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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schallisolationsteils
mit Masse-Feder-Aufbau, bei dem eine Federschicht aus einem elastischen
leichten Material, wie einem Zweikomponenten-Polyurethanschaum oder
einem Mischfaservlies und eine Masseschicht mit oder ohne aufkaschiertem
Teppich gebildet werden, wobei zur Anpassung an den Verlauf einer
zu bedämpfenden
Fläche
die Masseschicht einen korrespondierendem Tiefziehverfahren unterworfen
wird und anschließend die
Federschicht aufgebracht wird, sowie ein solches Schallisolationsteil.
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Schallisolationsteile
der genannten Art werden insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie
zur Abdeckung des Bodenbereiches eines Kraftfahrzeuges im Bereich
des Getriebetunnels und/oder des zum Motor weisenden Bereichs und/oder
der ebenen Bereiche im Fußraum
des Kraftfahrzeuges verwendet. Deshalb sind die Massenfertigung
solcher Schallisolationsteile und die dabei auftretende Problematik einerseits
und die Einsparung unnötiger
Materialien bzw. die Verringerung des Gewichtes andererseits von
Bedeutung.
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Aus
dem Stand der Technik sind geformte Schallisolationen mit integriertem
Teppich in einer Ausführung
als Masse-Feder-System an sich bekannt, bei denen eine Hinterschäumung aus
Polyurethanschaum für
die Federschicht erfolgt. Aus der DE-AS-2006741 ist ein mehrschichtiges
schalldämmendes
Bauteil für
eine aus Pressblechteilen zusammengesetzte Karosserie eines Fahrzeuges
bekannt. Dieses schalldämmende
Bauteil besteht dabei aus einer Schicht aus dynamisch weichem Werkstoff,
wie zum Beispiel Schaumstoff oder auch einem Mischfaservlies, der
bzw. das an der Karosserie schwimmend gelagert ist und einer Schwerschicht,
die auf dem weichen Werkstoff angeordnet ist, sowie einem Teppich
oder anderweitigem Belag, der auf der Schwersicht aufgebracht ist.
Diese Schichtenanordnung verbessert die Schalldämmung und vermindert auch die Übertragung
des Karosserie-Körperschalls in
den Innenraum des Fahrzeuges.
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Aus
der
US 4,579,764 ist
ein geformter hinterschäumter
Teppichaufbau bekannt, der in Kraftfahrzeugen verwendbar ist. Der
Aufbau umfasst eine Teppichschicht mit einer aufgebrachten formbaren thermoplastischen
Polymerschicht und eine akustisch dämmende Schaumschicht, die mit
der thermoplastischen Polymerschicht verbunden ist. Als flexibles
Schaumdämmmaterial
werden beispielsweise ein Polyurethanschaum mit überwiegend offenzelliger Struktur
verwendet, oder auch Mischfaservliese, die über Lege- oder Pressverfahren
in die entsprechende Form gebracht werden. Um das Gewicht eines solchen
Schallisolationsteil zu verringern und um eine bessere Anpassung
an die zu dämmende
Struktur zu erreichen, wird der Polyurethanschaum bzw. das Vlies
(oder vergleichbare Werkstoffe) bevorzugt nur an einigen ausgewählten Bereichen
unter der thermoplastischen Polymerschicht vorgesehen.
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Die
physikalischen Gesetzmäßigkeiten
von Schallisolationsteilen auf Basis eines Masse-Feder-Systems sind
in der Literatur ausführlich
erläutert,
beispielsweise der Firmendruckschrift „Information NL 130" („Fortschrittliche
Schallisolation für
Automobile") der
Firma Stankiewicz GmbH, herausgegeben zur 52. Internationalen Automobil-Ausstellung, Frankfurt,
Main, 11. bis 20. September 1987.
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Bei
Schallisolationsteilen gemäß diesem
bekannten Stand der Technik wurde bisher Wert darauf gelegt, dass
im Frequenzbereich von unter 300Hz Schalldämmeinbrüche gegenüber der Dämmung eines nackten Karosseriebleches
durch die Masse-Feder-Systeme
vermieden werden. Dieser Frequenzbereich von unter 300Hz wird insbesondere
bei Vierzylinder-Motor-Fahrzeugen durch die drehzahlabhängige Zündfrequenz
häufig
zum Dröhnen
angeregt.
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Vierzylinder-Motor-Fahrzeuge
der neueren Generation, sowie Fahrzeuge mit Mehrzylinder-Motoren,
wie Sechszylinder-Motoren kennen die Dröhngeräusche nicht mehr, bzw. treten
diese nur noch stark vermindert auf. Statt dessen treten zunehmend hochfrequente
Geräusche
im Frequenzbereich ab 300Hz störend
in Erscheinung.
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Die
akustische Grundlast tritt dabei in der Regel nicht gleichmäßig über den
gesamten zu betrachtenden Bereich, beispielsweise den Bodenbereich
auf, sondern es gibt Bereiche höherer
Grundlast und Bereiche niedrigerer Grundlast. 3 zeigt anhand eines beispielhaften Schallisolationsteils
für den
Bodenbereich eines Fahrzeuges dunkle Bereiche, die Bereichen höherer Grundlast
entsprechen, wie in dem Bereich eines Getriebetunnels oder dem zum
Motor liegenden Bereich, sowie helle Bereiche entsprechend niedriger
Grundlast, wie für
die ebenen Bereiche im Fußraum.
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Derartige
Schallisolationsteile, von denen die in 3 gezeigte Bodenverkleidung ein typisches
Beispiel ist, werden gemäß dem Stand
der Technik unter Verwendung des Tiefziehverfahrens hergestellt.
Insbesondere wird die Masseschicht, mit oder ohne aufkaschiertem
Teppich, der beim Fertigen des Schallisolationsteil die Sichtseite
darstellt, im Tiefziehverfahren verformt. Ausgehend von einem flächigen Halbzeug
(„Platine") gleichmäßiger Dicke für die Masseschicht
ergeben sich nach dem Tiefziehen bei dem Ausführungsbeispiel für eine Bodenverkleidung
Bereiche mit niedrigem Ausziehgrad, bei denen 70 bis 90 % des ursprüngliche
Flächengewichtes
erhalten bleiben und Bereiche mit hohem Ausziehgrad, bei denen lediglich
50 bis 60 % des ursprünglichen
Flächengewichts
erhalten bleiben, wie das in 4 dargestellt
ist. 4 zeigt im Schnitt
einen beispielhaften Bereich mit einer nach dem Tiefziehverfahren
in einer Form hinterschäumten
Masseschicht. Es zeigt sich, dass die Schwer- oder Masseschicht
S nach dem Tiefziehen, trotz Einsatzes unterschiedlich dicker Federschichten
F, unterschiedliche akustische Wirksamkeit besitzen. Wie aus 5 ersichtlich, können sich
innerhalb einer beispielhaften Bodenverkleidung als Schallisolationsteil
die aus einem Halbzeug bzw. einer Platine mit durchgängig gleichmäßigem Flächengewicht
tiefgezogen worden ist, abhängig
vom Ausziehgrad, Unterschiede in der Schalldämmung von bis zu 15dB ergeben.
Andererseits sind jedoch die Bereiche, die beim Tiefziehen stark
ausgedünnt
(hoher Ausziehgrad) werden und somit in ihrer akustischen Wirksamkeit
stark eingeschränkt
werden, häufig
deckungsgleich mit den Bereichen des schallzudämmenden Teils einer Karosserie,
die eine besonders hohe akustische Anregung haben, wir beispielsweise
der Getriebetunnel bei der Karosserie eines Fahrzeugs.
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Dies
stellt einen Zielkonflikt da.
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Bisher
wurden zur Lösung
dieses Zielkonflikts mehrere Ansätze
verfolgt. Gemäß dem Stand der
Technik ist eine Vorgehensweise, das Ausgangsflächengewicht des thermoplastischen
Halbzeugs (Platine) so weit zu erhöhen, dass auch nach dem Tiefziehen
in den akustisch kritischen Bereichen ausreichend Flächengewicht
vorhanden ist und die erwünschte
Dämmung
erreicht werden kann. Dies hat jedoch den Nachteil, dass in den
Bereichen mit geringeren Ausziehgraden und mit geringerer akustischer Anregung
deutlich zu viel Masse vorhanden ist. Das Material der Masse ist
jedoch kostenintensiv und erhöht
das Fahrzeuggewicht unnötig.
Damit wird auch der Kraftstoffverbrauch erhöht.
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Eine
andere bekannte Vorgehensweise ist die Verwendung von Einlegern
aus dem gleichen Material wie die thermoplastische Schwerschicht,
die vor dem Tiefziehvorgang auf die relevanten Bereiche des Halbzeuges
bzw. der Platine aufgebracht werden und das Flächengewicht dort örtlich erhöhen. Dies hat
den grundsätzlichen
Nachteil, dass das Ausgangsflächengewicht
vor dem Tiefziehen nur in sehr groben Stufen differenziert werden
kann. Darüber
hinaus fallen erhebliche Kosten für die gesonderte Fertigung
solcher Einleger sowie deren Handhabung beim Einlegen an. Diese
Kosten erhöhen
sich mit dem Grad der lokalen Differenzierung linear.
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Schließlich ist
aus der
DE 101 61
600 A1 eine weitere Vorgehensweise bekannt bei der ein
gefülltes
Polyurethan gezielt örtlich
aufgesprüht
wird, wodurch sich gezielt zusätzliche örtliche
Massen auf der bereits verformten (tiefgezogenen) Masseschicht des
Schallisolationsteils ergeben. Vorteilhaft ist eine sehr gute Differenzierung.
Nachteilig allerdings sind die äußerst hohen
Materialkosten des Polyurethans (für die Masseschicht) gegenüber einem
gefüllten Thermoplast,
sowie der hohe apparative Aufwand. Auch die Prozesszeit, die Zeit
zur Herstellung eines Schallisolationsteils bei Massenfertigung,
hängt stark von
der pro Zeiteinheit austragbaren Menge der Zusatzmasse und der auf
dem Schallisolationsteil notwendigen Masse ab.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Herstellen eines Schallisolationsteils anzugeben, das kostengünstig ausführbar ist
und es erlaubt die Masse der Masseschicht in den akustisch kritischen
Bereichen mit dem erwünschten
Grad der Differenzierung zu erhöhen.
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Es
ist auch Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Schallisolationsteil
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die Merkmale des Anspruches
1 oder des Anspruches 3 gelöst.
Die Aufgabe wird bei einem Schallisolationsteil durch die Merkmale
des Anspruchs 10 oder des Anspruches 12 gelöst.
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Die
Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.
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Das örtlich,
lokal bzw. partiell erhöhte
Massengewicht der Masseschicht wird gemäß der Erfindung dadurch erzeugt,
dass ein Granulat aus thermoplastischem Material vor dem Tiefziehen
auf die den Teppich oder der Sichtseite abgewandte Seite der Masseschicht
fest aufgebracht wird. Zweckmäßig wird
ein Granulat verwendet, das aus dem gleichen oder vom Schmelzpunkt
und der Dichte ähnlichen thermoplastischen
Material wie dem der Masseschicht besteht.
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Vorteilhaft
besitzt das Granulat eine Korngröße von 0,5
bis 6mm, vorzugsweise 2 bis 4mm, wodurch die gewünschte Schichtdicke bzw. Schichthöhe und damit
die gewünschte
zusätzliche
Masse sehr genau einstellbar ist. Die Aufbringung des Granulats erfolgt
zweckmäßig mit
Hilfe einer Matrize, eines Legebalkens, einer gerasteten Schablone
oder einem anderen Verfahren, das die gewünschte Genauigkeit beim örtlichen
Aufbringen des Granulats erreichen kann.
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Die
Einstellung des akustisch erwünschten örtlichen
Flächengewichts
der Masseschicht insgesamt erfolgt dabei über die Festlegung (Einstellung) der
Höhe des
aufzubringenden Granulats bzw. durch die pro Flächeneinheit aufgebrachte Menge
an Granulat.
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Das
aufgebrachte Granulat wird anschließend zusammen mit dem restlichen
Aufbau, beispielsweise in einem oder mehreren Heizfeldern, aufgeheizt.
Anschließend
folgt die Verfestigung des Granulats auf der Masseschicht während des
Tiefziehens, bei dem das Granulat unter Druck und Temperatur miteinander
versintert wird und so eine homogene Schicht bildet, die mit der
Masseschicht (oder der Trägerschicht)
fest verbunden ist. Für
die akustische Wirkung ist dabei überraschend vorteilhaft, dass
die aus dem Granulat versinterte zusätzliche Masse aufgrund des
Verfahrensablaufes deutlich biegweicher ist als eine aus gleichem
Material gefertigte Basis-Masseschicht, die aus einem, wie erläutert, durchgehend
gleiche Dicke aufweisenden Halbzeug, wie einer Platine, tiefgezogen
ist.
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Es
zeigt sich, dass die Basis-Masseschicht vor dem Tiefziehen nur die
Dicke aufweisen muss, die nach dem Tiefziehen die geringste örtlich erwünschte Flächenmasse
besitzen muss. Somit sind sehr leichtgewichtige Schallisolationsteile
erzielbar.
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Es
zeigt sich, dass noch etwas leichtere Schallisolationen herstellbar
sind, wenn statt einer Basis-Masseschicht eine dünne und leichtgewichtige Trägerschicht
verwendet wird, die die notwendige Steifigkeit (für ein Tiefziehverfahren)
besitzt. Es kann sich um ein verdichtetes oder vernadeltes Mischfaservlies
oder einen vergleichbaren Werkstoff handeln. Auf diese Trägerschicht
kann dann das Granulat in der erläuterten Weise in der jeweils örtlich erforderlichen
Menge aufgebracht und versintert werden, wobei örtlich auf diese Weise auch äußerst dünne Masseschichten
erzielbar sind. Diese Vorgehensweise ist besonders dann von Vorteil,
wenn in Flächenbereichen
aus akustischen Gründen
sogar auf eine Masseschicht verzichtet werden kann.
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Die
Erfindung wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele
erläutert.
Es zeigen
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1 im
Schnitt eine Masseschichtanordnung gemäß der Erfindung,
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2 im
Schnitt eine Masseschicht gemäß der Erfindung
mit örtlich
unterschiedlicher Granulatmenge,
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3 in
Aufsicht ein Schallisolationsteil, bei dem die Erfindung anwendbar
ist,
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4 im
Schnitt einen Ausschnitt eines Schallisolationsteils gemäß dem Stand
der Technik,
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5 eine
Darstellung der unterschiedlichen Schalldämmung bei geringem und hohem
Ausziehgrad während
des Tiefziehens.
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1 zeigt
eine Basis-Masseschicht 1, auf der auf einer Seite, einer
Sichtseite, ein Teppich 2 aufkaschiert ist und auf deren
anderer Seite eine Schicht 3 aus Granulat aufgebracht ist.
Die Schicht aus Granulat 3 und die Basis-Masseschicht 1 bilden insgesamt
die Masse 4 einer Masse-Feder-Anordnung, wobei die Feder
durch eine elastisches leichtes Material, wie einem Zweikomponenten-Polyurethanschaum
oder ein Mischfaservlies gebildet ist und auf der der Basis-Masseschicht 1 abgewandten
Seite der Schicht des Granulats 3 nach einem Tiefziehvorgangs
aufgeschäumt
wird, wie das an sich bekannt ist.
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Damit
das Granulat 3 zum einen eine feste Verbindung untereinander
und zum anderen eine feste Verbindung mit der Basis-Masseschicht 1 erhält, wird
das Granulat 3 nach dem Aufbringen versintert, insbesondere
durch Aufbringen von Druck- und/oder Temperatur, beispielsweise
Erhitzen in Heizfeldern. Die in 1 dargestellte
Anordnung ist tiefziehbar, wobei auch das Tiefziehen selbst eine weitere
Versinterung erreicht, so dass nach dem Tiefziehen eine feste kompakte
Masse 4 gebildet ist, auf die dann, wie an sich bekannt,
in einem weiteren Arbeitsschritt die Federschicht aufgebracht, beispielsweise
aufgeschäumt,
wird.
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Es
zeigt sich, dass die Dicke der Basis-Masseschicht 1 sehr
klein sein kann, wobei dann entsprechend die Dicke der Schicht des
Granulats 3 größer ist.
Wesentlich ist, dass die Masse 4 insgesamt gebildet ist.
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2 zeigt
einen vergleichbaren Aufbau der Masse 4, hier ohne aufkaschiertem
Teppich, bei der an einem bestimmten Bereich 5 die Schichtdicke
des Granulats 3 deutlich höher ist, hier doppelt so hoch ist,
wie außerhalb
des Bereiches 5. Auf diese Weise können örtlich durch Anpassen der Schichtdicke
des Granulats 3 wesentlich unterschiedliche Massengewichte
der Masse 4 erzielt werden, und zwar vor dem Tiefziehvorgang.
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Alternativ
kann in dem Flächenbereich 5 auch
ein Granulat 3 unterschiedlichen Massengewichtes verwendet
sein.
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In
den 1 und 2 ist das Granulat 3 schematisch
körnig
dargestellt. In der Praxis ist es vorteilhaft, wenn das Granulat
eine Korngröße von 0,5
bis 6mm, vorzugsweise 2 bis 4mm, besitzt. Auf diese Weise kann die
gewünschte
Schichthöhe
und damit die im Bereich 5 örtlich höhere gewünschte Masse erzielt werden,
und zwar sehr genau. Auf diese Art und Weise werden vor dem Tiefziehen örtlich sehr
unterschiedliche Massengewichte und Dicken der Masse 4 erzielt.
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Die 3 bis 5 wurden
bereits einleitend diskutiert. 3 zeigt
dunklere Bereiche, in denen aus akustischen Gründen örtlich eine Masseschicht höherer Flächenmasse
vorgesehen werden muss, sowie hellere Bereiche in denen eine Massenschicht
mit örtlich
niedrigerer Flächenmasse
den akustischen Anforderungen genügt.
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4 zeigt
im Schnitt einen Ausschnitt eines als eine Bodenverkleidung gebildeten
Schallisolationsteils nach dem Tiefziehen und dem Hinterschäumen mit
der Feder F. Die Schwerschicht S, die aus einem flächigem Halbzeug,
einer Platine, kontinuierlicher Dicke gefertigt, das heißt tiefgezogen
worden ist, besitzt nach dem Tiefziehen sehr unterschiedliche Dicken
und Flächenmassen,
abhängig
vom Ausziehgrad. Ausgehend von einem Ausgangsgewicht der Platine
von 100 %, beträgt
beispielsweise im Bereich H hohen Ausziehgrades die Schwer- oder
Masseschicht S nur mehr ein Flächengewicht
von 50 bis 60 % (und weist üblicherweise
eine Dicke des Schaums von 5 bis 10mm auf). In Bereichen N niedrigen
Ausziehgrades weist die Schwer- oder Masseschicht S dagegen ein
Flächengewicht
von etwa 90 % auf und weist in der Praxis die Schaum- oder Federschicht
eine Schichtdicke von 20 bis 40mm auf.
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Die
unterschiedlichen Verhältnisse
in den Bereichen H und N haben erheblichen Einfluss auf das akustische
Verhalten, wobei die Schalldämmung,
wie in 5 dargestellt zwischen den Bereichen H und N um
15dB differieren kann, stets ausgehend von einem Ausgangsmaterial
kontinuierlicher Dicke für
die Schwerschicht S (Ausgangsgewicht 100%).
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Gemäß der Erfindung,
wie sie beispielsweise insbesondere in 2 dargestellt
ist, kann örtlich
vor dem Tiefziehen die Masse 4 entsprechend den nach dem
Tiefziehen erwünschten
Massen angepasst werden.
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Die
Ausziehgrade sind konstruktiv vorgegeben, so dass sehr genau die
Bereiche 5 anderer Schichtdicke, hier höherer Schichtdicke, bestimmt werden
können.
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Darüber hinaus
kann ferner auch ein örtlich unterschiedliches
Schalldämmverhalten
berücksichtigt
werden durch ein daran angepasstes örtlich unterschiedliches Aufbringen
von Mengen an Granulat 3. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Karosserieaufbauten
der Serienfertigung über
die Serie sehr einheitliches akustisches Verhalten besitzen, so
dass nach einer entsprechenden akustischen Vermessung eines oder
mehrerer Karosserieteile diejenigen Orte genau bestimmt werden können, bei
denen nach dem Tiefziehen eine andere Flächenmasse der Masse 4 erwünscht ist.
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Daraus
folgt ferner, dass die Dicke der Basis-Massenschicht 1 abhängig von
den Mindest-Flächenmassen
bestimmt werden kann (wobei lediglich die Fähigkeit, noch tiefgezogen werden
zu können
zu berücksichtigen
ist).
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Es
zeigt sich darüber
hinaus, dass sogar auf die Basis-Masseschicht 1 verzichtet
werden kann, wenn diese durch eine dünne und leichtgewichtige Trägerschicht
ersetzt ist, die mit der nach dem Tiefziehen aufzubringenden Federschicht
verbindbar ist, die bei einem Zweikomponenten-Polyurethanschaum
hinterschäumbar
ist und die gegebenenfalls mit einem Teppich versehen werden kann.
Bei dieser Ausführungsform
kann örtlich
die erwünschte
Masse aufgebracht werden, sogar unter örtlichem Verzicht auf eine
Masse 4 falls aus akustischen Gründen eine solche an einer bestimmten
Stelle nicht erforderlich ist.
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Das
Granulat 3 kann auf der Basis-Masseschicht 1,
bzw. der Trägerschicht,
in jeder an sich üblichen
Weise aufgebracht werden, besonders geeignet sind solche Vorgehensweisen,
die eine sehr genaue Bestimmung des Bereiches 5 und der
dort aufzubringenden Höhe
des Granulats 3 erlauben, etwa Vorgehensweisen mittels
denen das Granulat 3 mittels einer Matrize, einem Legebalken,
einer gerasteten Schablone oder dergleichen aufbringbar ist.
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Von
besonderem Vorteil ist ein Granulat aus den gleichen thermoplastischen
Material, wie dasjenige der Basis-Masseschicht 1, oder
ein Granulat aus einem vom Schmelzpunkt und der Dichte ähnlichen thermoplastischen
Material, da hier durch das Versintern sowie die feste Verbindung
mit der Basis-Masseschicht 1 vereinfacht und erleichtert
wird.