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Die Erfindung betrifft ein schwingungsdämpfendes und schalldämmendes Bauteil zur nachträglichen Schwingungsdämpfung von Schallquellen umfassend mindestens ein Verbundblechteil bestehend aus einem Werkstoff mit mindestens einer Metallschicht und genau einer Kunststoffschicht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen des schalldämpfenden Bauteils zur Körperschalldämpfung und Luftschalldämmung.
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Schwingungsdämpfende bzw. schalldämpfende Bauteile werden dann eingesetzt, wenn die Schallemissionen einer Schallquelle als unangenehm oder störend empfunden werden. Häufig sind es Motoren oder andere antreibende Elemente, welche entweder selbst oder über mit ihnen verbundene Bauteile Schwingungen erzeugen, die als Schall wahrnehmbar sind. Die Schwingungen der Schallquellen übertragen sich auf andere Elemente und bewirken zum Teil unangenehme Dröhngeräusche. Oft werden die als die unangenehm empfundenen lauten Geräusche erst in Verbindung mit weiteren, die Resonanzfrequenz des gesamten Aufbaus beeinflussenden Bauteilen wahrnehmbar. In diesen Fällen muss die Schallquelle nachträglich schwingungsgedämpft werden, so dass schwingungsdämpfende Bauteile zur nachträglichen Schalldämpfung von Schallquellen Verwendung finden. Bisher war es üblich, diese schwingungsdämpfenden Bauteile, welche aus einem Werkstoff mit einer Metallschicht und einer Kunststoffschicht bestehen durch Aufkleben mit der Schallquelle zu verbinden, um die Schallemissionen zu reduzieren. Diese stoffschlüssige direkte Verbindung mit der Schallquelle hat allerdings den Nachteil, dass aufgrund der Schwingungen der Schallquelle es zu einem Lösen der Klebeverbindung kommen kann. Damit kann eine dauerhafte Schwingungsbedämpfung der Schallquelle nicht gewährleistet werden. Darüber hinaus sollen Maßnahmen zur nachträglichen Schwingungsdämpfung von Schallquellen besonders kostengünstig ausgestaltet sein.
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Die Druckschrift
DE 102 31 171 A1 offenbart eine mehrschichtige Schalldämpfungsabdeckung, die eine Abdichtlage und eine Schwingungshemmlage aus Kunststoff und eine Schallisolationslage aus Metall aufweist. Die Schichtdicke der Schwingungshemmlage wird mit mindestens 2 mm angegeben.
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Aus dem US-Patent
US 5,271,142 A ist darüber hinaus eine schwingungsdämpfende Abdeckung eines Kraftfahrzeugs in Form einer Ölwanne bekannt. Für die schwingungsdämpfende Kunststoffschicht wird eine Mindestdicke von 127 µm angegeben.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein schwingungsdämpfendes Bauteil zur nachträglichen Schwingungsdämpfung von Schallquellen vorzuschlagen, welches eine dauerhafte Schwingungsdämpfung der Schallquellen ermöglicht und auf einfache Weise gezielt nachgerüstet werden kann.
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Die oben aufgezeigte Aufgabe wird nach einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung mit einem schwingungsdämpfenden Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das Verbundblechteil wird erfindungsgemäß in mindestens einem Umformschritt umgeformt und weist umgeformte Flansche auf, welche für eine formschlüssige und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung des Verbundblechteils an die Schallquelle verwendet werden.
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Durch den vorgesehen Umformschritt, kann das Verbundblechteil einerseits an die Form der Schallquelle angepasst werden, so dass die Schallquelle beispielsweise zumindest teilweise von dem Verbundblechteil umschlossen wird. Andererseits können durch den Umformschritt auf einfache Weise Flansche bereitgestellt werden die für eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Anbindung des Verbundblechteils an die Schallquelle genutzt werden können. Im Unterschied zu den bisherigen Anbindungen gewährleistet ein Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss eine dauerhafte Anbindung an die Schallquelle, selbst wenn Vibrationen auf das Verbundblechteil übertragen und durch dieses gedämpft werden. Durch die Verwendung der Flansche des Verbundblechteils können beispielsweise auf besonders einfache Art und Weise form-, kraft und/oder stoffschlüssige Verbindungen zu anderen Verbundblechteilen oder der Schallquelle bereitgestellt werden, um eine dauerhafte Einkapselung einer Schallquelle zu erreichen. Eine formschlüssige Anbindung der Verbundblechteile an die Schallquelle kann aber auch zusätzlich durch eine kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung unterstützt werden.
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Zur Gewichtsbeschränkung des schwingungsdämpfenden Bauteils ist vorgesehen, dass die Kunststoffschicht eine Dicke von 20 µm bis 120 µm aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere in diesen Dickenbereichen der schwingungsdämpfende Effekt der Kunststoffschicht im Verbund mit der äußeren Metallschicht besonders groß ist und eine einfache Verarbeitung des Verbundblechteils ermöglicht.
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Erfindungsgemäß sind zur vollständigen Ummantelung oder Einhausung einer Schallquelle ein oder mehrere Verbundblechteile vorgesehen, wobei die Verbundblechteile zumindest teilweise über die Flansche miteinander verbunden sind. Eine vollständige Ummantelung oder Einhausung einer Schallquelle ermöglicht eine maximale Schalldämpfung und -dämmung. Durch die Verwendung mehrerer Verbundblechteile können auch komplex geformte Schallquellen nachträglich schwingungsgedämpft bzw. schallisoliert werden.
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Sind Befestigungsmittel gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Bauteils zur Anbindung der Flansche der Verbundblechteile an die Schallquelle und/oder an andere Verbundblechteile vorgesehen, können die Verbundblechteile beispielsweise eine wieder lösbare schwingungsdämpfende Einhausung einer Schallquelle bilden, beispielsweise wenn lösbare Schrauben als Befestigungsmittel verwendet werden. Nieten und andere Formelemente können ebenfalls zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindungen von Verbundblechteilen bzw. deren Anbindung an die Schallquelle dienen.
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Eine nicht lösbare Verbindung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die umgeformten Flansche mindestens eines Verbundblechteils zumindest abschnitts- oder punktweise verschweißte, verlötete und/oder geklebte Verbindungsstellen aufweisen. Die beispielsweise verschweißten Verbindungsstellen führen ebenfalls zu einem sehr dauerhaften Formschluss der Verbundblechteile mit der Schallquelle.
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Die Metallschicht des Verbundblechteils kann aus Stahl, Titan, Magnesium oder Aluminium bestehen. Als Kunststoffschichten werden entweder thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschichten eingesetzt. Das Metall kann je nach Anwendung und benötigter Steifigkeit ausgewählt werden. Titan und Magnesium weisen dabei geringste Gewichte bei hohen Steifigkeiten auf. Aluminium und Stahl sind dagegen deutlich kostengünstiger und weisen ein sehr gutes Umformverhalten auf. Ist eine thermoplastische Kunststoffschicht vorgesehen, besteht die Möglichkeit das Verbundblechteil in warmem Zustand umzuformen, ohne dass ein Verbindungsverlust zwischen Metallschicht und Kunststoffschicht erfolgt. Bei der Verwendung von duroplastischen Kunststoffschichten muss das Verbundblechteil zwar vor dem vollständigen Aushärten des duroplastischen Werkstoffs umgeformt werden, allerdings ergibt sich auch eine verbesserte Temperaturstabilität, da der duroplastische Kunststoff bei höheren Temperaturen nicht schmilzt. Selbstverständlich ist auch eine kalte Formgebung möglich.
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Weist das Verbundblechteil eine Metallschicht aus Stahl auf, so beträgt die Dicke der Stahlschicht vorzugsweise maximal 0,75 mm. Diese Dicke führt bei geringem Gewicht zu einer ausreichenden Festigkeit. Bei einer Metallschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist vorzugsweise eine maximale Dicke von 1,5 mm vorgesehen, um die notwendige Steifigkeit zur Schwingungsdämpfung aufzuweisen.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung des Bauteils sind als Verbundblechteile mindestens zwei flanschbehaftete Halbschalen vorgesehen, welche zumindest teilweise an ihren Flanschen miteinander formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Aus zwei Halbschalen kann beispielsweise auf einfache Weise eine Ummantelung einer rohrförmigen Schallquelle erzeugt werden, die diese vollständig umschließt und eine dauerhafte Ummantelung der Schallquelle und damit eine dauerhafte Schwingungsdämpfung der Schallquelle gewährleistet. Kumulativ können die Verbundblechteile auch kraft- und stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Hierdurch wird zwar der Herstellungsaufwand erhöht, die zusätzlichen Verbindungsmaßnahmen sichern eine dauerhafte formschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Anbindung ab.
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Sind die Flansche mindestens eines Verbundblechteils als Falz ausgebildet und ist mindestens eine Schiebefalz zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssige Verbindung der Falze des mindestens einen Verbundblechteils vorgesehen, kann eine weitere einfache Möglichkeit zur dauerhaften Befestigung eines schwingungsdämpfenden und schalldämmenden Bauteils an einer Schallquelle bereitgestellt werden, welche lediglich über einen Formschluss und/oder Kraftschluss durch die Schiebefalz die Anbindung des Verbundblechteils an die Schallquelle gewährleistet. Die Schiebefalz kann zusätzlich durch einen stoffschlüssige Verbindung gesichert werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils zur Schwingungsdämpfung und Schalldämmung von Motoren, Elektromotoren, Stirlingmotoren, Gewerken von Klimaanlagen, Lüftungen und Lüftungsrohren. Bei allen Anwendungsgebieten im Bereich von Motoren, Lüftungen und Lüftungsrohren können minimale Schwingungen störende Geräusche produzieren, welche zu nachträglichen schwingungsdämpfenden Maßnahmen führen. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils ermöglicht eine besonders kostengünstige und effektive Schwingungsdämpfung der genannten potentiellen Schallquellen, wobei die feste Anbindung des schwingungsdämpfenden Bauteils an die Schallquelle unabhängig von den Schwingungseigenschaften der Schallquelle dauerhaft gewährleistet werden können.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 in einer schematischen Schnittansicht ein schwingungsdämpfendes Bauteil mit umgeformten Flanschbereichen,
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2 in einer schematischen Seitenansicht den Aufbau des Verbundwerkstoffs des schwingungsdämpfenden Bauteils,
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3 in einer schematischen Seitenansicht einer zu bedämpfenden Schallquelle,
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4a bis c) drei verschiedene Ausführungsbeispiele schwingungsdämpfender Bauteile gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein erfindungsgemäßes, schwingungsdämpfendes Bauteil zur nachträglichen Schwingungsdämpfung beispielsweise einer zylinderförmigen Schallquelle bestehend aus einem Verbundblechteil 1, welches zu einem rohrförmigen Körper umgeformt worden ist und Flansche 4 aufweist. Das Verbundblechteil besteht aus einer Metallschicht 2 und einer Kunststoffschicht 3. Die Flansche 4 dienen zur formschlüssigen und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Anbindung des Verbundblechteils 1 an die Schallquelle 5, welche im Inneren des rohrförmigen schwingungsdämpfenden Bauteils angeordnet ist. Der Verbundwerkstoff des schwingungsdämpfenden Bauteils aus 1 ist in 2 in einer Schnittansicht dargestellt. Dieser besteht aus einer Metallschicht 2 und einer Kunststoffschicht 3. Die Metallschicht besteht bevorzugt aus Stahl und weist bevorzugt eine Dicke von maximal 0,75 mm auf. Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von vorzugsweise maximal 1,5 mm, Magnesium oder Titan kommen aber auch in Frage. Als Kunststoff kann beispielsweise ein Acrylat verwendet werden, wobei dessen Dicke dann bevorzugt 80 µm bis 120 µm beträgt. Aber auch andere thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe können für die Kunststoffschicht abhängig von der jeweiligen Anwendung verwendet werden, wie beispielsweise Polyester, Polyurethan oder Epoxidharzsysteme ggf. mit weichmachenden Füllstoffen. In 3 ist eine nachträglich zu bedämpfende Schallquelle 5 dargestellt, welche einen Elektromotor eines Spindelantriebs darstellt. Der Elektromotor, welcher hier die Schallquelle 5 bildet, weist einen zylinderförmigen Körper auf und kann auf einfache Weise über das in 1 dargestellte schwingungsdämpfende Bauteil nachträglich bedämpft werden. Insbesondere die Tatsache, dass die Flansche 4 des schwingungsdämpfenden Bauteils aus 1 zu einer formschlüssigen und/oder kraft- und/oder stoffschlüssigen Verbindung des Bauteils mit der Schallquelle 5 verwendet werden, gewährleistet, dass die schwingungsdämpfenden und schalldämmenden Eigenschaften des Bauteils dauerhaft beibehalten werden.
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4a), b) und c) zeigen verschiedene Ausführungsformen des schwingungsdämpfenden Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung, welche besonders einfach für die Schwingungsdämpfung des Elektromotors aus 3 nachträglich verwendet werden können. Der Einfachheit halber sind die Metallschicht und die Kunststoffschicht nicht als einzelne Schichten dargestellt. In 4a) umschließen beispielsweise zwei Verbundblechteile 1’, 1’’, welche als Halbschalen ausgebildet sind, die Schallquelle 5. Die Flanschbereiche 4 sind als Falz ausgebildet und werden über zwei Schiebefalze 6 formschlüssig miteinander verbunden, so dass eine dauerhafte Anbindung an die Schallquelle 5 erreicht wird. Die Schiebefalz 6 kann zusätzlich über einen Kraftschluss oder eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine Verklebung gesichert werden.
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In 4b) ist ein Verbundblechteil 1 zu einem rohrförmigen Körper umgeformt worden, wobei die Flanschbereiche 4 ebenfalls als Falze ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich eine Schiebefalz 6 benötigt, um das Verbundblechteil 1 an die Schallquelle 5 anzubinden.
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4c) zeigt ein schwingungsdämpfendes Bauteil, welches aus zwei Verbundblechteilen 1’, 1’’, welche wieder als Halbschalen ausgebildet sind, aufgebaut ist. Die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Anbindung an die Schallquelle 5 wird in dem Ausführungsbeispiel aus 4c) über Befestigungsmittel 7 erreicht, über welche die Flansche 4 der Halbschalen miteinander verbunden werden. Als Befestigungsmittel kommen beispielsweise Schrauben, Nieten, Durchsetznieten usw. in Frage. Prinzipiell sind aber auch kraftschlüssige Verbindungen durch Prägung der Flanschbereiche möglich. Eine weitere hohe Sicherheit in Bezug auf das Lösen der Verbindungen der Verbundblechteile 1’ und 1’’ ermöglichen punkt- oder abschnittsweise Schmelzschweißverbindungen der Flansche, welche zusätzlich vorgesehen sein können. Auch in den 4a), b) und c) ist der Werkstoff des Verbundblechteils 1, 1’, 1’’ nicht im Detail dargestellt.
