-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schalldämmelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
Solche Schalldämmelemente eignen sich zur Schalldämmung, beispielsweise im Automobilbereich, für Schienenfahrzeuge, ganz allgemein in der Industrie, wie der Bauindustrie, der Anlagentechnik oder dem Kraftwerksbau, sowie zur Schalldämpfung bzw. Schallabsorption. Derartige Schalldämmelemente kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn aufgrund relativ geringer zur Verfügung stehender Bauhöhe oder schwieriger geometrischer Strukturen andere Schalldämmelemente nicht eingesetzt werden können.
-
Schalldämmelemente aus einer Lage offenporigen Materials, das mit einer Imprägnierung beschichtet oder getränkt ist, die wiederum ein oder mehrere Bindemittel und einen Füllstoff enthält, sind in vielerlei Variationen bekannt. So sind beispielsweise Schalldämmelemente bekannt, bei denen das offenporige bzw. offenzellige Material ein Polyurethanschaum ist. Dieser Polyurethanschaum ist mit einer Imprägnierung getränkt, die ein Acrylharz als Bindemittel und Aluminiumtrihydrat, auch als Aluminiumhydroxid, kurz ATH (Formel: Al(OH)3), bekannt und Calciumcarbonat (Formel: CaCO3) als Füllstoff enthält. Durch eine derartige Tränkung kann das Raumgewicht beispielsweise bei Platten mit 15 mm Dicke auf 230 kg/m3 erhöht werden, und bei Platten mit nur 5,5 mm Dicke kann sogar ein Raumgewicht von 290 kg/m3 erzielt werden. Die geringere Dicke führt zu einer besseren Durchwirkung mit der Tränkung, beispielsweise im Tauchbad. Die Erhöhung des Raumgewichts dient der Verbesserung der Schalldämmeigenschaften. Da der Polyurethanschaum offenzellig bzw. offenporig ist, werden auch die Schalldämpfungs- und Schallabsorptionseigenschaften positiv beeinflusst.
-
Weiterhin sind Schaumstoffe für Schallschutzanwendungen bekannt, die z.T. Magnetit aufweisen. Die
DE 10 2009 034 089 A1 offenbart einen mit Magnetit gefüllten Polyester-Kunststoff. Das Magnetitpulver und die zur Herstellung des Bauteils dienende Polyesterschmelze werden hier direkt miteinander vermischt.
-
Ähnliches gilt für die
DE 20 2004 008 165 U1 . Offenbart ist ein schallisolierendes Bauteil aus einem thermoplastischen Polymer auf Basis von Styrol und Füllstoff. Bevorzugt enthält der Füllstoff Magnetit als Bestandteil des Polymers. Das Magnetit soll ein günstiges Fließverhalten für das Spritzgießen bzw. Spritzprägen erzielen.
-
Die
EP 1 770 114 A1 offenbart eine Schalldämmplatte, bestehend aus einem thermoplastischen Elastomer auf Basis von Styrol, einem anorganischen Füllstoff, einem weiteren elastischen Polymer und einem Plastifizierungs- oder Dispergierhilfsmittel. Die Schalldämmplatte wird auch hier durch Mischen der Komponenten in der Schmelze und anschließender Extrusion hergestellt.
-
Weiterhin kennt der Stand der Technik aus der Druckschrift
WO 2008 104 491 A1 einen Schaumstoff, der mit einem elastischen Material, das magnetisierbare Teilchen enthält, imprägniert ist. Als Beispiel für ein magnetisierbares Teilchen nennt die Druckschrift
WO 2008 104 491 A1 Magnetit.
-
Die Druckschrift
US 7 757 809 B2 offenbart eine Membran auf einer porösen Kernschicht.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schalldämmeigenschaften derartiger Schalldämmelemente noch weiter zu verbessern. Außerdem soll ein Bauteil, wozu insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil zu zählen ist, mit verbesserten Schalldämm- und Schalldämpfungseigenschaften angegeben werden.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Schalldämmelement gemäß Anspruch 1 bzw. einem Bauteil gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Ein erfindungsgemäßes Schalldämmelement weist eine Lage aus offenporigem Material auf, das mit einer Imprägnierung aus Bindemittel und Füllstoff getränkt oder beschichtet ist. Die Tränkung erfolgt mittels der bekannten Vollbadimprägnierung – auch als Foulardierung bezeichnet – die nicht eigens beschrieben zu werden braucht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als Füllstoff Magnetit (Fe3O4) gewählt wird. Da Magnetit eine Dichte von etwa 5,2 g/cm3 aufweist, kann dementsprechend das Raumgewicht des erfindungsgemäßen Schalldämmelements auf bis zu 500 kg/m3 oder noch darüber erhöht werden, und demzufolge können die Schalldämm- und Schalldämpfungseigenschaften sehr stark verbessert werden. In ähnlicher Weise werden auch die Schalldämmungs- und Schalldämpfungseigenschaften eines mit einem derartigen Schalldämmelement versehenen Bauteils verbessert. Bei dem vorgenannten erfindungsgemäßen Schalldämmelement werden jedoch nicht nur die vorgenannten akustischen Eigenschaften verbessert, sondern auch der mit dem Schalldämmelement erzielte Antidröhneffekt und die Vibrationen werden reduziert. Wie bereits bei der Erläuterung des Stands der Technik erwähnt, wird durch die Offenzelligkeit des offenporigen Materials auch die Schallabsorptionsfähigkeit des Schalldämmelements erhöht.
-
Alternativ kann das offenporige Material aber auch beschichtet werden, einseitig, doppelseitig oder an einzelnen ausgewählten Seiten, je nach Anwendungszweck. Auch eine nur partielle Imprägnierung durch Beschichtung oder Tränkung ist möglich. Die Imprägnierung kann also nur als Oberflächenbeschichtung oder auch als Tränkung, d.h. für ein Tauchbad, verwendet werden, so dass das Schalldämmelement nur auf der Oberfläche oder vollständig von der Imprägnierung bedeckt bzw. durchtränkt wird.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Imprägnierung ist, dass damit auch herkömmliche Schalldämmelemente auch noch nachträglich imprägniert und somit verbessert werden können. Das erfindungsgemäße Schalldämmelement weist überdies den Vorteil auf, dass das Magnetit eine Barriere gegen elektrische Strahlung bildet und daher Elektrosmog abschirmen kann.
-
Die Schalldämmeigenschaften können besonders stark verbessert werden, wenn das Raumgewicht des Schalldämmelements mindestens 300 kg/m3, bevorzugt 400 kg/m3, vorzugsweise mindestens 450 kg/m3 und weiter vorzugsweise etwa 500 kg/m3 aufweist.
-
Es ist von Vorteil, wenn das offenporige Material ein Raumgewicht von etwa 5 bis 50 kg/m3, bevorzugt 18 bis 40 kg/m3 aufweist, wobei ein Raumgewicht von etwa 20 bis 30 kg/m3 und insbesondere 25 kg/m3 besonders bevorzugt ist. Hierdurch können die Schallabsorptionseigenschaften optimiert werden.
-
Das erfindungsgemäße Schalldämmelement enthält etwa 70 bis 90 Gew.% Magnetit. Eine weitere Optimierung des erfindungsgemäßen Schalldämmelements ist möglich, wenn die Imprägnierung etwa 75 bis 85 Gew.-% und weiter vorzugsweise etwa 80 Gew.-% Magnetit enthält. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Schalldämmelement etwa 3 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise etwa 4 bis 6 Gew.-% und insbesondere etwa 5 Gew.-% offenporiges Material enthält.
-
Das erfindungsgemäße Schalldämmelement weist zudem eine Schall absorbierende Membran auf, die mit einer Hauptfläche des Schalldämmelements jedenfalls teilweise verbunden ist. Die Schallabsorptionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Schalldämmelements kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass eine Schall absorbierende Membran vorgesehen ist, die mit einer Hauptfläche des Schalldämmelements jedenfalls teilweise verbunden ist, beispielsweise die auf eine Hauptfläche des Schalldämmelements jedenfalls zum Teil aufkaschiert bzw. aufgeklebt ist. Als Hauptfläche wird bei einem flächigen Schalldämmelement eine solche Fläche verstanden, die die Ober- bzw. Unterseite bildet, d.h. die zwei Seiten mit der größeren Fläche.
-
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Membran nur mit einem Teil ihrer Fläche mit dem Schalldämmelement verbunden, so dass die Membran zumindest teilweise, d.h. in einem bestimmten Umfang, schwingen und dadurch Schall absorbieren kann. Die Membran könnte selbstverständlich auch vollflächig, beispielsweise mit einer Doppelkleberschicht, auf einer Hauptfläche des Schalldämmelements – oder auch auf beiden Hauptflächen – befestigt werden. Die Schallabsorptionsfähigkeit wird jedoch verbessert, wenn die Membran beispielsweise mittels vieler Klebestreifen von beispielsweise 20, 30, 50 mm Breite oder noch größerer Breite auf das Schalldämmelement geklebt wird, wobei dann jeweils ebenfalls 20, 30, 50 mm breite oder noch breitere Freiräume zwischen den Kleberstreifen verbleiben. Alternativ kann die Membran auch mittels einzelner Klebepunkte auf dem Schalldämmelement fixiert werden.
-
Es ist bevorzugt, die Membran aus Polyester auszubilden. Weitere bevorzugte Materialien sind Polyurethan, Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder auch Viskose. Erfindungsgemäß weist die Membran ein Flächengewicht von etwa 30 bis 50 g/m2 auf. Vorzugsweise weist die Membran ein Flächengewicht von etwa 35 bis 45 g/m2 und weiter vorzugsweise ein Flächengewicht von etwa 40 g/m2 auf. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Membran eine Dicke von etwa 10 bis 500 μm aufweist, wobei es weiter bevorzugt ist, dass sie eine Dicke von etwa 30 bis 100 μm und insbesondere eine Dicke von nur etwa 50 μm aufweist.
-
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Membran zusätzlich kleine Löcher aufweist, wobeidie Löcher einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als die doppelte Dicke der Membran. Vorzugsweise ist der Durchmesser kleiner als die einfache Dicke der Membran. Hierbei durchsetzen die Löcher die Membran senkrecht zur Hauptfläche, Diese Dimensionierung hat sich als besonders akustisch wirksam für die Schallabsorption erwiesen.
-
Es ist bevorzugt, das elektrisch leitfähige, ferrimagnetische Magnetit der Imprägnierung zu magnetisieren. Dadurch wird eine entsprechend ausgestaltete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämmelements magnetisch und kann – beispielsweise während der Montage – an Blechoberflächen anhaften. Dieser Effekt kann somit als Montagehilfe eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Verbindung eines erfindungsgemäßen Schalldämmelements mit dem damit zu bestückenden Bauteil dauerhaft auf der Grundlage dieses magnetischen Anhaftens auszugestalten. Hierdurch wird das zusätzliche Vorsehen einer entsprechenden Kleberschicht entbehrlich.
-
Wie bereits erläutert, ist das offenporige Material vorzugsweise ein Polyurethanschaum. Alternativ oder zusätzlich können auch eine Naturfasermatte (wie beispielsweise eine Kokosfasermatte), ein Polyestervlies bzw. Polyesterfaservlies und ein Melaminschaum als offenporiges Material verwendet werden.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Bindemittel eine Acrylat- bzw. Polyacrylatdispersion ist. Ferner können als Bindemittel auch Kunst- oder Naturharze, Kautschuk-, Polyurethan- und Bitumendispersionen sowie Wachsemulsionen verwendet werden, wobei auch eine Kombination dieser Stoffe möglich ist.
-
Bevorzugt wird das offenporige Material an einer oder beiden Seiten des Schalldämmelements mit der erfindungsgemäßen Imprägnierung oberflächenbeschichtet, so dass es zu einem Feder-Masse-System kommt, was die schalldämmenden bzw. schalldämpfenden Eigenschaften weiter verbessert. Die schweren, mit der Imprägnierung ausgestatteten Seiten des Bauteils schwingen um das in der Mitte des Bauteils liegende, offenporige, leichtere Schaummaterial, das wie eine Feder wirkt.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem mit einem Bauteil, insbesondere mit einem Kraftfahrzeugbauteil, gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass es mit einem der vorstehend beschriebenen Schalldämmelemente beschichtet ist. Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Besonderheiten sowie die entsprechenden Vorteile der Schalldämmelemente treffen in analoger Weise auch auf das erfindungsgemäße Bauteil zu und brauchen daher nicht gesondert erläutert werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:
-
1 im Querschnitt eine erste vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämmelements, wie es auf einem Bauteil angebracht ist,
-
2 im Querschnitt eine zweite vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämmelements auf einem Bauteil, und
-
3 Anwendungsarten der Imprägnierung an verschiedenen Oberflächen des Schalldämmelements.
-
In 1 ist eine Lage aus Polyurethanschaum 20 dargestellt. Der Polyurethanschaum 20 ist offenzellig bzw. offenporig, was durch entsprechende Kanäle 22 und Ausnehmungen 24 angedeutet ist. Der Polyurethanschaum 20 ist mit einer Imprägnierung 30 getränkt, die somit in einen Großteil der Kanäle 22 und Ausnehmungen 24 eingedrungen ist. Die Imprägnierung 30 umfasst neben einer Polyacrylatdispersion als Bindemittel große Mengen an Magnetit, so dass das dadurch gebildete Schalldämmelement 10 ein Raumgewicht von etwa 500 kg/m3 erreichen kann. Das Schalldämmelement 10 ist an seiner unteren, einem Bauteil 50 zugewandten Hauptfläche 11 mit einer Kleberschicht 60 versehen, mittels der es an dem Bauteil 50 flächig angeklebt ist. Ein derartiges Bauteil 50 weist nicht nur sehr gute Schalldämmeigenschaften auf, indem es entsprechenden Schall nicht weiterleitet, sondern es ist auch sehr gut entdröhnt, da es selbst dann, wenn es in Schwingungen versetzt wird, diese stark abdämpft. Außerdem absorbiert ein derartiges Bauteil einen Großteil des auf es auftreffenden Schalls aufgrund der Offenzelligkeit des Polyurethanschaums 20.
-
2 zeigt eine zweite vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämmelements 10, das sich von der ersten Ausführungsform in folgenden Punkten unterscheidet: Das Magnetit wurde vor Anbringung des Schalldämmelements 10 auf dem Bauteil 50 dauerhaft magnetisiert, weshalb es fest an dem (aus Blech befindlichen und damit magnetischen) Bauteil 50 haften kann. Das Vorsehen der dargestellten Kleberschicht 60 kann daher ggf. entbehrlich sein. Außerdem ist an der vom Bauteil 50 abgewandten (hier oben dargestellten) Hauptfläche 12 eine akustisch wirksame, Schall absorbierende Membran 40 aus Polyester, genauer gesagt aus einem Polyestervlies, angebracht. Diese Membran 40 ist mittels einzelner Klebestreifen 62 mit einer Breite von beispielsweise 20 mm angeklebt. Die Klebestreifen 62 weisen einen Abstand voneinander von ebenfalls 20 mm auf. Dadurch kann die Membran 40 an den nicht angeklebten Stellen schwingen und somit zusätzlich Schall absorbieren.
-
Selbstverständlich könnte die Befestigung der Membran 40 anstatt mittels Kleberstreifen 62 auch mithilfe von Klebepunkten erfolgen. Auch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten kann gewählt werden, um beispielsweise die Ränder der Membran mittels umlaufender Klebestreifen und die übrige Fläche mittels vieler Klebepunkte zu befestigen. Auch eine rasterartige Verbindung mit Klebestreifen oder Klebepunkten ist möglich, je nach zu dämmender bzw. zu dämpfender Frequenzen.
-
3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämmelements 10, das an einer oder beiden Seiten des Polyurethanschaums 20 mit einer Imprägnierung 30 versehen ist, die allerdings nur die Oberfläche beschichtet, d.h. der Schaum wurde nicht vollständig durchtränkt. Die Imprägnierung kann dabei auch in die oberflächennahen Schichten des Schaums eindringen, jedoch wird eine vollständige Durchtränkung vermieden. Die Beschichtung mit der Imprägnierung (30) kann dabei an einer oder beiden der Hauptflächen (11, 12) erfolgen, an einer, zwei, drei oder allen vier Seitenflächen (43a–d) oder mittels einer Rundumbeschichtung. Die Flächengewichte einer solchen Beschichtung liegen dann bei etwa 1–12 kg/m2.
-
Es ist festzuhalten, dass in Bezug auf einzelne Ausführungsformen beschriebene Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise die Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Schichten relativ zueinander sowie die entsprechenden Materialien, auch bei anderen Ausführungsformen einzeln oder kumulativ vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Schalldämmelement
- 11
- untere Hauptfläche
- 12
- obere Hauptfläche
- 20
- offenporiges Material/Polyurethanschaum
- 22
- Kanal
- 24
- Ausnehmung
- 30
- Imprägnierung/Magnetit
- 40
- Membran
- 50
- Bauteil
- 60
- Kleberschicht
- 62
- Kleberstreifen
