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Biegeweicher Schalldämmstoff Zur Isolation gegen die Übertraung
von Luftschall durch dichte, einschalige Wände hat man in den letzten Jahren Wandplatten
einerseits mit vielen Einzelmassen beschwert, die in Form von Kieselsteinen oder
Schrottstücken stückweise entweder auf die Platten aufgesetzt oder im Innern des
Plattenmaterials angeordnet wurden, andererseits hat man such Rillen in das Plattenmaterial
gefräst. Auf beiden Wegen verfolgte man das Ziel, die Wandplatten nicht nur schwer,
sondern auch biegeweich zu machen, um den sogenannten Koinzidenzeffekt in einen
höheren Frequenzbereich zu verschieben, was ebenfalls zur Verbesserung der Schall.däifmung
diente, denn im Falle der Koinzidenz stimmen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der
Biegewellen auf Platten und die Schallgeschwindigkeit in Luft überein. Dies bedingt
eine Übereinstimmung des Musters der Knotenlinien der an der Wand reflektierten
Luftschallwelle mit dem Muster der Knotenlinien der Biegewelle auf der Wandplatte,@so
daß der auftreffende Luftschall praktisch ideal über die Wandplatte
übertragen
wird. Die Vermeidung des Koinzidenzeffektes im Bereich technisch interessierender
Frequenzen ist also ebenso wie die Forderung eines möglichst hohen Gewichtes eine
notwendige 14Taßnahme zur Verbesserung der Schalldämmung (vgl. "Schalldämmstoffe
aus Kunststoff" von Dr. Karl Kurz aus "Lärmbekämpfung", 9. d,3hrgang, Heft 6, 1965).
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`Nährend es erfahrungsgemäß für bauakustische Zwecke ausreicht, wenn
die Koinzidenzfrequenz (gemäß DIN 4109 und DIN 52 210) oberhalb 3.200 Hz, also oberhalb
der oberen Frequenzgrenze bauakustischer Prüfung liegt, werden wegen der hochfrequenten
Anteile in den Maschinengeräuschen z.B. für den Schallschutz im hIaschinen- und
Fahrzeugbau wesentlich höhere Koinzidenzfrequenzen notwendig. Es ist (aus der österreichischen
Patentschrift 233 216) bekannt, aus diesem Grunde für diesen technischen Bereich
die Koinzidenzfrequenzen auf über 7.000 Hz zu verlegen.
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;Teil ausreichende Schalldämmung nur mit entsprechenden Wandgewichten
gewährleistet ist, besteht ein Widerspruch zwischen dieser akustischen Forderung
und den Wünschen des Leichtbaus, z.B. bei Fahrzeugen.
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Schalldämmende Wände aus leichten Baustoffen dürfen
nicht
leichter als 4kg/qm sein. Diese untere Grenze ergibt sich akustisch, weil gute Schalldämmung
mit guter Reflektion an Bier Trennwand gleichzusetzen ist. Die reflektierende Wand
muß an das Schallfeld vor ihr möglichst schlecht angepaßt sein, damit sie keinen
Schall durchläßt, was physikalisch mit Absorption gleichwertig wäre. (vgl. Cremer
"Die wissenschaftlichen Grundlagen der
| Raumakustik" ' |
| 3. Band, Seite 171 ff., Leipzig 195C15 km,t@ |
Schließlich ist es(durch die Deutsche Auslegeschrift 1 134 191) bekannt, bei der
Tierstellung von Wandmaterialien aus plastischen Stoffen, wie z.B. Kunststoff, Kautschuk,
Bitumen und Mischungen von ihnen, beschwerende Werkstoffe in diesen twIassen homogen
fein zu verteilen, so daß ein gleichmäßiges beschwertes Flächenmaterial entsteht,
das im Gegensatz zu den mit Einzelmassen versehenen Platten eine homogene Struktur
hat und bei Bedarf beliebig zugeschnitten und auch räumlichen Formen, z.B. ,"lclbun;-en
aller Art, angepaßt werden kann. Ik`fischt man ein Bindemittel der genannten Art
Mit einem solchen Füllstoff in verschiedenen Mis-hun@sverhältnissen, so liegen die
spezifischen Gewichte der Mischungen -demittel sund -wischen dem Schüttgewicht dem
spezifische -*fischen des Füllstoffes, tdes reinen welches Bin mit steigender Füllung
angenähert wird. Der dynamische E-I1:odul -äurchläuft ein Maximum. Die dynamischen
E-Ie:oduli solcher geff.*llter plastischer Stoffe hatt-jl bisher die
Größenordnungen
bis 1010 dyn/cm2 und die spezifischen Gewichte lagen zwischen 1 und 1,5 9/cm. 3.
Im Gegensatz zu Schalldämmstoffen hatten hntdröhnungsmittel E-Moduli von mehr als
1010 dyn/em2 und spezifische.Gewichte von möglichst weniger als 1 g/cm3. (vgl. "Schalldäxnmstoffe
aus Kunststoff" von Dr. Karl Kurzaus "Lärmbekämpfung", 9. Jahrgang, Heft 6, 1965
und "Über das dynamisch-elastische Verhalten linearer, vernetzter und gefüllter
Kunststoffe" von Becker und Oberst aus "Kolloid-Zeitschrift", 148.Band, Heft 1 -
2, Seiten 6 - 16 (1956).
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Da es sich hier um Schwingungsvorgänge handelt, ist der dynamische
E-Modul des fertigen Plattenmaterials zu berilcksichtigen, der bei der Verwendung
von plastischen Bindemitteln stets größer als der statische E-Modul ist. Da der
Koinzidenzeffekt im allgemeinen oberhalb 1.000 Hz auftritt, ist der dynamische Elastizitätsmödul
nur dieses Frequenzbereiches zu berücksichtigen, im Gegensatz zu dem dynamischen
Elastizitätsmodul unter 100 Hz, der bei schwingungsisolierenden Gummielementen zu
berücksichtigen ist. Der dynamische Elastizitätsmodul plastischer Massen . ist aber
im Frequenzbereich oberhi31b 1.000 Hz im allgemeinen zehnmal so groß, als im Frequenzbereich
unter 100 Hz.
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Unter den zahlreichen Irlischungsverhältnissen plastischer Bindemittel
mit Füllstoffen sind nun diejenigen mit besonders
guten schalldämmenden
Eigenschaften auszusuchen. Diese Auswahl. fällt dadurch schwer, daß, wie bereits
festgestellt, bei bestimmten Mischungsverhältnissen besonders große innere Steifigkeit,
also maximaler Elastizitätsmodul erreicht wird, unterhalb dieses Steifigkeitsmaximums
aber nur geringere spezifische Gewichte möglich sind. Füllt man die plastischen
Bindemittel so hoch, daß das Maximum des E-1VIoduls überschritten wird, so werden
die Platten spröde, brüchig oder gar bröckelig. Es bestehen daher die beiden Aufgaben:
1.) Bei Mischungen mit hohem spezifischen Gewicht und hohem E-Modul den E-Modul
zu verringern und 2.) den Mischungen mit niedrigem E-Modul aber auch niedrigem spezifischen
Gewicht gleiche akustische Werte wie@den weicher eingestellten schwereren Mischungen
zu geben.
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'ly'ird ein Bindemittel mit jeweils verschiedenen Füllstoffen gefüllt,
z.B. einmal mit Schwerspat, das andere Mal mit Bleioxyd, so erhält man Mischungen
unterschiedlichen spezifischen Gewichtes, aber nahezu gleicher innerer Steife. Die
beiden gewählten Beispiele zeigen aber, daß hier gerade das akustisch bessere Material
das teuere ist, und es wird in der Praxis daher oft aus Kostengründen das akustisch
schlechtere Material bevorzugt, so daß ein
Kompromiss zwischen nach
ausreichender Dämmung und bereits niedrig liegender Koinzidenzfrequenz eingegangen
wird. Somit. besteht noch die dritte Aufgabe 3.) das spezifisch leichtere Material
mit dem preisgünstigeren, jedoch leichteren Füllstoff so zu verändern, daß es dem
schwereren Material akustisch gleichwertig wird.
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Es wurde nun gefunden, daß ran die akustischen Eigenschaften biegeweicher
Schalldämmstoffe aus plastischen Bindemitteln und darin homogen verteilten Füllstoffen
dadurch verbessern kann, daß man ihnen eine solche Weichheit gibt, und einen solchen
Füllungsgrad, daß das Verhältnis des dynamischen Elastizitätsmoduls oberhalb 1.000
Hz zur dritten Potenz des spezifischen Gewichtes, d.h.
so klein wie möglich ist.
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Dieses Ziel, das eine Lösung aller drei gestellter Aufgaben ist, kann
erreicht werden entweder durch größere 'Neichheit, z.B. durch Zugabe von ;Teichmachern,
oder durch eine Steigerung des spezifischen Gewichtes. Für den akustischen Verwendungszweck
sind beide Maßnahmen einzeln durchgeführt gleichwertig. Beide Maßnahmen gemeinsam
durchgeführt, ermöglichen schwierige technische Lösungen, ohne Kompromisse eingehen
zu müssen: So hat eine Erhöhung des spezifischen Gewichtes nur um den Faktor 2 die
gleiche
akustische Wirkung, wie die Verminderung des E-Moduls um
den Faktor S. Eine Verminderung des E-Moduls ist aber beispielsweise dann nicht
mehr möglich, wenn die Arbeitstemperaturen in der Nähe des Erweichungspunktes des
Bindemittels liegen, oder das Bindemittel bereits in seiner weichsten Form vorliegt.
Die wesentliche Erkenntnis, aus dieser Regel zum technischen Handeln ist also die,
da13 der chemische zingriff in die Weichheit des Bindemittels und der physikalische
Eingriff in das spezifische Gewicht akustisch gleichwertige Maßnahmen sind. Das
bedeutet aber, daß man für die Zwecke der Schalldämmung auch spezifisch leichte
Werkstoffe verwenden kann. °:eiterhin gelingt es mit der Erfindung, auch bei Stoffen
mit hohem E-Yiodul den Koinzidenzeffekt in einen jeweils technisch unbedeutenden-hohen
Frequenzbereich zu verlegen. Diese beiden Möglichkeiten haben bisher nicht bestanden.
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Wohl die häufigste Aufgabe der Praxis ist die Verbesserung der Schalldämmung
vbn bereits bestehenden Wänden. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung
eine Anordnunu zur Verbesserung der S:-hxlldä::_mung bereits bestehender ?fände
vor, bei der ein erfindungsgemäßes Igaterial als Vorsatzschale im Abstand vor der
bestehenden 2,'and oder als Belag -direkt auf der ;7nrkd angewendet wird, dessen
kennzeichnendes Verhältnis
kleiner ist als das kennzeichne_;ie Verhältnis des Materials der bereits bestehenden
Wand.
Aus der Tatsache, daß das vorgeschlagene Belagmaterial zur Verbesserung einer Trennwand
erfindungsgemäß so angewandt wird, daß seine Kennzahl kleiner ist als die Kennzahl
des Wandmaterialst ergibt sich z.B.,. daß im Pahrzeugbau und im Maschinenbau solche*
Materialien kleinere Kennzahlen haben müssen als Eisen-bzw. P tahl, also kleiner
als 4 x 109. Entsprechendes gilt für Wandungen aus anderen Materialien.
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Erfüllt man die erfindungsgemäßen Regeln zum technischen Handeln,
so läßt sich gleichzeitig auch die Aufgabe lösen, ein einheitliches Dämm-Material
zu schaffen für Trennwände aus beliebigen technisch üblichen Werkstoffen. Insbesondere
lassen sich erfindungsgemäß aus plastischen Bindemitteln in entsprechender Bleichheit
und/oder geeigneter Füllung preiswerte Dämmstoffe herstellen, die die gleichen akustischE
Eigenschaften haben, wie z.B. Blei oder die Sogar die akustische Wirkung von Blei
noch übertreffen. Hierzu werden ihre Mischungskomponenten so ausgewählt und in einem
solchen Verhältnis miteinander vermischt, daß das kennzeichnende Verhältnis
der aus ihnen hergestellten Platten kleiner ist als das kennzeichnende Verhältnis
von Blei, also kleiner als 108.
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Werden Materialien gemäß der Erfindung-auf einem Trägerwerkstoff aufgebracht,
der reißfest, bruchfest und nicht spröde ist, dann muß er so beschaffen, z.B. so
dünn sein, daß er die akustischen Eigenschaften des Dämmstoffes nicht beeinflußt.
Hierfür
kommen Textilgewebe, dünne reißfeste Kunststoff-Folien und ähnliches in Betracht.
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Gegenüber der bisherigen Meinung, daß Materialien zur Schalldämmung
biegeweich und schwer sein müssen, eröffnet die Erfindung auch Wege zur Verwendung
von innerlich steifen Materialien, also-Materialien mit hohem Elastizitätsmodul,
wenn ihr spezifisches Gewicht ausreichend hoch ist und auch zur Verwendung von leichten
Materialien so lange ihr Elastizitätsmodul niedrig genug ist. Demgemäß schlägt die
Erfindung vor, daß der Schalldämmstoff aus innerlich steifen Werkstoffen, d.h. Werkstoffen
mit hohem dynamischem Elastizitätsmodul, besteht, deren spezifisches Gewicht so
eingestellt ist, daß sein kennzeichnendes Verhältnis
gleich oder kleiner ist als das kennzeichnende-Verhältnis von bekannten biegeweichen
Werkstoffen.
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Erfindungsgemäß können: auch spezifisch leichte Werkstoffe zur Schalldämmung
verwendet werden, wenn ihre Weichheit so eingestellt-ist, daß ihr kennzeichnendes
Verhältnis
gleich oder kleiner ist als das kennzeichnende Verhältnis von bekannbn schweren
Werkstoffen. Diese Weicheinstellung kann durch Zugabe von Weichmachern erfolgen,
durch unvollständige Vernetzung bei Stoffen mit vernetzter Molekülstruktur bder@dadurch,
daß die beiden Komponenten von 2-Komponenten-Bindemitteln nicht in
stöchiometrischem
Verhältnismiteinander gemischt werden. Die notwendige geringe Steife erhält man
aber auch gemäß der Erfindung mechanisch durch schwaches Schäume. Die Schäumung
muß in dem Augenblick abgebrochen werden, wenn das spezifische Gewicht noch nicht
wesentlich vermindert, jedoch die Steife der Schicht bereits genügend herabgesetzt
ist.
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Die Herstellungcbr erfindungsgemäßen Materialien erfolgt im übrigen
mittels bekannter Verfahren durch Rühren, Kneten, Walzen u. dgl, Die Herstellung
der Platten aus diesen Mischungen erfolgt ebenfalls nach bekannten Verfahren durch
Gießen, Pressen, Walzen usw., und die Aushärtung des Materials kann in bekannter
Weise durch Trocknen oder durch chemische Abbindevorgänge, wie z.D. Polymerisation,
Polyaddition oder Polykondensation, erfolgen.
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Mit folgendem Beispiel soll die Herstellung solcher Schalldämmstoffe
erläutert werdens 895 kg PVC-Pulver 795 kg Dioctylphtaiät 72,0 kg Bleipulver
10,0 kg Bariumsulfat (Schwerspat) 2,0 kg Zuschlagstoffe, wie Pigmente, Schwebemittel
u.dg1
Diese Stoffe werden im Kneter innig gemischt, anschließend
in eine flache Form gegossen oder auf eine Bahn eines reißfesten textilen Trägers
in gleichmäßiger Dicke aufgetragen und schließlich bei einer Temperatur von 140o
C geliert. Die fertige flexible Bahn hat ein kennzeichnendes Verhältnis
das kleiner als 108 ist.
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Zur Bestimmung des kennzeichnenden Verhälträsses
werden B und f getrennt bestimmt, und es werden in der Physik übliche Meßmethoden
angewendet. Im übrigen können handelsübliche Meßgeräte verwendet werden.