DE1163040B - Verfahren zur Herstellung eines Belages zur Daempfung der Biegeschwingungen von droehnenden Bauteilen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines Belages zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Belages zur Dämpfung von Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen, wie Blechen, bestehend aus gemahlenen Mineralien, z. B. Vermiculit oder Glimmer, oder aus Kornschrot oder dergleichen organischen Stoffen, mit Bindemitteln aus Kunststoff, Kautschuk oder Bitumen.
• Derartige Beläge zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen, insbesondere von Blechen, die man auch als Entdröhnungsmittel bezeichnet, setzen infolge der Dämpfung der Blechschwingungen die Schallabstrahlung der Bleche herab. Die Bleche unterscheiden sich grundlegend von Werkstoffen, die für andere Maßnahmen der Lärmabwehr geeignet sind, z. B. für die Luftschallisolation, die Luftschallabsorption und die Körperschallisolation.
• Zur Luftschallisolation, unter der man die akustische Trennung zweier Räume versteht, sind schwere, biegeweiche Trennwände geeignet oder Doppelwände, bei denen der Zwischenraum zwischen den beiden Wandschalen mit porigen und weichen Werkstoffen ausgefüllt wird, z. B. mit leichten Faserstoffen oder auch mit leichten, weichen, offenporigen Schaumstoffen. Da diese Werkstoffe die Luftbewegung zwischen den zwei Wandschalen der Doppelwände bremsen soll, wirken sie ähnlich wie die Werkstoffe, die zur Luftschallschluckung (Luftschallabsorption) verwendet werden.
• Für die Absorption des Luftschalles wurden außer Glas- und Mineralwollefasern auch erfolgreich Schaumstoffe der verschiedensten Art verwendet. Die schallabsorbierende Wirkung dieser Werkstoffe beruht darauf, daß die Schwingbewegung der Luft an den Porenwänden der Schaumstoffe gebremst wird. Bei Schaumstoffen mit zelliger Struktur beruht die luftschallabsorbierende Wirkung darauf, daß die einzelnen Luftbläschen der Schaumstoffe zu Schwingungen erregt werden und diese Schwingungen Bewegungen in den Zellwänden bewirken. Diese Bewegungen der Zellwände werden durch die Relaxationserscheinungen in den Kunststoffen sehr stark gedämpft, und es wird dadurch dem erregenden Schallfeld Energie entzogen. Zur Dämmung gegen Körperschall bzw. Erschütterung dienen federnd wirkende Polster aus Gummi oder weichen Kunststoffen, seit einiger Zeit aber auch Schaumstoffunterlagen, die je nach der Belastung verschieden weich oder groß gemacht werden. Die Übertragung lästiger hochfrequenter Geräuschanteile auf dem Körperschallweg wird durch solche Zwischenlagen unterbunden.
• Es ist auch bereits bekannt, im Bauwesen Dämmplatten herzustellen und zu verwenden, die aus geschäumten oder schäumungsfähigen Kunststoffen mit Füllstoffen aus gemahlenen Mineralien bestehen, wobei der Füllstoff etwa 50°/a des Volumens ausmachen soll.
• In allen diesen Fällen sind Schaumkunststoffe wegen ihres niedrigen spezifischen Gewichtes beliebte Werkstoffe.
• Die Wirkungsweise der Entdröhnungsmittel beruht aber darauf, daß durch sie die Schwingungen großer Blechflächen, die die Geräusche in der Hauptsache abstrahlen, infolge hoher innerer Dämpfung vermindert werden und dadurch die Abstrahlung nachläßt.
• Von ihnen verlangt man folgende Eigenschaften: a) möglichst hohe innere Verluste, b) möglichst hohe Steifigkeit und c) möglichst geringes spezifisches Gewicht.
• Die Einstellung maximaler Steifigkeit wird durch geeignete Dosierung der Füllstoffzugabe erhalten, wodurch der Füllstoffgehalt der Mischung festgelegt ist. Als Grundlage für derartige Mittel haben sich Kunststoffe, z. B. Polyvinylacetat, Polyacrylsäureester, Polyisobutylen, Neopren u. a., besonders bewährt. Aus preislichen Gründen wurden aber auch Naturkautschuke, Gummiregenerate und bituminöse Stoffe als Bindemittel erfolgreich eingesetzt. Als Füllstoffe wurden verschiedene mineralische Füllstoffe verwendet, z. B. expandiertes Vermiculit, Glimmer, Kreide oder Talkum. Unter anderem wurden auch organische Füllmittel, z. B. Korkschrot, verwendet. Verschiedentlich wurden auch Gemische mehrerer Füllstoffe verwendet, z. B. ist ein Entdröhnungsmittel bekannt, welches als Füllstoff Vermiculit und die Kristalliten von Polyurethan enthält. Hierbei handelt es sich aber nicht um auftragbare plastische Beläge. Schaumstoffe sind als körperschallschluckender, d. h. schwingungsdämpfender Werkstoff auf Blechen allein nicht verwendbar, dagegen wurden Schaumstoffe zur Schwingungsdämpfung von Blechen in folgender Kombination benutzt: Man hat Bleche mit Schaumstoffen beklebt und diesen Schaumstoff mit einer schweren Schicht bedeckt. Es entsteht auf diese Weise ein schwingungsfähiges Gebilde, bestehend aus zwei Massen und einer Feder, das eine ausgeprägte Resonanzfrequenz hat. Als eine Masse wirkt dabei das Blech, die zweite Masse ist der schwere Belag, mit dem der Schaumstoff abgedeckt ist, und als Feder zwischen diesen beiden Massen wirkt der Schaumstoff. Aus der Wirkungsweise dieser Kombination ist deutlich zu erkennen, daß ihre dämpfende Wirkung auf einen schmalen Frequenzbereich beschränkt bleibt, im Gegensatz zu Entdröhnungsmitteln, die bei geeigneter Zusammensetzung über den gesamten Bereich der Hörfrequenzen praktisch gleichmäßig dämpfen können. Während also bei der Kombination von Schaumstoffen mit schweren Belägen zu verlangen ist, daß der Schaumstoff möglichst weich und der Belag möglichst schwer sein soll, müssen Entdröhnungsmittel dagegen sehr steif und leicht sein.
• Die Kombination aus Schaumstoff und schwerem Belag ist aber insgesamt keineswegs leichter als ein in seiner Wirkung vergleichbarer Entdröhnungsbelag.
• Mit den bekanntgewordenen Entdröhnungsmitteln ist man bisher an eine gewisse Grenze der Wirksamkeit gekommen. Diese Grenze wird durch die Kunststoffe gesetzt, da ihr Elastizitätsmodul nicht mehr wesentlich gesteigert werden kann, aber auch die Relaxationserscheinungen in den Kunststoffen sind bei den besten Entdröhnungsmitteln bereits in voller Stärke ausgenutzt worden.
• Die Forderung, Entdröhnungsmittel so leicht wie möglich zu machen, hat ihre Begründung darin, daß in die Theorie der Schwingungsdämpfung durch Entdröhnungsmittel das spezifische Gewicht nicht eingeht. Diese Möglichkeit, das spezifische Gewicht eines Entdröhnungsmittels so gering wie möglich machen zu können, kommt dem Leichtbau in der Fahrzeugtechnik sehr weit entgegen, und man verlangt daher, daß die Entdröhnungsmittel bei einer bestimmten Anwendungsstärke, nach der sich ihre Dämpfung richtet, bestimmte Gewichte nicht überschreiten sollen.
• Es besteht daher die Aufgabe, Entdröhnungsmittel so leicht wie möglich zu machen, ohne dabei ihre dämpfende Wirkung zu verringern. Diese Aufgabe könnte einem leichten Füllstoff übertragen werden, da mit zunehmender Füllung das spezifische Gewicht bekanntlich abnimmt. Um aber extrem niedrige Gewichte zu erhalten, müßte die Mischung so hoch gefüllt werden, daß sie an Steifigkeit und Dämpfung wieder verliert.
• Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen entdröhnenden, auftragbaren plastischen Belag zu schaffen, bei welchem der Schaumstoffanteil in der Weise zugesetzt ist, daß optimale Ergebnisse bezüglich der Dämpfung der Biegeschwingungen der dröhnenden Bauteile erzielt werden.
• Demzufolge schlägt die Erfindung bei dem eingangs erwähnten Belag zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen vor, daß diese noch plastische Masse mit geschäumten oder schäumungsfähigen Kunst- oder Naturstoffen (z. B. Perlit, Polyurethan, Polystyrol od. dgl.) geringer Korngröße (< 6 mm) vermischt wird und durch Zugabe von Verdünnungsmitteln spritz- bzw. spachtelfähig gemacht wird.
• Der erfindungsgemäße Belag besitzt durch die vorgeschlagene Schaumstoffzugabe nach dem Auftragen auf dem zu entdröhnenden Bauteil ein sehr niedriges spezifisches Gewicht. Außer dieser Verminderung des spezifischen Gewichtes weist aber auch der erfindungsgemäße Belag zusätzlich als neue physikalische Eigenschaft eine niedrige Wärmeleitung auf, ohne daß die bereits vorhandene akustische Eigenschaft durch die neue thermische Eigenschaft verschlechtert wird.
• Insbesondere besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Belages darin, daß die Korngröße der geschäumten oder schäumungsfähigen Kunststoffe oder Naturstoffe verhältnismäßig gering, z. B. kleiner als 6 mm ist, denn einerseits wird hierdurch in einwandfreier Weise ein Verspritzen des erfindungsgemäßen Belages ermöglicht, da die Düsenweite der bekannten Spritzpistolen bzw. Spritzmaschinen eine größere Korngröße nicht zuläßt, und andererseits zeichnet sich der erfindungsgemäße Belag durch gute Festigkeit und guten Zusammenhalt des Belages aus. Bei Verwendung größerer Korngrößen würde die Festigkeit bzw. der Zusammenhalt des Belages leiden und auch die Verarbeitbarkeit erschwert oder sogar unmöglich gemacht, selbst wenn man den Belag aufspachteln würde.
• Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Anteil des zugesetzten geschäumten oder schäumungsfähigen Stoffes bei Verwendung von Perlit od. dgl. 40 bis 50 % des Volumens der Dämmschicht, bei Polystyrol oder ähnlichen Kunstschaumstoffen weniger als 200/, des Volumens beträgt, wobei die Kunstschaumstoffe mit höherem spezifischem Gewicht mit höheren Volumenanteilen beteiligt sind.
• Als Schaumstoff, der in Form von Körnern oder Flocken der bekannten Entdröhnungsmischung zugegeben werden kann, kann z. B. vorgeschäumtes Polystyrol verwendet werden. Dieses hochpolymerisierte Styrol liegt in Form kleiner, fester Körner vor und enthält ein Treibmittel, das durch Reaktion in der Hitze geschäumte Körner erzeugt, die in das Entdröhnungsmittel entsprechend der Erfindung eingerührt werden können.
• An Stelle des vorgeschäumten Polystyrols können genausogut Schaumstoffabfälle in Form von Flocken oder Körnern verwendet werden, wie z. B. Abfälle von geschäumtem Polyurethan, geschäumtem Polyvinylchlorid usw.
• Mischungen der beschriebenen Art sind z. B.: I. 10 kg Polyvinylchlorid, 10 kg expandiertes Vermiculit, 30 kg Wasser, 5 kg Weichmacher (Dibutylphtalat), 51 geschäumtes Polystyrol; 1I. 10 kg Polyvinylchlorid, 10 kg expandiertes Vermiculit, 30 kg Wasser, 5 kg Weichmacher, 0,15 kg ungeschäumtes Polystyrol; 111. 7 kg Polyacrylsäureester, 13 kg Glimmer, 25 kg Wasser, 3 kg Weichmacher, 8 1 geschäumtes Polyurethan; IV. 10 kg Polyvinylacetat, 4 kg Weichmacher, 6,5 kg expandiertes Vermiculit, 24 kg Wasser, 7 kg Perlit; V. 10,0 kg Polyvinylacetat, 4,0 kg Weichmacher, 6,5 kg expandiertes Vermiculit, 45,0 kg Wasser, 50,01 Perlit.
• An Stelle der geschäumten Kunststoffe können auch geschäumte Naturstoffe verwendet werden, wie z. B. Perlit. Dieser Perlit ist eine Abart von Obsidian, also ein vulkanisches Glas, und enthält nicht chemisch gebundenes Wasser, weswegen er bei schneller Erhitzung auf seinen Schmelzpunkt stark schäumt. Dadurch entstehen nach der Erkaltung kleine blasige Perlchen, die dem Mineral den Namen gegeben haben. Dieser mineralische Schaum kann für die neuen Mischungen ebenso verwendet werden wie die Schäume aus Kunststoff.
• Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, ungeschäumte, aber schäumungsfähige Stoffe' in gekörnter oder flockiger Form der Entdröhnungsmischung zuzusetzen und nachträglich erst zum Schäumen zu bringen. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß der Entdröhnungsmischung ungeschäumte Polystyrolkörner beigemischt werden, die entweder beim Trocknen in der Hitze oder nach dem Trocknen bei erhöhter Temperatur aufschäumen und auf diese Weise nachträglich die erfindungsgemäße Wirkung, nämlich Verminderung des spezifischen Gewichtes und der Wärmeleitzahl, erzeugen.
• Besonders geeignet ist diese spezielle Mischung z. B. auch zur Herstellung feuerhemmender Bauteile. Von einem feuerhemmenden Bauteil wird verlangt, daß er über einen längeren Zeitraum eine solche Temperaturdifferenz aufrechterhält, daß auf der dem Feuer abgewandten Seite die Temperaturen so niedrig bleiben, daß keine Entzündung der dort vorhandenen Gegenstände möglich ist. In diesem. Sinne ist also die Feuerhemmung im wesentlichen von der Wärmeisolation des feuerhemmenden Bauteils abhängig. Es ist besönders vorteilhaft, daß für diesen Anwendungsfall die benötigte niedrige Wärmeleitzahl erst dann erzeugt wird, wenn der Gefahrenfall eintritt. Außer der niedrigen Wärmeleitzahl muß aber das Belagmaterial, das den Bauteil feuerhemmend macht, selbst nicht brennbar oder wenigstens schwer entflammbar sein. Kunststoffe können aber heute ohne weiteres schwer entflammbar oder unbrennbar eingestelltwerden, so daß diese zweite Anforderung des Brandschutzes ohne weiteres erfüllbar ist. Bedeutungsvoll ist diese neue, zusätzliche Eigenschaft der Entdröhnungsmittel z. B. bei der Entdröhnung von Klimaanlagen in Gebäuden mit erhöhtem Brandschutz, wie Theatern, Lichtspielhäusern, oder auch im Schiffbau.
• Vielfach werden bei der Serienproduktion die mit Entdröhnungsmittel gespritzten Bleche, z. B. Autokarosserien, zur schnelleren Trocknung durch Trockenöfen geleitet, so daß die Trocknung bei verhältnismäßig hohen Temperaturen erfolgt. In diesen Fällen kann die Trocknungstemperatur oberhalb des Schmelzbereiches der verwendeten Schaumstoffe liegen. Dieses Schmelzen der Schaumstoffe stört aber den der Erfindung entsprechenden Effekt nicht, weil 1. durch das Schmelzen der Schaumstoffkörner Hohlräume bleiben, die zur Herabsetzung des spezifischen Gewichtes beitragen, 2. durch die so entstandenen Hohlräume die Luft ein bestehendes Temperaturgefälle nicht ausgleichen kann und daher auch die Wärmeleitzahl der gesamten Schicht niedrig bleibt, 3. die geschmolzenen Schaumstoffe eine feste, harte Kruste um den Hohlraum bilden, der die Nachgiebigkeit der Belagschicht durch die Hohlräume verhindert und dadurch die Steifigkeit des löcherigen Belages erhält bzw. sogar erhöht.
• Das gleiche Ergebnis wird z. B. auch dann erzielt, wenn das Entdröhnungsmittel bei Temperaturen unter dem Schmelzbereich der Schaumstoffe trocknet, die entdröhnten Bleche aber nachträglich im Betrieb auf Temperaturen erhitzt werden, die oberhalb des Schmelzbereiches der Schaumstoffe liegen. Dieser Fall kann z. B. dann eintreten, wenn in einer Ventilatorenfabrik keine Ofentrocknung der gespritzten Ventilatoren möglich ist, die gespritzten Ventilatoren aber später für die Förderung von Heißluft oder Heißdampf eingesetzt werden.
• Die praktische Verarbeitung dieser Werkstoffe ist im übrigen mit den gleichen einfachen Verarbeitungsverfahren möglich wie bei den bekannten Entdröhnungsmitteln. Sie können also im Spritzverfahren auf die Bleche aufgetragen oder aufgespachtelt werden. Eventuell ist für das eine oder andere dieser Verfahren eine geringfügige Veränderung der Konsistenz durchzuführen, die aber durch Zugabe von Verdünnungsmitteln, bei wäßrigen Dispersionen z. B. Wasser, bei Produkten mit leichtflüchtigen organischen Flüssigkeiten durch weitere Zugabe dieser, spritz- oder spachtelfähig eingestellt werden kann.
• Zweckmäßig wird die Korngröße der Zusatzstoffe bis auf etwa 6 mm beschränkt, um die Mischung verspritzen zu können.
• Mit der Zugabe von schäumungsfähigen Stoffen läßt sich auch noch eine besondere Art der Dichtung erzeugen. Während die bisherigen Entdröhnungsmittel und mit ihnen alle landläufigen Dichtungsmittel, insbesondere sogenannte Punktschweißpasten, wenn sie z. B. über Punktschweißnähte oder Fugen gespritzt wurden, diese abdeckten und nach dem Trocknen einen dichten Film bildeten, können mit der neuen Kombination völlig andersartige Dichtungseffekte erzielt werden, indem man die Volumenvergrößerung beim Aufschäumen ausnutzt. Zu diesem Zweck werden Löcher oder Durchbrüche ganz oder teilweise mit dem beschriebenen Material ausgefüllt und der Schäumungsprozeß beispielsweise durch Erhitzen eingeleitet. Auf diese Weise wird der Durchbruch vollständig ausgefüllt und damit abgedichtet. Dadurch, daß die Schaumstoffkörner aber in einem Bindemittel großer Steifigkeit und guter Haftung eingebettet sind, hält dieser durch nachträgliches Schäumen hergestellte Dichtungspfropfen auch hohe Druckbeanspruchungen aus.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Belages zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen, wie Blechen, bestehend aus gemahlenen Mineralien, z. B. Vermiculit oder Glimmer, oder aus Korkschrot oder dergleichen organischen Stoffen, mit Bindemitteln aus Kunststoff, Kautschuk oder Bitumen, dadurch gekennzeichnet, daß diese noch plastische Masse mit geschäumten oder schäumungsfähigen Kunst- oder Naturstoffen (z. B. Perlit, Polyurethan, Polystyrol od. dgl.) geringer Korngröße (< 6 mm) vermischt wird und durch Zugabe von Verdünnungsmitteln spritz- bzw. spachtelfähig gemacht wird. z. Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zugesetzten geschäumten oder schäumungsfähigen Stoffes bei Verwendung von Perlit od. dgl. 40 bis 50 % des Volumens der Dämmschicht, bei Polystyrol oder ähnlichen Kunstschaumstoffen weniger als 20 % des Volumens beträgt, wobei die Kunstschaumstoffe mit höherem spezifischem Gewicht mit höheren Volumenanteilen beteiligt sind. 3. Belag nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als schäumungsfähigen Kunststoff schäumungsfähiges Polystyrol od. dgl. enthält, dessen Schäumung beim oder nach dem Trocknen der Mischung durch Erwärmen erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: »Kunststoffe«, Bd. 42, 1952, H. 12, S. 450 ff., »Kolloid Zeitschrift«, Bd. 148, 1956, H. 1/2, S. 6 ff.; Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 746 784.