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Dämpfungsmaterial für mechanische oder akustische Schwingungen oder
StößE, Auf nahezu allen Gebieten der Technik bildet es ein Problem größter Bedeutung,
die unerwünschte Auswirkung mechanischer oder akustischer Schwingungen oder Stöße
zu bekämpfen.
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Solche Schwingungen oder Stöße entstehen beispielsweise beim Betrieb
von Kraft- oder Werkzeugmaschinen oder mechanischen Vorrichtungen und Geräten oder
bei Meßinstrumenten, oder sie werden beispielsweise bei Fahrzeugen durch Fahrbahn-Unebenheiten
hervorgerufen. Sie können auch als übertragener Trittschall in Arbeitsräumen oder
Wohnungen eine Störung für die Nachbarräume ergeben. Nicht nur die in festen Körpern
fortgeleiteten Schwingungen können zu Störungen und unerwünschten Auswirkungen führen,
sondern dies kann auch durch Schwingungen oder Stöße bewirkt werden, die sich in
Gasen oder Flüssigkeiten fortpflanzen.
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Es ist bereits bekannt, zur Unterbindung der Fortleitung mechanischer
bzw. akustischer Schwingungen oder Stöße an geeigneten Stellen Stoffe anzubringen,
durch die die Schwingungs- bzw. Stoßenergie durch innere molekulare Vorgänge in
diesen Stoffen mehr oder weniger vernichtet wird. Diese Stoffe werden hierbei vorübergehend
elastisch deformiert. Übliche Stoffe mit dieser Eigenschaft sind natürlicher oder
synthetischer Kautschuk oder sich gleichartig verhaltende Kunststoffe. Beispielsweise
ist ein elastisches Maschinenelement bekannt, bei welchem ein gießbarer Kunststoff
das Bindeglied zwischen zwei Metallhalterungen bildet. Ferner ist bekannt, als stoß-
und schalldämpfendes Material Schaumstoff aus Polyesterharzen und Isocyanaten so
herzustellen, daß seine Struktur schichtweise verändert ist, beispielsweise von
grobporiger zu feinporiger Beschaffenheit übergeht. Es ist auch bekannt, zur Verringerung
der Schallreflexion an festen Wänden diese mit Schallenergie schluckenden Überzügen
zu versehen, wodurch die auftreffenden Schwingungen gedämpft werden. Zusätzlich
ist es von Vorteil, dabei auch das Prinzip des sog. akustischen Labyrinthes anzuwenden,
bei welchem die Schallwellen in Öffnungen der Dämpfungskörper hineinlaufen und innerhalb
entsprechend bemessener Kanäle gedämpft werden.
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Die bisher für Dämpfungskörper der beschriebenen Art verwendeten Stoffe
haben sich noch nicht als völlig ausreichend oder befriedigend erwiesen. Die innere
Dämpfung dieser Stoffe ist bei der notwendigen Elastizität nicht groß genug, so
daß es erforderlich war, Dämpfungskörper von verhältnismäßig großen Ausmaßen oder
dämpfende Überzüge von bedeutender Schichtdicke zu verwenden. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein voll elastisches Dämpfungsmaterial anzugeben, welches
eine wesentlich bessere innere Dämpfung auf mechanische und akustische Schwingungen
und Stöße ausübt, als dies bei den bisher gebräuchlichen Materialien der Fall ist.
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Die Erfindung besteht in der Verwendung eines Materials, welches wenigstens
zum Teil aus Copolymerisaten, wie beispielsweise aus Vinylidenfluorid und/oder Hexafluorpropylen
und/oder Trifluoraethylen und/oder Perfluorpropylen, mit hohem Fluoranteil besteht,
als Dämpfungsmaterial für mechanische oder akustische Schwingungen bzw. Stöße, vorzugsweise
in Gestalt eines besonderen mechanischen Bauelementes.
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Versuche haben gezeigt, daß diese Materialien eine außerordentlich
hohe dämpfende Wirkung aufweisen. So bleibt z. B. eine auf eine verhältnismäßig
dünne Schicht dieserMaterialien auffallende Stahlkugelpraktisch gleichsam wie festgehalten
ohne Rückprall liegen; dies ist ein überraschender Vorgang, der ganz im Gegensatz
zu den Rückprallerscheinungen bei Aufprall auf elastischen Kautschuk steht.
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Bisher war die Verwendung der genannten Materialien nur für Schutzüberzüge
von Walzen, für Spezialschläuche, Saugnäpfe, elektrische Isolationen, Armaturen
und Bauteile von Chemikalienpumpen, Dichtungen aller Art und für wetterfeste Ausführung
von Geräten bekannt. Die große chemische Beständigkeit und die hohe Temperaturfestigkeit
waren hierfür bestimmend.
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Es sei erwähnt, daß eine bekannte Untersuchungsmethode zur Unterscheidung
echter Mischpolymerisate und Polymerisatgemischen darauf beruht, das Maximum der
Schwingungsdämpfung in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Mischpolymerisate
zeigen mir ein solches Maximum, während
Polymerisatgemische entsprechend
der Heterogenität ihres Aufbaues zwei oder mehr solche Maxima aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Materialinn als Mittel für
die Dämpfung mechanischer bzw. akustischer Schwingungen oder von Stößen ergibt wegen
i irer hohen inneren Dämpfungswirkung ganz überraschende Verbesserungen gegenüber
dem Ergebnis bei der Verwendung von bisher zu diesem Zweck vorgeschlagenen elastischen
Dämpfungsstoffen.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Bauelement für Schwingungs-
und Stoßdämpfung, welches zu einem wesentlichen Teil aus einem der genannten Copolymerisate
besteht. Dabei kann das genannte Material einen Oberflächenbelag auf dem Bauelement
bilden.
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Besondere Vorteile ergibt beispielsweise die Verwendung eines der
genannten Materialien bei Schwingungsdämpfern für Maschinen- und Gerätefundamente,
für Stoß- und Schwingungsdämpfer von Fahrzeugen, Lagerung von Kraftfahrzeugmotoren,
als Material für die Laufringe von Rädern oder auch für Zahnräder in beliebigen
Getrieben.
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Mikroskopische und oszillographischeUntersuchungen haben ergeben,
daß die genannten Materialien bei mechanischer Belastung ein eigenartiges Verhalten
zeigen, welches die überraschenden Eigenschaften bei der Dämpfung von Schwingungen
und Stößen erklären dürfte. In Fig. 1 ist das Ergebnis eines derartigen Belastungsversuches
graphisch dargestellt. Abzissenachse ist die Zeit. Als Ordinate ist die ab Beginn
einer konstanten mechanischen Belastung und ab der Entlastung sich zeigende Deformation
aufgetragen. Wie ersichtlich, deformiert sich das Material nach Einsetzen der Belastung
zunächst ziemlich schnell und gleichmäßig, gleichsam als ob es plastisch wäre. Dieser
Vorgang, der mit einer großen inneren Energieaufzehrung verbunden sein muß, endet
bei Punkt 1, von dem ab ein ganz kurzseitiger, aber deutlich wahrnehmbarer Stillstand
der Deformation eintritt. Es schließt sich dann vom Punkt 2 an ein Gebiet mit noch
schwach zunehmender Deformation an bis zur Erreichung des Kräftegleichgewichts von
Belastungs-und Elastizitätskraft (Punkt 3). Besonders bemerkenswert und eigenartig
ist nun, daß diese stufenweise Deformation praktisch vollkommen mit Aufhören der
Belastung ab Punkt 4 stufenlos zurückgeht, wie es an sich bei den gebräuchlichen
kautschukelastischen Dämpfungsstoffen der Fall ist. Bei diesen wirken sich dann
aber auch noch elastische Gegenkräfte aus, wie aus Fig. 2 und 3 zu ersahen ist.
Diese zeigen den Deformationsverlauf, wenn diese kautschukelastischen Stoffe als
Dämpfungsstoffe verwendet werden. Das andersartige Verhalten der erfindungsgemäßen
Materialien läßt sich besonders gut an der Bewegung eines zwischen diesen Stoffen
mit einem Ende elastisch eingespannten, an sich starren Metallstabes erkennen. Bei
seitlichem Abbiegen des Stabes aus seiner Ruhelage, wobei also nur das Dämpfungsmaterial
deformiert wird, geht der Stab nach Aufhören der Biegekraft ohne Schwingungserscheinung
in seine Ruhelage zurück. Ein solches Verhalten zeigt keines der bisher üblichen,
für Schwingungs- und Stoßdämpfung verwendeten Materialien. Der Rückgang des Stabes
ist hierbei stets mit abklingenden Schwingungsamplituden verbunden, wie die Fig.
2 und 3 zeigen. Die Fig. 3 zeigt das Verhalten eines nicht vollelastischen Materials.
Die überlegenheit der erfindungsgemäß zu verwendenden Materialien ist hieraus besonders
gut erkennbar.