DE19620375A1 - Schalldämmendes und -dämpfendes Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein schalldämmendes und -dämpfendes Bauteil gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung betrifft ein schalldämmendes und -dämpfendes Bauteil, insbesondere für die Motorenkapselung in Kraftfahrzeugen, das in Kontakt mit Schallquellen zur Ausbildung von schwingenden Luftsäulen befähigt ist und hierzu in geeigneter Weise ausgebildete Formelemente aufweist, die aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum sowie gemischtzelligem Kunststoffschaum, umfassend offene und geschlossene Zellen und Bereiche mit weitgehend kompaktem Kunststoff, bestehen.

Ein für die Schallabsorption vorgesehenes Bauteil ist aus der DE 92 15 132 U1 bekannt und besteht aus einem offenporigen PU-Schaum, der durch eine PU-Folie abgedichtet ist. Die offenzellige Struktur begünstigt zwar die Dämpfung von Luftschall, ist jedoch für die Dämmung von Körperschall nachteilig. Weiterhin ist der mehrschichtige Aufbau aus PU-Schaum und PU-Folie in wirtschaftlicher Hinsicht unbefriedigend.

Ein weiteres Bauteil dieser Art ist aus der DE 43 34 984 C1 bekannt. Es besteht aus einem geschlossenzelligen Polypropylen-Schaum, wodurch die Fähigkeit zur Dämpfung von Luftschall ungünstig beeinflußt wird. Außerdem erhöht sich in Bereichen, die eine besondere Elastizität aufweisen sollen, durch das polymere Schaumgerüst die dynamische Steifigkeit des Bauteils. Das ist beispielsweise hinsichtlich einer zwischen dem Formteilboden und der Begrenzungswandung vorgesehenen elastischen Membran der Fall. Auch sind die Begrenzungswandungen nur unzureichend zur Resonanz befähigt.

Weiterhin ist aus der DE 43 34 342 A1 ein schallabsorbierendes Formteil mit schichtweisem Aufbau bekannt, das aus einer geschlossenzellig ausgebildeten Weichschaumschicht mit geringer Dichte und einer Außenschicht mit hohem spezifischen Gewicht besteht. Auch dieses Formteil weist aufgrund seines Aufbaus keine günstige Luftschall-Absorption auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil aus einem Kunststoffschaum zu schaffen, das über eine verbesserte Dämpfung von Luftschall sowie eine verbesserte Dämmung von Körperschall zum Beispiel bei der Motorkapselung von Kraftfahrzeugen verfügt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Weiterbildung eines gattungsgemäßen Bauteils zur Dämmung und Dämpfung von Schall dadurch gelöst, daß bei dessen Formelementen die Bodenteile aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum, die Begrenzungswandungen aus einem gemischt offen- und geschlossenzelligen Kunststoffschaum und die die Begrenzungswandungen mit den Bodenteilen verbindende Membranen aus weitgehend kompaktem Kunststoff bestehen.

Dieser Aufbau vermindert die dynamische Steifigkeit der Formelemente und erhöht die Resonanzfähigkeit des Bodens der Formelemente relativ zu deren Begrenzungswandungen.

Das Bauteil weist allseitig eine geschlossene Oberfläche auf, wodurch das Eindringen von Flüssigkeiten ausgeschlossen ist.

Hierdurch eignet es sich gut auch für Anwendungen zur Kapselung von Kraftfahrzeugmotoren.

Der den Formelementen des Bauteils zukommende unterschiedliche Aufbau aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum, offene und geschlossene Zellen gemischt enthaltenden Kunststoffschaum und Bereichen mit weitgehend kompaktem Kunststoff, ist zusammen mit der Kunststoff-Matrix des verwendeten Kunststoffschaumes Ergebnis der Formteilbildung, dies ohne Erfordernis, mehrlagige Schichtwerkstoffe zum Einsatz zu bringen.

In einer besonders schallabsorbierenden Ausführungsform sind die Übergangsbereiche der Begrenzungswandung sowohl zu den Bodenteilen der geschlossenen Formelemente als auch der offenen Formelemente als Membran ausgebildet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzen die Schaumzellen des geschlossenzelligen Kunststoff-Schaumes, aus dem die Bodenteile der Formelemente bestehen, einen ellipsenförmigen Querschnitt mit einem mittleren Verhältnis Länge zu Dicke der Schaumzellen von 2 bis 5 zu 1. Dadurch vermindert sich gegenüber geschlossenzelligen Kunststoffschaumstoffen mit kugeliger Form der Schaumzellen die dynamische Steifigkeit der Bodenteile, wodurch die Aufnahme von Resonanzschwingungen verbessert wird.

Vorteilhaft ist auch, daß der Anteil offener Schaumzellen in den Begrenzungswandungen zwischen 5% und 50% liegt und die geschlossenen Schaumzellen in diesem Bereich gleichfalls ellipsenförmig gestaltet sind, hier mit einem Verhältnis Dicke zu Länge der Schaumzellen im Bereich von 3 bis 7 zu 1.

Zweckmäßigerweise weist der geschlossenzellige Kunststoffschaum eine Dichte von 0,03 bis 0,4 g/cm³, der offen- und geschlossenzellige gemischte Kunststoffschaum eine Dichte von 0,05 bis 0,6 g/cm³ und der weitgehend kompakte Kunststoff eine Dichte 0,85 bis 1,20 g/cm³ auf.

Als günstig hat sich herausgestellt, daß die Materialdicke des Bodenteils zu der Materialdicke der seitlichen Begrenzungswandungen im Verhältnis 1 zu 0,9 bis 0,4 und zu der zwischen ihnen befindlichen Membran im Verhältnis 1 zu 0,1 bis 0,05 steht.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß der geschlossenzellige Kunststoffschaum, der offen- und geschlossenzellige Kunststoffschaum und der weitgehend kompakte Kunststoff zur Klasse der Polyolefine oder Polystyrole gehören, wobei eine besondere Ausgestaltung darin liegt, daß der Kunststoff der Unterklasse der Polypropylene angehört und das Polyprolyen ein Zentrifugenmittel des mittleren Molekulargewichts M_Z < 9×10⁵ und eine Gleichgewichtsnachgiebigkeit der Schmelze G_S < 0,9×10^-3 m²/N besitzt.

In einer speziellen Ausführungsform sind die Bodenteile, die Begrenzungswandungen sowie die Membranen auf der der Schallquelle abgewendeten Seite beschichtet.

Geeignet sind insbesondere öl- und treibstoffeste Beschichtungsmassen mit einer Zugfestigkeit < 120 kg/cm².

Das erfindungsgemäße Bauteil wird anhand nachstehender Zeichnungen weiter erläutert.

In den Fig. 1 bis 4 sind hierzu Ausschnitte des Bauteil mit Formelementen dargestellt.

In Fig. 1 ist der Querschnitt von einseitig zur Schallquelle S geöffneten Formelementen 1.1, von einseitig geöffneten, der Schallquelle abgewendeten Formelementen 1.2, sowie von geschlossenen Formelementen 2 des Bauteils B wiedergegeben, wobei der Abschluß des geschlossenen Formelementes 2 durch den Träger 3 erfolgt, auf dem das Bauteil B befestigt ist.

Ein geöffnetes Formelemente 1.1 besteht aus den Bodenteilen 4.11, den Begrenzungswandungen 5 sowie den Membranen 6, ein geöffnetes Formelement 1.2 besteht aus den Bodenteilen 4.12, den Begrenzungswandungen 5 sowie den Membranen 6, ein geschlossenes Formelement 2 besteht aus den Bodenteilen 4.2, den Begrenzungswandungen 5 sowie den Membranen 6.

Fig. 2 erläutert den zellularen Aufbau der Bodenteile aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum 7, bevorzugt aus Schaumzellen 8 mit ellipsenförmigem Querschnitt und zeigt die den Schaum umschließende Haut 9.

Fig. 3 gibt den zellularen Aufbau der Begrenzungswandungen 5 aus einem offen- und geschlossenzellig gemischten Kunststoffschaum 10 wieder und zeigt die geschlossenen Schaumzellen 8 mit elliptischer Struktur, geöffnete Schaumzellen 11 und die umschließende Haut 9.

Fig. 4 bringt im Detail den Aufbau der verbindenden Membran 6, die weitgehend aus kompaktem Kunststoff besteht.

Das Bauteil wird aus einem Polypropylenschaum mit der Dichte 0,045 g/cm³ und der Dicke 4,5 mm durch Thermoformung hergestellt.

Das zugrundeliegende Polypropylen besitzt ein Zentrifugenmittel des Molekulargewichts M_Z von 1,5×10⁶ und eine Gleichgewichtsnachgiebigkeit der Schmelze G_S von 1,45×10^-3 m²/N.

Die Ermittlung der angegebenen Zellstrukturen erfolgte durch mikroskopische Prüfung. Der Anteil offener Zellen wurde mittels Luftpyknometer bestimmt. Das Z-Mittel des Molekulargewichts des dem Kunststoffschaum zugrundeliegenden Polypropylens erfolgt durch Bestimmung mit der Ultrazentrifuge, die rheologische Charakterisierung mittels mechanischem Spektrometer.

Claims (11)

1. Schalldämmendes und -dämpfendes Bauteil, hergestellt aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoffschaum mit eingeformten Formelementen in Gestalt von Erhebungen und/oder Vertiefungen mit Bodenteilen, seitlichen Begrenzungswandungen und die Bodenteile mit den Begrenzungswandungen verbindenden Membranen, die einseitig offene und gegebenenfalls geschlossene Hohlräume bilden, das in Kontakt mit Schallquellen zur Ausbildung von schwingenden Luftsäulen befähigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenteile (4.2) der geschlossenen Formelemente (2) sowie die Bodenteile (4.11 und 4.12) der offenen Formelemente (1.1 und 1.2) aus geschlossenzelligem Kunststoffschaum (7), die Begrenzungswandung (5) der offenen und geschlossenen Formelemente aus einem gemischt offen- und geschlossenzelligen Kunststoffschaum (10) bestehen und sowohl der geschlossenzellige als auch der gemischtzellige Kunststoffschaum von einer aus kompaktem Kunststoff bestehenden Haut (9) umschlossen sind und die Membrane (6) aus weitgehend kompaktem Kunststoff bestehen.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche der Begrenzungswandung (5) sowohl zu den Bodenteilen (4.2) der geschlossenen Formelemente (2) sowie zu den Bodenteilen (4.11) und den Bodenteilen (4.12) der offenen Formelemente (1.1 und 1.2) als Membran (6) ausgebildet sind.

3. Bauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumzellen (8) des geschlossenzelligen Kunststoffschaums (7), aus dem die Bodenteile (4) der Formelemente (1; 2) bestehen, einen ellipsenförmigen Querschnitt mit einem mittleren Verhältnis Länge zu Dicke der Schaumzellen von 2 bis 5 zu 1 aufweisen.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil offener Schaumzellen (11) im Bereich des die Begrenzungswandungen (5) bildenden Kunststoffschaums (10) zwischen 5% und 50% liegt.

5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumzellen (8) des geschlossenenzelligen Anteils im gemischtzelligen Kunststoffschaum (10) aus dem die Begrenzungswandungen (5) bestehen, einen ellipsenförmigen Querschnitt mit einem mittleren Verhältnis Länge zu Dicke der Schaumzellen von 3 bis 7 zu 1 aufweisen.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenzellige Kunststoffschaum (7) im Bereich der Bodenteile (4) eine Dichte von 9,03 bis 0,4 g/cm³, der gemischt offen- und geschlossenzellige Kunststoffschaum (10) eine Dichte von 0,05 bis 0,6 g/cm³ und der weitgehend kompakte Kunststoff im Bereich der Membran (6) eine Dichte von 0,85 bis 1,20 g/cm³ aufweisen.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke des Bodenteiles (4) zu der Materialdicke der seitlichen Begrenzungswandungen (5) im Verhältnis 1 zu 0,9 bis 0,4 und zu der verbindenden Membran (6) im Verhältnis 1 zu 0,1 bis 0,05 steht.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenzellige Kunststoffschaum (7), der offen- und geschlossenzellige Kunststoffschaum (10) und der weitgehend kompakte Kunststoff der Membran (6) zur Gruppe der Polyolefine oder Polystyrole gehören.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffe Polypropylene eingesetzt sind.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossenzellige Kunststoffschaum (7), der offen- und geschlossenzellige Kunststoffschaum (10) und der weitgehend kompakte Kunststoff im Bereich der Membranen (6) ein Polypropylen mit einem Zentrifugenmittel des mittleren Molekulargewichtes M_Z < 9×10⁵ und einer Gleichgewichtsnachgiebigkeit der Schmelze G_S < 0,9×10^-3 m²/N ist.

11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenteile (4), die Begrenzungswandungen (5) sowie die Membranen (6) auf der der Schallquelle abgewendeten Seite mit einem öl- und treibstoffesten Beschichtungsmaterial mit einer Zugfestigkeit < 120 kg/cm² versehen sind.