweise ein geschäumter Kunststoff
sein. Offensichtlich ist aber die akustische Wirkung des Einbauteils
allein, insbesondere als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge, nicht ausreichend,
weil die Verwendung zusätzlicher
poröser
Abdeckschichten gelehrt wird, die innenseitig auf dem Einbauteil
befestigt werden müssen.
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In
der WO 04/089592 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer zweiteiligen
Dachverkleidung für
Fahrzeuge beschrieben, welche sich durch sehr gute Eigenschaften
hinsichtlich der Dämpfung
eines Kopfaufpralls an der Dachverkleidung sowie durch Schalldämpfung auszeichnet.
Das Dämpfungsmaterial
kann glasfaserverstärktes
Polypropylen sein. Die Dachverkleidung besteht aus einem ersten
Teil, welcher die Sichtseite zum Fahrgastraum bildet und einem zweiten
Teil, das zur Dachseite zeigt und der mechanischen Verstärkung dient.
Beide Teile werden in verschiedenen Werkzeugen geformt und miteinander
nach üblichen
Verfahren verbunden, wie beispielsweise durch die Verwendung von
Heißschmelzklebern.
Die Dachverkleidung wird in der Weise am Karosseriedach befestigt,
dass ein Hohlraum zwischen Verkleidung und Dach entsteht, wodurch
die Schalldämpfung
erreicht wird.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schallisolationselemente
in der Weise zu verbessern, dass sie ein außerordentlich niedriges Einsatzgewicht
aufweisen, einfach herstellbar sind und ohne zusätzliche luftschallabsorbierende
Zusatzelemente auskommen, wobei ein höchstes Maß an Luftschallabsorption gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Element zur Schallisolation gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Die
vorliegenden Erfindung betrifft ein Element zur Schallisolation,
das den äußeren Abschluss einer
zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion
bildet, in der sich mindestes ein Schallstrahler befindet, das dadurch
gekennzeichnet ist, dass es aus einem verformten thermoplastischen Werkstoff
gebildet ist, welcher durch einen Glasfaseranteil von mehr als 35
Gew.-% verstärkt
ist.
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Die
Unteransprüche
betreffen bevorzugte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Elements
zur Schallisolation.
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Die
Figuren dienen zur Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen
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1 ein
Diagramm zur Beurteilung der Luftschalldämmung eines erfindungsgemäßen Schallisolationselements
und eines herkömmlichen Elements;
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2 eine
Anordnung zur Messung der Luftschalldämmung und
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3 ein
Diagramm zur Beurteilung der Äquivalenten
Absorptionsfläche
eines erfindungsgemäßen Elements
im Vergleich zu bekannten Schallisolationselementen.
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Das
erfindungsgemäße Element
weist einen relativ hohen Anteil an Glasfasern von mehr als 35 Gew.-%
auf, wobei der Glasfaseranteil bis zu 65-Gew.-% betragen kann. In
der Regel verwendet man relativ lang geschnittene Glasfasern mit
einer Länge
von mindestens 1 cm, die mit dem thermoplastischen Kunststoff umhüllt sind.
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Durch
die Art der Wechselwirkung der Glasfasern mit dem thermoplastischen
Werkstoff im Komposit erreicht man eine hohe Biegesteifigkeit mit
einem überraschend
niedrigen Flächengewicht.
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Der
thermoplastische Werkstoff des erfindungsgemäßen Elements zur Schallisolation
ist normalerweise ein Polyolefin. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Polyolefin aus der Gruppe Polyethylen,
Polypropylen, Derivate davon und/oder Mischungen daraus gewählt, wobei
ein thermoplastischer Werkstoff aus Polypropylen besonders bevorzugt
ist.
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Das
erfindungsgemäße Element
zur Schallisolation liegt einteilig vor und ist als solches luftschallabsorbierend,
ohne dass, wie im Stand der Technik üblich, Löcher vorgesehen werden müssen. Überraschenderweise
ist das Element zur Schallisolation auch in solcher Qualität luftschalldämmend, dass
es die aus der Differenz der Flächengewichte, bezogen
auf herkömmliche
Schallisolationselemente, rechnerisch resultierende Verschlechterung
im Schalldämmmaß kompensiert.
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Das
erfindungsgemäße Element
zur Schallisolation kann bevorzugt in Form einer Platte oder Schale
vorliegen. Beispielsweise wird eine luftschallabsorbierende Unterbodenverkleidung
einteilig aus einer gleichmäßigen Platte
des erfindungsgemäßen Elements
zur Schallisolation zu Dicken zwischen 5 und 10 mm geformt. Die
Verformung im Werkzeug erfolgt unter Druck und/oder Vakuum und Wärme nach üblichen
Verfahren in der Weise, dass einerseits die konstruktiv geforderte
Formgebung hergestellt wird und andererseits durch Verpressen zu örtlich unterschiedlichen
Dicken ein optimal an das Motorraumgeräusch angepasstes Luftschallabsorptionserhalten erreicht
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann eine Erhöhung der Werte der Luftschallabsorption
durch Aufkaschieren von marktüblichen
Folien erreicht werden, insbesondere durch Folien mit einem Flächengewicht
im Bereich von 100 g/m2 bis 150 g/m2.
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Es
hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass
das Element zur Schallisolation eine extrem hohe Biegesteifigkeit
aufweist und somit eine Verdichtung an den Rändern bis zu etwa 2 mm zulässt, so
dass optimale Voraussetzungen für
die Montage an der gehäuseartigen
Konstruktion gegeben sind. Trotz dieser geringen Dicke reißen die
Befestigungslöcher
nicht aus.
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In
der Regel ist die gehäuseartige
Konstruktion aus einem Kunststoff oder Blech gebildet. Der Mindestabstand
des den äußeren Abschluss
bildenden Elements zu dem mindestens einen Schallstrahler innerhalb
der gehäuseartigen
Konstruktion sowie der maximale Abstand sind normalerweise konstruktiv
vorgegeben. In einer bevorzugten Ausübungsform der Erfindung kann
der Schallstrahler ein Motor sein.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein plattenförmiges Element zur Schallisolation
zu einem Formteil ausgeformt und zumindest auf einer Seite, bevorzugt
außenseitig,
mit einer Folienkaschierung versehen, zweckmäßigerweise, aus Recyclinggründen, mit
einem Polyoletin-Vlies, insbesondere Polypropylenvlies.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Element
als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge
verwendet. Die aus einer Platte geformte schalenförmige Unterbodenverkleidung
hat aufgrund ihrer Kompositstruktur luftschallabsorbierende Eigenschaften,
wobei der herkömmlicherweise übliche zusätzliche
Absorber auf der Innenseite der Verkleidung entfällt. Bei unterschiedlich starker
Verpressung kann man in Abhängigkeit
der Konstruktionsdicken, welche der PKW-Hersteller zulässt, ein frequenzmäßig breitbandiges
Absorptionsverhalten erzeugen.
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Aufgrund
der luftschallabsorbierenden Eigenschaften bewirkt die Unterbodenverkleidung
nicht nur eine Verminderung der Geräusche im Fahrgastraum sondern
auch hinsichtlich des Außengeräuschs. Die
hohe Biegesteifigkeit beziehungsweise der hohe Elastizitätsmodul
im Bereich zwischen 0,8 × 109 und 2 × 109 N/m2 lassen eine
durch Pressen unter Wärme
bewirkte Verdichtung an den Randzonen bis zu etwa 2 mm zu, wodurch
optimale Voraussetzungen für
die Befestigung an der Karosserie mit nur wenigen Punkten gegeben
sind, so dass auch die zur Befestigung notwendigen Löcher nicht
ausreißen.
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Das
erfindungsgemäße Element
zur Schallisolation, insbesondere eine Unterbodenverkleidung für beispielsweise
Kraftfahrzeuge, zeichnet sich durch eine extrem hohe Biegesteifigkeit
bei sehr geringem Flächengewicht
und günstige
luftschallabsorbierende Eigenschaften aus, wobei auf einen zusätzlich innenseitig
auf das geformte Teil aufgebrachten Luftschallabsorber verzichtet
werden kann.
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Wegen
der beidseitigen Absorptionswirkung des erfindungsgemäßen Elements
zur Schallisolation wird das Außengeräusch straßenseitig
und motorraumseitig deutlich vermindert, wobei gleichzeitig die Geräusche im
Fahrgastraum abgesenkt werden. Die an sich zu erwartende verminderte
Luftschalldämmung
wegen der Gewichtsreduzierung gegenüber konventionellen Elementen
zur Schallisolation wird durch die luftschallabsorbierenden Eigenschaften des
Elements ohne weiteres kompensiert.
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Es
wurde im folgenden eine erfindungsgemäße Unterbodenverkleidung im
Hinblick auf ihre Schalldämmeigenschaften
untersucht.
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Es
wurde eine Unterbodenverkleidung mit lokal unterschiedlichen Dicken
zwischen 6 und 10 mm hergestellt. Die Unterbodenverkleidung besteht
aus glasfaserverstärktem
Polypropylen mit beidseitiger Vliesabdeckung. Diese Unterbodenverkleidung
wurde in einer Testreihe zum Bestimmen der Luftschalldämmung mit
einer serienmäßigen, konventionellen Unterbodenverkleidung
verglichen. Diese Messungen erfolgten in einem modifizierten Schalldämmungsprüfstand,
der Messungen an Originalteilen ermöglicht, welche üblicherweise
flächenmäßig erheblich
kleiner sind, als nach DIN Messungen erforderlich. Eine solche Vorrichtung
ist in 2 dargestellt.
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Um
möglichst
realistische Einbausituationen zu simulieren, wurden die Versuchsteile,
wie in 2 gezeigt, mit 40 mm-Abstand vor einem Stahlblech montiert,
welches in einem Rahmen mit sehr hoher Schalldämmung (Maske) eingepasst war.
Dadurch wurde erreicht, dass der im Senderaum erzeugte Luftschall
ausschließlich über die
Prüffläche in den Empfangsraum
gelangen kann.
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Die
Schalldämmung
einer erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung
und einer herkömmlichen
Unterbodenverkleidung wurde in dB in Abhängigkeit der Terz-Mittenfrequenz (Hz)
gemessen. Die Messwerte und die daraus resultierenden Kurven sind
in 1 gezeigt. Die konventionelle Unterbodenverkleidung „Serie", gekennzeichnet
mit Kurve 1, hatte ein Gewicht von 1.170 g, verglichen
mit einer erfindungsgemäßen „leichten
Unterbodenverkleidung",
gekennzeichnet mit Kurve 2, mit einem Teilegewicht von
881 g. Daraus resultiert rechnerisch eine Verschlechterung im Schalldämmmaß von 2,5
dB, wobei sich im Versuchsergebnis allerdings nahezu Gleichheit
zeigte.
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Es
wurden vergleichende Untersuchungen zur Luftschallabsorption, wobei
die so genannte äquivalente
Absorptionsfläche
gemessen wurden, in einer so genannten Alpha-Kabine vorgenommen.
Diese Alpha-Kabine entspricht einem räumlich verkleinerten Hallraum
und ist für
Messungen ab 400Hz geeignet. Die gemessene äquivalente Absorptionsfläche ist
das (mathematische) Produkt aus Prüffläche × Absorptionsgrad.
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Bei
diesem Test wurden folgende Unterbodenverkleidungen getestet. Eine
erfindungsgemäße, leichte
Unterbodenverkleidung A (Polypropylen-Glasfaserverstärkt, beidseitig
absorbierend mit einer Masse von 645g) eine Mischfaservlies-Unterbodenverkleidung
B (beidseitig absorbierend mit einer Masse von 1.151g), eine Unterbodenverkleidung „Serie" C mit luftschallabsorbierenden
Elementen („Vlies
in Folie", Zusatzgewicht
ungefähr
190g) und eine Unterbodenverkleidung „Serie" D mit einer Masse von 1.170g.
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Im
Test wurden die Teile in einem Abstand von 20 cm in der Alpha-Kabine
zum Boden montiert, um die Einbausituation in einem Fahrzeug realistisch zu
simulieren. Die Unterseite entspricht der Fahrbahnseite zum Boden.
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Es
wurden die Serienteile in konventioneller Ausführung (siehe Verkleidungen
B bis D oben), auch mit eingelegtem luftschallabsorbierenden Zusatzelementen,
mit einer erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung
(siehe A) verglichen. Hierzu wird auf die 3 verwiesen.
Das Ergebnis zeigt eindeutig bessere Werte für die erfindungsgemäße Unterbodenverkleidung
A, selbst im Vergleich mit einer üblichen Verkleidung aus Mischfaservlies
B. Diese hatte ein Gewicht von 1.151g, verglichen mit der leichten, erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung
mit einem Gewicht von nur 645g.