DE1196433B - Einrichtung zum Daempfen von Schwingungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F06f

Deutsche Kl.: 47 a - 20

Nummer: 1196433

Aktenzeichen: M 51322 XII/47 a

Anmeldetag: 28. Dezember 1961

Auslegetag: 8. Juli 1965

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen, die in starren Blechen oder Tafeln hervorgerufen werden, wie z. B. in Aluminiumrumpfbeplankungen von Flugzeugen, dünnen Stahl- oder Kunststofftafeln von Motorfahrzeugen und von Haushaltgegenständen und dünnen Wandungen von Booten. Die Resonanzschwingungen und verstärkten Schwingungen solcher Bleche oder Tafeln können, wenn sie nicht eingeschränkt werden, sehr nachteilig sein. Solche Schwingungen werden durch äußere Einwirkungen verursacht und können nicht immer dadurch vermieden werden, daß man dem Ursprung nachgeht, das Blech oder die Tafel abschirmt bzw. isoliert oder dem vibrierenden Bestandteil selbst eine bestimmte Form gibt.

Die Schwingungsdämpfung ist besonders bei Flugzeugrumpfbeplankungstafeln wegen der Stärke der Schwingungen und der Gewichtsbeschränkung akut und schwierig durchzuführen, weil die Schwingungen sehr erheblich sind, sehr dünne Tafeln (z. B. Aluminiumtafeln mit einer Stärke von etwa 1 mm) verwendet werden müssen und das Gewicht von Hilfsmitteln, das in Kauf genommen werden kann, stark beschränkt ist. Durch die Schwingungen wird nicht nur ein hörbares Geräusch hervorgerufen, das für Besatzung und Passagiere lästig und störend ist, sondern auch eine Ermüdung der Metalltafeln und der damit verbundenen Metallteile verursacht, durch die die Festigkeit verringert und sogar eine Zerstörung der Teile hervorgerufen werden kann. Es muß daher das Ausmaß der Schwingungen angemessen beschränkt und dennoch ein möglichst geringes Gesamtgewicht der Auskleidung erzielt werden. Durch eine ausreichende Erhöhung der Dicke einer vibrierenden Tafel (wobei deren Steifheit und Gewicht je Flächeneinheit erhöht wird) kann jede gewünschte Verringerung von schädlichen Schwingungen und Geräuschen wegen der dabei auftretenden Verschiebung der Resonanzfrequenz der Tafel erreicht werden, aber das erfordert eine zu große Erhöhung des Gewichts, die bei Flugzeugen nicht in Kauf genommen werden kann. Auch bei Gehäusen für Vorrichtungen und Bootsrümpfen, bei denen das Gewicht nicht so ausschlaggebend ist, werden gegenwärtig möglichst dünne Wandungen bevorzugt, weil dadurch eine leichtere Herstellung ermöglicht und eine Kostensenkung erreicht wird.

Schallabsorbierende Überzüge oder Zwischenwände absorbieren zwar die von schwingenden Tafeln ausgehenden Schallschwingungen, sie unterdrücken jedoch nicht wirksam die unmittelbare Schallquelle, verhindern nicht die Metallermüdung und auch nicht Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen

Anmelder:

Minnesota Mining and Manufacturing

Company, Saint Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:
Donald Baird Caldwell,
James Nicholas Brown,
White Bear Lake, Minn.;
Edward George Lavigne,
Mendota Heights, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 29. Dezember 1960
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die Weiterleitung von Schwingungen zu Bauteilen, die mit den schwingenden Tafeln verbunden sind.

In Flugzeugen sind bisher Gebilde verwendet worden, die aus einem viskos-elastischen Klebemittelüberzug, der mit der Innenseite der Metallrumpfbeplankungstafel verbunden ist, und einer mit der Oberfläche des Überzuges verbundenen verfestigenden Schicht bestehen. Auf der Innenseite der Tafel werden eine oder mehrere Schichten aus einer biegsamen, druckempfindlichen Klebemitteldämpfungsschicht oder einem Dämpfungsstreifen angeordnet, welche aus einer Aluminiumfolienunterlage (die eine verfestigende Schicht darstellt) und einer darauf angeordneten, normalerweise stark klebenden, viskoselastischen und druckempfindlichen Klebemittelschicht bestehen. Die anstoßende viskos-elastische Klebemittelschicht wird auf diese Weise zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der vibrierenden Metalltafel und der verfestigten Schicht aus der Aluminiumfolie gebunden und von diesen begrenzt und den Schwingungsscherkräften ausgesetzt, die

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durch die Schwingungen der Tafel hervorgerufen werden. Bei jeder darüberliegenden Schieht aus einer anderen Klebemittelschicht bzw. einem anderen Klebestreifen wird die Klebemittelschicht zwischen den Schichten der Folie gebunden und von diesen begrenzt und dabei den Schwingungsscherkräften ausgesetzt, die durch die Schwingungen des darunterliegenden Materials hervorgerufen werden. Solche mehrschichtigen Gebilde haben jedoch praktisch die gleichen Eigenschaften wie eine einzige Klebemittelschicht bzw. ein einziger Klebestreifen mit einem entsprechenden Gesamtgewicht von Folie und Klebemittelschichtbestandteilen.

Durch die praktisch viskosen bzw. sogenannten »verlustreichen« Eigenschaften der viskos-elastischen Klebemittelschicht (oder Klebemittelschichten) wird aus den Schwingungsscherkräften in dem Klebemittel Wärmeenergie erzeugt, die auf diese Weise eine gleiche Menge der mechanischen Schwingungsenergie absorbiert oder wegnimmt, so daß das Klebemittel die Schwingung des Unterlagebleches bzw. der Unterlagetafel wirksam abschwächen oder dämpfen kann. In Anwesenheit der verfestigenden Schicht würde die Klebemittelschicht angemessenen Schwingungsscherkräften nicht ausgesetzt werden. Ohne die viskosen Eigenschaften würde die Klebemittelschicht die mechanische Schwingungsenergie nicht durch Umwandeln in Wärme absorbieren, sondern vielmehr wie ein federndes Material wirken, das die Schwingungsenergie abwechselnd aufspeichert und freigibt. Die »Verlust«-Eigenschaften können durch den »Verlusttangentenwert« des Klebemittels zahlenmäßig ausgedrückt werden, der in bekannter Weise bei verschiedenen Frequenzen und Temperaturen, z. B. mit einer »FitzgeraldÄ-Vorrichtung, gemessen werden kann.

Erfindungsgemäß wird von¹ einer Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen, die in starren tafel- bzw. plattenförmigen' Materialien auftreten, ausgegangen, die aus einer mit dem tafel- bzw. plattenförmigen Material fest verbundenen Dämpfungsschicht aus Kunststoff und einer darüber befindlichen in der Ebene starren, dünnen, zugfesten Deckplatte besteht. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung dünner Metall- oder Kunststofftafeln die Dämpfungsschicht aus einer in an sich bekannter Weise schwingungsdämpienden Künststdffschaumschicht mit einem BloekdiChtefäfctör von etwa 0,05 bis 0,5, einer Dicke vorl mindestens 3_;2 mm", eiflfcm Verlüsttangeiitenwert zwischen etwa 0;3 ütid 2,5 und einem Lagerungssche'räiödül zwischen 10³ und 10⁹ dyn/cin² besteht und daß die Deckplätte eitlen Zugsteifewert aufweist; der mindestens lOmäl so groß Wie der Schersteifeweft der Schäumschicht ist.

Durch' die erfiiidühgsgemäße Einrichtung wird eiile wirksariie Schwingungsdämpfung bei einer nur geririgeii Gewichtszunahme je Flächeneinheit erzielt. Die schwihgurigsäbsdrbierende Kunststoffschaumschicht wird durch die Verbindung mit der darüberliegenden Deckplatte verfestigt. Die Kunststoffschaumschicht ist sehr biegsam und weich und hat eine »verlustreiche« kautschukartige Beschaffenheit, zum Unterschied von starren und halbstarren Arten Vöil Schaumschichtefl und Schaumschichten aus federndem, gewöhnlichem Kautschuk. Es ist gefunden worden, daß bestimmte Polyurethanschäume für diesen Zweck sehr gut geeignet sind.

Vorzugsweise ist die Kunststoffsehaumschicht eine Polyurethanschaumschicht, und die Deckplatte besteht vorzugsweise aus einer Metallfolie.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schaumschicht durch einen verhältnismäßig dünnen, druckempfindlichen Klebemittelüberzug, der normalerweise klebrig ist, mit der Unterlage verbunden.

Einrichtungen zum Dämpfen von Schwingungen, die aus einer zu Schwingungen neigenden Platte, einem Dämpfungsmaterial und einer darüber befindlichen starren, dünnen Platte bestehen, sind bekannt. Bei diesen Einrichtungen ist jedoch die zu Schwingungen neigende Platte ein dickwandiges Metallblech, und bei dem Dämpfungsmaterial handelt es sich um einen dünnen Belag aus einer Entdröhnungsspachtelmasse bzw. -spritzmasse, wie sie im Kraftfahrzeugbau üblicherweise verwendet wird und die kompakt und in höchstem Maße starr ist. Bei der bekannten Einrichtung muß das Dämpfungsmittel zur Erzielung eines höhen Dämpfungsgrades eine große Starrheit aufweisen, so daß Siebe als versteifende Einlagen öder Metallpulver usw. einverleibt werden.

Für den erfindungsgemäßen Zweck, d. h. zur Dämpfung dünner Metall- oder Kunststofftafeln, ist jedoch diese bekannte Sehwingungsdämpfungseinrichtung ungeeignet. Mi der erfinduhgsgemäßen Einrichtung, bei der die Dämpfungsschicht im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung weich ist und einen geringen Blockdichtefaktor aufweist, werden gegenüber der bekannten Einrichtung bedeutende Vorteile erzielt. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Einrichtungen viel leichter als die bekannten und bieten damit besonders im Flugzeugbau entscheidende Vorzüge.

Weiterhin ist eine Dämpfungsanordnung bekannt, bei der eine dämpfende Schicht mit Hilfe von Abstandshaltemitteln in räumlichem Abstand von der zu dämpfenden Tafel gehalten wird. Als Dämpfungsschicht werden dabei Stoffe wie Kräftfahrzeugspaehtelmasse oder sogar Blei verwendet. Bei der bekannten Einrichtung sollen die Abstandhaltemittel zwar auch nebenbei Dämpfüngsmateriälien enthalten können, doch unterscheidet sich die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung insofern entscheidend von der bekannten Einrichtung, als bei der bekannten Einrichtung die äußerste, der schwingenden Fläche gegenüberliegende Schicht die Dämpfüngsschicht ist, während erfindungsgemäß als äußerste Schicht die zügfeste, dünne Platte bzw. Tafel vorliegt. Bei der bekannten Einrichtung können zwar für die Abstandshaltemittelschicht Schaumpolystyrdl oder PoIyürethanschaumstoff verwendet werden, doch handelt es sich hierbei gemäß dem Zweck des Abstandhaltemittels, als starrer Abstandhalter zwischen der schwingenden Platte und dem Dämpfungsmaterial zu dienen, um starre Sorten dieser Schaumstoffe, während die erfindungsgemäß über der schwingenden Platte angeordneten Kunststoffsehaumschicht höchst biegsam und weich sind und »verlustreiche« kautschukartige Eigenschaften aufweisen.

Die schwingungsdämpenden Eigenschaften von weichen, biegsamen Kunststoffschaumschichten sind zwar grundsätzlich bekannt. Es war jedoch in keiner Weise vorauszusehen, daß sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, in der eine Kunststoffsehaumschicht mit speziellen Eigenschaften zwischen der zu

dämpfenden dünnen Metall- oder Kunststofftafel und einer starren, dünnen, zugfesten Deckplatte angeordnet ist, die im folgenden beschriebenen Vorteile erreichen lassen.

Die erfindungsgemäßen Dämpfungseinriehtungen können auf den vibrierenden Tafeln bzw. Blechen einfacher und leichter hergestellt werden als dies bei den oben beschriebenen bekannten Dämpfungsblättern bzw. -streifen der Fall ist, die bisher für

fungsschicht aufgetragen wird, oder die Dämpfungsschicht kann bereits zum Auslegen vorbereitet und mit einem ein Ganzes bildenden Klebemittelüberzug, und zwar mit einem druckempfindlichen, durch Lösungsmittel aktivierbaren oder durch Wärme aktivierbaren Klebmittelüberzug versehen sein. Der dünne Klebmittelüberzug dient dabei nur zum Verbinden der Dämpfungsschicht mit der Unterlage, trägt aber nicht wesentlich zur Schwingungsdämpfung Flugzeugrumpfbeplankungstafein verwendet worden io bei und unterscheidet sich dadurch von den schwinsind. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Ein- gungsdämpfenden Klebemittelschichten der oben berichtungen ist besonders vorteilhaft mit Hilfe von schriebenen, bekannten Gebilde. Ein mehrschichtiges vorgeformten, gebrauchsfertigen Schaumstoff-Deck- Dämpfungsschichtgebilde kann durch aufeinanderpiatten-Schichtgebilden möglich, die z. B. auf Flug- folgendes Aufbringen von zwei oder mehr Dämpzeugrumpfbeplankungstafeln von Hand leicht auf- 15 fungsschichten (an Stelle einer einzigen Schicht mit gebracht werden können, wobei auch auf gekrümm- vergleichbarer Gesamtdicke und vergleichbarem Geten Oberflächen und auf Unregelmäßigkeiten und samtgewicht), wie in F i g. 1 gezeigt, hergestellt wer-Vorsprüngen (wie auf Nietköpfen) eine innige und den, indem die zweite. Dämpfungsschicht 13 auf der dauerhafte Bindung erzielt wird. Es ist gefunden Rückseite der ersten Sehicht durch den Klebmittelworden, daß mit der vorgeschlagenen Einrichtung 20 überzug 14 gebunden wird. Solche aufeinanderfolgend eine Schwingungsdämpfung erreicht werden kann, aufgebrachten Schichten brauchen nicht gleich zu die mindestens so groß wie die mit den bekannten
Klebemittelschichten oder -streifen mit Folienunterlage erreichte ist, wenn Schichten mit gleichem
Gewicht je Flächeneinheit verglichen und technisch 25
brauchbare Ausführungsformen in Betracht gzogen
werden. Es dürfte ein ganz bestimmter Vorteil erreicht werden, wenn die Dämpfungswirksamkeit über
einen breiten Frequenzbereich benötigt wird. Eine

größere Vielseitigkeit in der Anordnung bzw. dem 30 verbunden ist, die wiederum durch den oben be-Aufbau wird ermöglicht, weil die Klebemittelbinde- schriebenen dünnen Klebmittelüberzug 12 mit dem schicht nicht den funktionellen schwingungsabsor- Unterlageblech bzw. der Unterlagetafel verbunden bierenden Bestandteil der Einrichtung ausmacht und ist. Das zweite Dämpfungsblatt 13, das der ersten einzig und allein unter Berücksichtigung der Binde- Schicht gleichen oder davon verschieden sein kann, mittelwirkung ausgewählt werden kann; die schwin- 35 besteht aus einer verfestigenden Schicht 17 alsUntergungsabsorbierende Kunststoffschaumschicht kann lage, die mit der kautschukartigen Schaumschicht 18 unter Berücksichtigung ihrer Dämpfungswirkung
ausgewählt werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß die Kunst- 40 Stoffschaumschicht eine wesentliche Wärmeisolierung besonders dann liefert, wenn sie zusammen mit einer Metallfolie (die die Strahlungswärme reflektiert und durch die Luft enthaltende Kunststoffsehaum-

schicht von der Unterlagetafel oder dem Unterlage- 45 schicht 21 besteht, die auf ihrer Vorderseite mit blech räumlich getrennt ist) als Deckplattenmaterial einem ununterbrochen verlaufenden dünnen Klebverwendet wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene mittelfilm 22 verbunden ist, der aus einem normaler-Einrichtung liefert auch ein zweckmäßiges stoßauf- weise klebgierigen, druckempfindlichen Klebmittel nehmendes Polster auf dünnen Metalltafeln und er- besteht und der von einer ablösbaren, nichtkleben-

50 den Schicht oder einem Blatt bedeckt und geschützt

sein, sondern es können bei der Herstellung eines Gebildes mit gewünschten Eigenschaften Schichten mit verschiedener Dicke verwendet werden.

Das Dämpfungsblatt 11 besteht aus einer biegsamen, jedoch in der Ebene starren verfestigenden Schicht 15, die als Unterlage dient und mit der im Vergleich dazu wesentlich dickeren, schwingungsabsorbierenden kautschukartigen Schaumschicht 16

verbunden ist, die durch den Klebmittelüberzug 14 mit der Unterlage, der verfestigenden Schicht, der darunterliegenden Dämpfungsschicht verbunden ist. In Fig. 2 wird ein biegsames und zum Auslegen vorbereitetes Dämpfungsblatt gezeigt, das aus einer Aluminiumfolie 20 als Unterlage und einer damit umfassend verbundenen, wesentlich dickeren, schwingungsabsorbierenden, kautschukartigen Schaum

zeugt daher eine steifere und »festere« Tafel.

Für die Gegenstände der Unteransprüehe wird ein selbständiger Schutz nicht begehrt.

In der scheniatischen (nicht maßstabgerechten) Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt die vorgeschlagene neuartige Einrichtung, bei der eine zu Schwingungen neigende Starre dünne Metall- oder Kunststoffunterlage 10, z. B. eine Flugzeugrumpfbeplankungstafel, eine verwird.

Dieses Blatt kann leicht zu jeder gewünschten Form zerschnitten werden und nach Entfernen der Schutzschicht auf der Oberfläche eines zu Schwin-55 güngen neigenden Metallteils oder einer anderen Unterlage durch einfaches Anpressen dauerhaft befestigt werden. Eine innige Verbindung kann auch dann erzielt werden, wenn die Unterlage gekrümmt ist und Unregelmäßigkeiten oder Vorsprünge, wie hältnismäßig dicke schwingungsdämpfende Kunst- 6o Nietköpfe, aufweist, weil das aufgebrachte Blatt ausstoffschaumschicht 11 trägt, die durch einen dünnen, reichend biegsam und verdichtbar ist. Die die verelastischen Klebemittelfilmüberzüg 12 ununterbro- festigende Schicht liefernde Folienunterlage kann nur chen und innig damit verbunden ist, der eine dauer- aus einer Aluminiumfolie oder aber auch aus einem hafte Bindung aufrechterhält, d. h. eine Bindung, die Aluminiumfolienschichtgebilde, z. B. einem Foliendurch die Schwingungen nicht gelöst wird. Der 6g Papier-Schichtgebilde, bestehen, wobei die Papier-Klebemittelüberzug kann auf die Unterlage auf- seite mit der Schaumkautschukschicht verbunden getragen werden, worauf auf das noch im klebe- wird. Ein Vorteil einer aus einem Folien-Papierfähigen Zustand befindliche Klebemittel die Dämp- Schichtgebilde bestehenden verfestigenden Schicht

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besteht darin, daß ohne die Gefahr einer Faltenbil- überzogenen Auskleidung, von denen eine am Boden dung beim Aufbringen des Dämpfungsblattes eine der Form und die andere am Deckel der Form andünne Folie verwendet werden kann und eine zähere geordnet ist, die Schaumschicht erzeugt wird, wobei Unterlage erhalten wird, die weniger leicht versehent- durch Anordnung der Schaumschicht zwischen den lieh zerstochen bzw. durchlöchert werden kann. 5 Schichten ein einheitliches Blatt erhalten wird.

Die Schaumschicht des erfindungsgemäß vor- Gewöhnlich wird eine mit Klebmittel überzogene geschlagenen Dämpfungsblattes besteht aus einem Deckschicht verwendet, die einen dünnen anhaftenweichen, viskos-elastischen, kautschukartigen Schaum den Trennüberzug über dem Klebmittel trägt, so daß und hat eine typische Dicke von etwa 6,35 mm, ob- das Klebmittel von dem schaumerzeugenden Gemisch wohl auch Dicken von 3,2 bis 25,4 mm verwendet io geschützt wird, wobei der Schaum mit der Oberfläche werden können. Es werden hierfür Polyurethan- des dazwischenliegenden Trennüberzugs gebunden schäume, und zwar weiche, kautschukartige Sorten, und dadurch mit dem Klebmittelüberzug auf der entverwendet, die aus einem flüssigen schaumerzeugen- fernbaren Deckschicht vereinigt wird, den Gemisch aus Wasser, Katalysator und einem Die verfestigende Schicht, die auf der Schaum-

Polyurethanvorpolymerisat hergestellt werden kön- 15 schicht liegt und mit dieser verbunden ist, ist vernen, das in eine Form ausgepreßt wird, in der die hältnismäßig dünn, biegsam und fest, ist jedoch, wie Umsetzung unter Bildung einer beständigen Schaum- eine Aluminiumfolie, bei der Einwirkung von Zugschicht mit der gewünschten Dicke erfolgt, die auf kräften in der eigenen Ebene verhältnismäßig steif ihren äußeren ebenen Oberflächen einen Film oder und nicht streckbar. Der hier verwendete Ausdruck eine Haut aufweist, welche die poröse Innenmasse 20 »in der Ebene starr« soll diese Eigenschaften bebedecken. Die Dicke kann gegebenenfalls durch zeichnen. Damit die verfestigende Schicht in geeig- »Nachverformen« (physikalisches Verdichten des neter Weise wirken kann, hat sie einen Zugsteife-Schaumes bei seiner Bildung) verringert werden, wo- wert, der mindestens lOmal so groß wie der Scherbei die Blockdichte entsprechend erhöht wird. Die steifewert der Schaumschicht ist, wenn man diese fertige Schaumschicht hat einen »Blockdichtefaktor«, 25 Werte bei Raumtemperatur und in einem Frequenzder das Verhältnis der Blockdichte des Schaumes zu bereich von 100 bis 1000 Schwingungen je Sekunde der Dichte der festen Phase, d. h. der kautschukarti- mißt. Die »Zugsteife« entspricht (bei einer gegebegen, zellförmigen, Masse selbst, wiedergibt, zwischen nen Frequenz) dem Young-Modul, multipliziert mit etwa 0,05 und 0,5. Weiche kautschukartige Sorten von der Dicke der Schicht. Die »Schersteife« entspricht Polyurethanschaumschichten mit einer Blockdichte 30 (bei einer gegebenen Frequenz) dem Lagerungsschervon etwa 160,2 bis 480,5 kg/m³ können verwendet modul, dividiert durch die Dicke der Schicht. Bei der werden, obwohl auch Schichten mit einer Dichte bis Berechnung dieser Steifewerte wird die Dicke der herab zu 48,1 kg/m⁸ brauchbar sind. Nach einem kurz- Schichten in Zentimetern eingesetzt, zeitigen Zusammenpressen nimmt der Schaum beim Eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von

Aufheben des Druckes seine normale Dicke sofort 35 0,0254 mm liefert eine ausgezeichnete verfestigende wieder an, wobei er jedoch wegen seiner viskos- Unterlageschicht für die Polyurethanschaumschichten elastischen oder »verlustreichen« Beschaffenheit oder ähnliche Schichten, die zum Dämpfen dünner nicht wie ein federnder, Kautschukschaum zurück- Metallbleche verwendet werden sollen. Wie bereits springt. Die zellförmige Struktur »haftet« nicht und angegeben, kann ein Folien-Papier-Schichtgebilde klebt daher nicht aneinander, wenn der Schaum ver- 40 verwendet werden, z. B. eine Aluminiumfolie mit dichtet wird. einer Dicke von 0,0254 mm, die durch einen sehr

Die Schaumschicht hat einen Verlusttangentenwert dünnen Casein-Neopren-Klebemittelüberzug mit (Beta) zwischen 0,3 und 2,5 und einen Lagerungs- einem stark kalanderten Kraftpapier, das ein Geschermodul (G') zwischen 10⁵ und 10⁹ dyn/cm², wenn wicht von etwa 0,1 kg/m² aufweist, verklebt ist; die bei Raumtemperatur und innerhalb eines Frequenz- 45 zusammengesetzte verfestigende Schicht hat eine bereiches von 100 bis 1000 Schwingungen je Sekunde Dicke von etwa 0,127 mm und ein Gewicht von etwa gemessen wird; die Schaumschicht hat also eine 0,1-8 kg/cm². Eine andere verwendbare verfestigende weiche, viskos-elastische, »verlustreiche« kautschuk- Schicht besteht aus einem in der Ebene starren artige Beschaffenheit die für die Zwecke der Erfin- Polyvinylchlorid- oder Polyesterfilm, der gegebenendung erforderlich ist. 50 falls zwecks Erzielung eines ansprechenden Aus-

Die Herstellung von solchen Polyurethanschäumen sehens gefärbt oder geprägt sein kann. Film-Papierist in der USA.-Patentschrift 2 921 916 beschrieben. Schichtgebilde und faserverstärkte Filme können Geeignete Schaumschichten können auch aus ande- ebenfalls verwendet werden. Auch Papiere, die ausren polymeren Materialien hergestellt werden, zu reichend dicht sind oder die mit einem Harz imdenen Schäume aus weichgemachtem oder nicht 55 prägniert oder geschlichtet worden sind, so daß sie weichgemachtem Polyvinylchlorid, Polyisobutylen, die erforderliche Festigkeit und Starre in der Ebene Polyäthern, Polyestern, Silikonkautschuken, Fluor- aufweisen, können verwendet werden, kohlenstoffkautschuken, Butylkautschuk und Poly- Der normalerweise klebende, druckempfindliche

chloropren gehören. Dem schaumerzeugenden Ge- Klebmittelüberzug, der bei den zum Auslegen vormisch können feinteilige Fülllstoffmaterialien, wie 60 bereiteten Dämpfungsblättem verwendet wird, sollte gereinigte Tone, Zinkoxyd, Titandioxyd, Vermiculit sehr stark klebend sein und mit dem Metall und und Holzmehl, zwecks Belastung der zellförmigen anderen typischen Tafeln eine feste, dauerhafte Bin-Phase des Schaumprodukts und Modifizierung der dung bilden, wenn das Dämpfungsblatt damit in Bephysikalischen Eigenschaften der Schaumschicht ein- rührung gebracht und verpreßt wird, und sollte eine verleibt werden. 65 hohe innere oder Kohäsionsfestigkeit (Scherfestig-

Zum Auslegen vorbereitete Dämpfungsblätter (vgl. keit) aufweisen. Durch diese Eigenschaften wird eine Fi g. 2) können leicht hergestellt werden, indem innige und dauerhafte Berührung auch dann erzielt, zwischen der Unterlage und der mit dem Klebmittel wenn das Blatt auf Oberflächen mit Kurven, Unregel-

mäßigkeiten oder Vorsprüngen, wie Nietköpfen, aufgetragen worden ist, und wird trotz langandauernder Schwingungen der Unterlagetafel ein Gleiten oder Kriechen auf senkrechten Oberflächen vermieden. Das Klebmittel sollte auch bei den Temperaturen, die auftreten können, beständig sein. Ein geeignetes Überzugsgewicht (Trockengewicht) liegt zwischen etwa 2,1 und 6,3 mg/cm² oder etwa 0,02 und 0,06 kg/m², wobei der trockene Überzug eine Dicke zwischen etwa 0,0254 und 0,0762 mm aufweist.

Die verwendeten druckempfindlichen Klebmittel können viskos-elastische Polyacrylate sein, die von sich aus die gewünschten Eigenschaften aufweisen, wie die Acrylatmischpolymerisate (z.B. ein Mischpolymerisat aus Isooctylacrylat und Acrylsäure im Verhältnis 90:10), die in dem USA.-Patent Re. 24 906 beschrieben werden.

Wegen der weichen, schwammartigen Beschafienhei der Schaumdämpfungsschicht kann der dünne Klebmittelüberzug nach einem Übertragungsverfahren aufgetragen werden. Das Klebmittel wird in Form einer Lösung in einem flüchtigen Lösungsmittel oder einer Latexdispersion in Wasser auf ein glattes Deckblatt mit einer glänzendglatten, nichtklebenden Oberfläche, z.B. auf einem Polyäthylenfilm oder einem mit einem Silikonharzablösemittel überzogenen Papier, aufgetragen und getrocknet. Eine vorgeformte Schaumschicht kann durch bloßes Inberührungbringen mit der klebenden Klebmittelseite der Abdeckung leicht verklebt werden, worauf die Abdeckung entfernt wird, wenn der klebende Klebmittelfilm freigelegt werden soll, der mit der kautschukartigen Schaumschicht verbunden worden ist. Dieses Verfahren hat auch den Vorteil, daß die Schaumschicht mit einem dünnen, druckempfindlichen Klebmittelüberzug versehen wird, der eine glänzendglatte bzw. »spiegelartige« Oberfläche aufweist, die mit einer Metalltafel oder einer anderen Unterlage, auf der die Schaumschicht zwecks Schwingungsdämpfung aufgeklebt werden soll, in innige Berührung gebracht werden kann.

Die Schaumschicht kann auch auf beiden Seiten mit solchen druckempfindlichen, mit Klebemitteln überzogenen Deckschichten beschichtet werden, wobei ein doppelt überzogenes Gebilde erhalten wird. Die Abdeckung auf der einen Seite kann entfernt werden, damit eine Verbindung mit der Folie oder mit einer anderen gewünschten verfestigenden Unterlageschicht ermöglicht wird. Auch verhältnismäßig dünne, auf beiden Seiten mit einer Klebmittelschicht überzogene Schaumschichten können zur Herstellung von mehrschichtigen Schaumdämpfungsblättern mit einer größeren Dicke auf zu Schwingungen neigenden Tafeln verwendet werden, wobei die gewünschten Schwingungsdämpfenden Gebilde mit einer oder mit mehreren Stärken der Schaumschichten hergestellt werden können. Solche mehrschichtigen Schaumdämpfungsschichtgebilde sind einer einzigen Schaumschicht mit etwa der gleichen Gesamtstärke praktisch gleichwertig.

Wie bereits im Zusammenhang mit dem vollständig zum Auslegen vorbereiteten und in F i g. 2 gezeigten Dämpfungsblattgebilde ausgeführt worden ist, können die Folie oder eine andere verfestigende Schichtunterlage und der von einer Abdeckung bedeckte druckempfindliche Überzug während der Herstellung der Schaumschicht in einer Form mit dieser umfassend verbunden werden. Das gleiche Verfahren kann auch zur Herstellung der oben erläuterten, doppelseitig überzogenen Schaumschichten verwendet werden, wobei während der Schaumherstellungsstufe mit jeder Seite der Schaumschicht ein mit einem Klebmittel überzogenes Abdeckblatt verbunden wird. Wie bereits oben angegeben, kann bei solchen Ausführungsformen das mit dem Klebmittel überzogene Abdeckblatt mit einem dünnen, undurchlässigen Trennfilm versehen werden, der auf

ίο der freiliegenden Oberfläche des Klebmittelüberzugs aufgetragen wird. Dieser Überzug wird derart gewählt, daß der Trennfilm damit verträglich ist und eine feste Bindung sowohl mit der Schaumschicht als auch mit dem druckempfindlichen Klebmittelüberzug bewirkt wird, und eine hohe innere Festigkeit aufweist, so daß dadurch das Schichtprodukt nicht geschwächt oder eine Entschichtung ermöglicht wird. Er sollte auch gegenüber dem schaumerzeugenden chemischen Gemisch unempfindlich sein und eine Trennschicht liefern, damit dieses Gemisch (und dessen Umsetzungsprodukte) den darunterliegenden Klebmittelüberzug nicht schädigt und die Ablösbarkeit des Deckblattes nicht beeinträchtigt. Er sollte daher wasserunlöslich sein, wenn ein wäßriges, schaumerzeugendes Gemisch verwendet wird. Er sollte auch eine kautschukartige Beschaffenheit haben und eine sehr biegsame und elastische Bindung zwischen den Schichten liefern. Ein verwendbares Trennfilmübertragungsmaterial, das sowohl die genannten Polyurethanschaumschichten als auch die PoIyacrylatklebemittelüberzüge gut bindet, besteht aus einem kautschukartigen Butadien-Styrol-Mischpolymerisat. Eine Uberzugslösung wird auf den auf dem Abdeckblatt aufgebrachten Klebmittelüberzug aufgetragen und getrocknet, damit ein Überzugsgewicht von etwa 0,8 bis 6,3 mg erhalten wird. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines klebenden Trennfilmüberzugs besteht darin, daß er die klebende Klebmitteloberfläche abdeckt und eine leichtere Handhabung und Lagerung des mit dem Klebemittel überzogenen Abdeckblattes bei der Vorbereitung zur Herstellung der schichtenartigen Schaumdämpfungsschichtenprodukte ermöglicht.

Nach den oben gegebenen allgemeinen Lehren können sehr verschiedenartige schwingungsdämpfende Schaumschichtgebilde hergestellt werden. Bestimmte einfache Regeln für eine optimale Anordnung, die für alle vorkommenden Dämpfungsbedingungen gelten, können nicht angegeben werden, weil eine »optimale« Anordnung vom Gewicht und von den Kosten bestimmt wird, und weil auch nicht beurteilt werden kann, wie groß bei gegebenen Bedingungen die Schwingungsdämpfung sein soll.
Die Wirksamkeit eines gegebenen Dämpfungsgebildes wird teilweise von der Umgebungstemperatur und von der Schwingungsstärke bei verschiedenen Frequenzen der vibrierenden Unterlage bestimmt, weil die ausschlaggebenden Eigenschaften des Schaumschichtgebildes etwas von der Temperatür und der Frequenz bestimmt werden. Berechnungen auf Grund der Schwingungsdämpfungstheorie· und von Erfahrungen können eine zufriedenstellende Wahl unterstützen. Auch ein unter genauen Bedingungen durchgeführter Vorversuch kann wirksam verwendet werden. Ein Versuchsstab bzw. eine Versuchsplatte aus dem gleichen Material und mit der gleichen Dicke wie die zu dämpfende Tafel bzw. das zu dämpfende Blech können zusammen mit einer

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VersBchavorrichtang verwendet werden, die die teile Tris-^-chloräthylphosphat je 100 Teile Vor-

Schwingungsdämpftiag in dem gewünschten Fre- polymerisat, kann mit dem Vorpolymerisat vermischt

quenzbeieich mißt, worauf die Wirksamkeit von ver- werden, so daß ein flammenfestes Produkt erhalten

schiedeneo aufgebrachten Dämpfungsblattproben wird.

zwecks Erleichterung der anfänglichen Wahl be- 5 Ein schaumerzeugendes Gemisch wird hergestellt, stimmt und verglichen werden kann, die dann durch indem 100 Teile des Vorpolymerisats mit 8 GeUntersuchungen oiit dem zu dämpfenden Material wichtsteilen einer Lösung von Wasser und Diäthylerhärtet werden kann. Ein Vorversuch kann auch Ethanolamin im Verhältnis 4:1 vermischt werden, durchgefühlt werden, indem zunächst an Ort und Das Wasser wirkt als umsetzungsfähiges schaum-Stelle ein solches schwiögungsdämpfendes Gebilde, io erzeugendes Mittel, und das Amin dient als Katalydas dem vorläufigea Gewicht und der Kostengrenze sator. Das Gemisch wird sofort aus der Mischvorentsprkht, ausgebracht und dann festgestellt wird, richtung in eine bktterzeugende Form ausgepreßt, in ob eine zufriedensteüende Schwingungsdämpfung er- der es sich umsetzt und innerhalb von 20 Minuten zielt wird. Wenn dies nicht erreicht worden ist, kann unter Bildung eines Blattes aus dem vollständig eine weitere Schicht aus den Schwingungsdämpfen- 15 polymerisierten, beständigen Schaumschichtprodukt den Blättere auf der gesamten oder einem Teil der härtet, das eine Blockdichte von 160,18 kg/m^s und Fläche aufgebracht werden, worauf die Ergebnisse eine Dicke von 6,35 mm aufweist. Die Schaumbeubachtet werden und festgestellt wird, ob diese schicht weist auf jeder Seite eine dünne Haut und annehmbar sind. Wenn ein aus einer einzigen Schicht ein gleichmäßiges, kleinporiges Innengefüge auf.
bestehendes Gebilde mehr als angemessen ist, kann 20 Die Schaumschicht wird in der Form umgesetzt, bei einer zweiten Ausführung zwecks Erreichung während sie zwischen einer vorher eingesetzten, mit eines angenäherten Optimums eine leichtere Schicht einem Klebmittel überzogenen Abdeckschicht auf verwendet werden. Durch die Verwendung verhält- der einen Seite und einem Unterlageblatt auf der nismäSig dünner Blattgebilde wird die Annäherung anderen Seite angeordnet ist, so daß ein einheitliches, an optimale Ergebnisse erleichtert, weil die Wirkung as zusammengesetztes Blattprodukt erhalten wird, das aufeinanderfolgender Anteile ermittelt werden kann. dann aus der Form enfernt wird (vgl. Fig. 2). Das Bei späteren Ausführungen kann dann gegebenen- Blatt wird dann beschnitten, wobei die rindenartigen falls ein ans eioer einzigen Schicht bestehendes Ge- Ränder abgeschnitten werden und die Schaumschicht bilde verwendet werden, das einem mehrschichtigen an den Rändern des Blattes freigelegt wird. Dieses Gebilde gleichwertig ist. 30 Produkt kann durch 8stündiges Erhitzen auf eine

Verhältnismäßig wenige Arten von Blattmaterialien Temperatur von 65° C nachgehärtet werden,
können als vorgefertigte Stücke hergestellt und in Das gegenwärtig verwendete, mit einem Klebmitgeeigneten Kombinationen zur Erzeugung zufrieden- tel überzogene Deckblatt besteht aus einem dichten, stellender schwingungsdämpfender Anlagen für eine stark kalanderten Papier mit einer glänzendglatten, große Zahl von sehr verschiedenen Zwecken ver- 35 nichtklebenden Oberfläche, die mit einem Überwendet werden. Die Kosteneinsparungen werden da- zug aus einem Silikonharz-Ablösemittel überzogen durch mehr als ausgeglichen, daß bei einer gegebenen ist, auf dem ein Klebmittel aus einem druckempfind-Anlage optimale Ergebnisse nicht erreicht werden. liehen Mischpolymerisat aus Isooctylacrylat und Wenn andererseits für einen gegebenen Zweck eine Acrylsäure (Verhältnis 90:10) mit einem Überzugshohe Stückzahl benötigt wird, kann der Entwurf und 40 gewicht von 2,1 mg/cm² (Trockengewicht) aufgedie Herstellung eines beäoaderen schwingungsdämp- tragen worden ist, auf dem wiederum ein Trennüberfenden Blattes, das für diesen Verwendungszweck zug aus einem Butadien-Styrol-Mischpolymerisat mit besonders geeignet ist, gerechtfertigt sein. einem Überzugsgewicht von 2,3 mg/cm² (Trockenge-

Im folgenden Beispiel wird der Aufbau eines wicht) aufgetragen worden ist. Dieses Blatt wird,

zum Auslegen vorbereiteten Klebedämpfungsblattes 45 nachdem es auf die geeignete Größe geschnitten wor-

beschrieben, das sich bei der Verwendung unter ver- den ist, mit der Klebmittelseite in die Form einge-

sehiedenattigen Bedingungen in Form einer einzigen setzt, so daß die Schaumschicht mit dem Trennüber-

Schicht oder eines mehrschichtigen Gebildes und be- zug verbunden wird.

sonders bei der Dämpfung von Flugzeugrumpf!«- Das Unterlageblatt besteht aus einem biegsamen plankungea als zufriedenstellend erwiesen hat. 50 Folien-Papier-Schichtgebilde, das aus einer stumpfweichen Aluminiumfolie von 0,0254 mm Dicke beBeispiel steht, die durch einen sehr dünnen Casein-Neopren-

Klebmittelüberzug mit einem stark kalanderten

Nach dem in der USA.-Patentschrift 2 921916 be- Kraftpapier von 0,1016 mm Dicke verklebt ist, das ein

schriebeaea Verfahren wird ein Polyurethanvor- 55 Gewicht von 0,1 kg/m² hat. Nach dem Zurecht-

polymerisat hergestellt, indem ein Alkydharz aus schneiden wird dieses Blatt derart in die Form ein-

RizinusÖl und DiglykolsSure (Gewichtsverhältnis gesetzt, daß die Papierseite mit der Schaumschicht

12,3:1) mit einer Sfiurezahl von 4 bis 5 hergestellt verbunden wird.

wird, das dann mit Toluylendiisocyanat in einem Die weiche, biegsame, kautschukartige PoIy-

Meageaanteil von 2,43 Teilen des Alkydharzes je ίο urethanschaumschicht hat verlustreiche kautschuk-

ITeil des Diisocyanats vermischt und umgesetzt artige Eigenschaften im Gegensatz zu den stark

wird; die Umsetzung erfolgt bei einer Temperatur federnden Eigenschaften eines gewöhnlichen Kaut-

vofl 70 bis 105° C für eine Zeitdauer, die zur Er- schuks. Diese Eigenschaft wird durch die folgenden

zeagtmg eines Vorpolymerisatprodukts mit einer Vis- Verlusttangentenwerte erläutert, die bei Raumtempe-

kosität von 10 000 bis 25 000 Centipoise bei 25° C, 63 ratur (25° C) bei verschiedenen Frequenzen und mit

die mit einem Brookfield-Viskosimeter gemessen verschiedenen Proben gemessen worden sind: 0,30

worden ist, ausreicht. Ein geringerer Mengenanteil bis 0,35 bei hundert Schwingungen je Sekunde, 0,37

eines flammenvensögernden Mittels, 2. B. 5 Gewichts- bis 0,40 bei dreihundert Schwingungen je Sekunde

und 0,41 bis 0,45 bei tausend Schwingungen je Sekunde. Die Lagerungsschermodulwerte bei Raumtemperatur (in dyn/cm²) waren 3,9 bis 4,7 · 10⁶ bei hundert Schwingungen je Sekunde; 4,8 · 10⁶ bei dreihundert Schwingungen je Sekunde und 8,0 bis 9,3 · 10⁶ bei tausend Schwingungen je Sekunde. Die verfestigende Schicht (Folien-Papier-Unterlage) hatte einen Zugsteifewert, der mindestens lOOmal so groß wie der Schersteifewert der Polyurethanschaumschicht war, wobei bei Raumtemperatur in einem Frequenzbereich von hundert bis tausend Schwingungen je Sekunde gemessen wurde.

Das vorgeformte Dämpfungsblatt hatte (nach dem Entfernen des Deckblattes) ein Gewicht von 1,22 kg/m², wobei nach dem Ankleben an eine Aluminiumrumpfbeplankung mit einer Dicke von 2,78 kg/m² hatte, eine Gewichtszunahme der von dem Dämpfungsblatt bedeckten Fläche von 44% erhalten wurde.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen, die in starren tafel- bzw. plattenförmigen Materialien auftreten, bestehend aus einer mit dem tafel- bzw. plattenförmigen Material fest verbundenen Dämpfungsschicht aus Kunststoff und einer darüber befindlichen in der Ebene starren, dünnen, zugfesten Deckplatte, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung dünner Metall- oder Kunststofftafeln (10) die Dämpfungsschicht (11, 13, 21) aus einer in an sich bekannter Weise schwingungsdämpfenden Kunststoffschaumschicht mit einem Blockdichtefaktor von etwa 0,05 bis 0,5, einer Dicke von mindestens 3,2 mm, einem Verlusttangentenwert zwischen etwa 0,3 und 2,5 und einem Lagerungsschermodul zwischen 10⁵ und 10⁹ dyn/cm² besteht und daß die Deckplatte (15, 17, 20) einen Zugsteifewert aufweist, der mindestens lOmal so groß wie der Schersteifewert der Schaumschicht ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschaumschicht (11, 13, 21) eine Polyurethanschaumschicht ist.

3. Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (15, 17, 20) aus einer Metallfolie besteht.

4. Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumschicht (11, 13, 21) durch einen verhältnismäßig dünnen, druckempfindlichen Klebmittelüberzug (12, 14, 22), der normalerweise klebgierig ist, mit der Unterlage verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 917109;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1027896, 1093623; deutsche Patentanmeldung B 18484 VIII d/21c (bekanntgemacht am 24. März 1955);
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1673 219.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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