DE19624314C1 - Schaumstoffelement zur Schalldämmung von Hohlräumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaumstoffelement zur Schalldämmung von Hohlräumen, insbesondere von Strangpreßprofilen aus Metall oder Kunststoff, das vor dem Einbringen in einen Hohlraum derart kompri­ miert in eine luftdichte Folie eingeschweißt ist, daß es durch eine Öff­ nung eines Hohlraums in den Hohlraum einschiebbar ist, wobei das Schaumstoffelement nach dem Einbringen in den Hohlraum durch Öff­ nen der Folie unter Luftzufuhr in eine mindestens zwei Wände des Hohlraums beaufschlagende Form expandiert.

Im Bereich der Schienenfahrzeuge wird in zunehmendem Maße aus ökologischen und ökonomischen Gründen Wert auf eine leichtere Bau­ weise gelegt, weshalb zum Bau von Schienenfahrzeugen mehr und mehr Leichtbauwerkstoffe verwendet werden. Für die Wagenkästen von Schienenfahrzeugen eignen sich in guter Weise Hohlkammer- Strangpreßprofile aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminiumwerk­ stoffen. Nachteilig wirkt sich bei der Verwendung derartiger Strang­ preßprofile die Geräuschentwicklung aus. Aluminium-Strangpreßprofile sind akustisch nahezu unbedämpft, d. h. in dem betreffenden Wagen­ kasten angeregte Biegewellen klingen nur sehr langsam wieder ab und können sich nahezu ungehindert in der gesamten Struktur ausbreiten. Dies führt zu einem Dröhnen des Wagenkastens. Zudem treten bei be­ stimmten Frequenzen bei zweischaligen Bauteilen, wie den vorstehend genannten Strangpreßprofilen, Einbrüche in der Schalldämmung auf. Dieses Phänomen wird als Koinzidenzeinbruch bezeichnet. Bei doppel­ schaligen Aluminium-Strangpreßprofilen mit einer Stegdicke von 2 bis 5 mm und einem Stegabstand von typischerweise 20 bis 70 mm liegen diese Einbrüche im hörbaren Bereich und wirken sich somit negativ auf das Schalldämmungsverhalten aus.

Zur Entdröhnung derartiger Strangpreßprofile ist es bekannt, Schwer­ folien aus Bitumen oder Kunststoff auf die Außenwand der Strang­ preßprofilhohlräume durch Aufsprühen, Aufziehen oder Aufkleben auf­ zubringen.

Im Automobilbau ist es bekannt, zur Vermeidung von Luftschall wie Pfeifgeräuschen und dergleichen in Hohlräumen in der Nähe von Achs­ lagern Schaumstoffelemente zu verwenden, die aus einem auf einen Karton aufgeklebten Weichschaum bestehen. Das Schaumstoffelement liegt vor dem Einbringen in den zu bedämpfenden Hohlraum in einem komprimierten Zustand vor und ist in eine luftdichte Folie einge­ schweißt. In diesem komprimierten Zustand kann das Schaumstoffe­ lement leicht durch eine Öffnung des Hohlraums in den Hohlraum ein­ geschoben werden. Nach dem Einbringen in den Hohlraum wird durch Öffnen der Folie (beispielsweise durch Aufreißen oder Aufstechen) eine Luftzufuhr ermöglicht, so daß das das Schaumstoffelement in eine mindestens zwei Wände des Hohlraums beaufschlagende Form expan­ diert. Das bekannte Schaumstoffelement ist nur zur Bedämpfung von Luftschall, nicht jedoch zur Bedämpfung von Körperschall, also zu einer Entdröhnung geeignet. Ein Schaumstoffelement der genannten Art ist beispielsweise in der G 87 07 140.1 beschrieben.

Weiterhin ist aus der DE 38 42 890 ein Dichtungsteil zum Ausfüllen eines leeren Raums bekannt. Das Dichtungsteil besteht aus einem Schaumstoffteil sowie einem Rückhalteteil. Zum Einführen des Dich­ tungsteils in einen leeren Raum wird das Schaumstoffteil zunächst zu­ sammengedrückt und im zusammengedrückten Zustand vom Rückhal­ teteil umwickelt. Durch Einwirkung von Hitze kehrt das Schaumstoffteil zu seiner ursprünglichen Größe zurück und füllt den leeren Raum aus.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schaumstoffelement der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, das es zu einer Bedämpfung von in Hohlräumen insbesondere von Strangpreßprofilen aus Metall oder Kunststoff auftretenden Schallphä­ nomenen geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schaumstoffelement zur Schall­ dämmung von Hohlräumen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor­ geschlagen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaum­ stoffelements als mindestens zweischichtige Schaumstoffstruktur (Schaumstoffsandwich) mit einer Federschicht und mindestens einer auf der Federschicht angeordneten Schwerschicht ist eine Entdröhnung von Strangpreßprofilen aus Metall oder Kunststoff, insbesondere aus Leichtmetall, möglich. Im eingebauten, expandierten Zustand des Schaumstoffelements liegen die beiden Schwerschichten im wesentli­ chen flächig an dem Leichtmetallprofil an. Der Weichschaum der Fe­ derschicht preßt dabei mit einem gewissen Druck die mindestens eine Schwerschicht an die Wände des zu bedämpfenden Hohlraums. Die Druckbeaufschlagung der Schwerschicht durch die Federschicht rührt von einer Überdimensionierung des Schaumstoffelements bezüglich des zu bedämpfenden Hohlraums in der Expansionsrichtung des Schaumstoffelements. Die mindestens eine Schwerschicht des erfin­ dungsgemäßen Schaumstoffelements steht somit in direktem Kontakt mit dem Leichtmetall-Strangpreßprofil und folgt jeder Schwingbewe­ gung des Strangpreßprofils. Diese Schwingungen werden durch das Schaumstoffelement, teilweise in der Schwerschicht und teilweise durch Weiterleitung in die Federschicht aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Im Idealfall kann auch noch Schwingungsenergie durch gegenphasiges Schwingen der beiden Leichtmetall-Außenschichten vernichtet werden. Durch das Einbringen des erfindungsgemäßen Schaumstoffelements in den zu bedämpfenden Hohlraum wird der Strömungswiderstand in dem Hohlraum erhöht, wodurch auch der vor­ stehend beschriebene Koinzidenzeinbruch bei der Schalldämmung ge­ mindert werden kann.

Durch die Erhöhung des Strömungswiderstands wird auch thermisches Konvektionsrollen unterbunden. Dadurch eröffnet sich auch die Mög­ lichkeit, die thermische Isolationsschicht im Innern des Waggons gerin­ ger zu dimensionieren, wodurch eine Material- und Kostenersparnis erzielt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung ein erfindungs­ gemäßes Schaumstoffelement in komprimiertem Zustand.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Schaumstoffelement der Fig. 1 in expandiertem Zustand.

Fig. 3 veranschaulicht den Einbau eines erfindungsgemäßen Schaumstoffelements in einen Hohlraum eines Leichtme­ tall-Strangpreßprofils.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schaumstoffelement 10. Das Schaumstoffelement 10 umfaßt eine Federschicht 11 und zwei Schwerschichten 12, die auf gegenüberliegenden Seiten der Federschicht 11 aufgebracht sind. Die Federschicht 11 besteht insbesondere aus Polyurethan-Weichschaum, die Schwerschichten 12 bestehen insbesondere aus Polyurethan- Flockenverbundschaum.

Das erfindungsgemäße Schaumstoffelement 10 liegt in dem in der Fig. 1 dargestellten Zustand in komprimierter Form vor und ist in eine luftdichte Folie 13 eingeschweißt. Durch Öffnen der Folie 13, bei­ spielsweise durch Aufreißen oder Aufstechen, kann Luft in das Innere der Folie 13 eindringen, so daß die dreischichtige Schaumstoffstruktur des erfindungsgemäßen Schaumstoffelements 10 expandiert. Dieser expandierte Zustand 10′ ist in Fig. 2 ebenfalls in schematischer Schnittdarstellung dargestellt. Die Expansion des Schaumstoffelements 10 erfolgt dabei in der durch den Doppelpfeil veranschaulichten Ex­ pansionsrichtung.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, expandiert in erster Linie die aus Weichschaum bestehende Federschicht 11, während die beiden auf der Federschicht aufgebrachten Schwerschichten 12 aus Flockenverbund­ schaum nur unwesentlich expandieren. Die Schwerschichten 12 aus Flockenverbundschaum verfügen über eine sehr dichte Struktur, so daß sie kaum komprimierbar sind. Dahingegen verfügt der Weichschaum der Federschicht 11 über eine offenzellige Struktur, die in hohem Maße zusammengedrückt und komprimiert werden kann. Dieser komprimierte Zustand wird durch Einschweißen in die luftdichte Folie 13 erhalten, und erst nach Öffnen der Folie 13 expandiert die Federschicht unter Luftzufuhr in ihre ursprüngliche Größe und Gestalt.

Das Raumgewicht des Flockenverbundschaums der Schwerschichten 12 beträgt etwa 100 bis 700 kg/m³, vorzugsweise zwischen 300 und 400 kg/m³. Das Raumgewicht des Weichschaums der Federschicht 11 beträgt etwa 10 bis 80 kg/m³, vorzugsweise zwischen 40 und 60 kg/m³. Die Dicke der Schwerschichten 12 beträgt etwa 2 bis 10 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 5 mm. Die Dicke der Federschicht 11 bemißt sich in Abhängigkeit der Größe des zu bedämpfenden Hohl­ raums. Typischerweise beträgt die Dicke der Federschicht 11 etwa 5 bis 15 mm im komprimierten Zustand (Fig. 1) und etwa 30 bis 70 mm im expandierten Zustand (Fig. 2).

Die luftdichte Folie 13 ist vorzugsweise eine diffusionsdichte Polyethy­ len-Sandwichfolie, ihre Dicke beträgt etwa 50 bis 300 µm, vorzugs­ weise zwischen 150 und 200 µm.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumstoffelements wer­ den die Schaumstoffstreifen für die Federschicht und die Schwer­ schichten aufeinander geklebt und in eine luftdichte, insbesondere sackförmige Folie eingelegt. Anschließend wird das in der luftdichten Folie befindliche Schaumstoffelement durch Zusammendrücken von außen komprimiert. Das Innere der Folie wird evakuiert und die Folie wird zugeschweißt, wodurch der komprimierte Zustand des Schaum­ stoffelements beibehalten wird.

Fig. 3 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung ein Strang­ preßprofil 20 mit einem Hohlraum 22. Entlang einer Schmalseite 24 des Strangpreßprofils 20 sind in den Hohlraum 22 führende Öffnungen 21 vorgesehen. Durch diese Öffnungen 21 werden erfindungsgemäße Schaumstoffelemente 10 zur Schalldämmung des Hohlraums 22 einge­ schoben. Die erfindungsgemäßen Schaumstoffelemente 10 verfügen in ihrem komprimierten Zustand über eine längliche Streifenform. Die Schaumstoffelemente 10 werden derart im Sinne des eingezeichneten Pfeiles durch die Öffnungen 21 in den Hohlraum 22 eingeführt, daß die Schwerschichten 12 parallel zu den beiden den Hohlraum 22 begren­ zenden Längsseiten 23 des Strangpreßprofils 20 zu liegen kommen. Im komprimierten Zustand sind die Schaumstoffelemente 10 schmaler als die Dicke d des Strangpreßprofils 20 und als die lichte Weite der Öff­ nungen 21, so daß sie problemlos durch die Öffnungen 21 geschoben werden können.

Sobald ein Schaumstoffelement 10 in dem Hohlraum 22 positioniert ist, wird die luftdichte Folie 13 geöffnet. Dies kann durch Aufstechen oder Aufreißen erfolgen. Vorteilhafterweise ist an der Folie 13 ein nicht näher beschriebenes Mittel vorgesehen, das ein problemloses Öffnen der Folie 13 gestattet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen in die Folie eingeschweißten Aufreißfaden oder dergleichen handeln.

Nach dem Öffnen der Folie 13 dringt Luft in das Innere der Folie 13 ein und die Federschicht 11 des Schaumstoffelements 10 expandiert der­ art, daß die Schwerschichten 12 des Schaumstoffelements 10 gegen die den Hohlraum 22 begrenzenden Seitenwände 23 des Strangpreß­ profils 20 gedrückt werden. Die Federschicht 11 ist demnach so di­ mensioniert, daß ihre Dicke in expandiertem Zustand mindestens der Dicke d des Hohlraums 22 des Strangpreßprofils 20 entspricht.

Die Schwerschichten 12 aus Flockenverbundschaum liegen bei fertig installiertem Schaumstoffelement 10 demnach im wesentlichen flächig an den Seitenwänden 23 des Leichtmetall-Strangpreßprofils 20 an, so daß sich Schwingungsbewegungen des Strangpreßprofils auf die Schwerschichten 12 übertragen und von diesen teilweise an die Feder­ schicht 11 weitergeleitet werden. Sowohl in der Schwerschicht 12 als auch in der Federschicht 11 werden die Schwingungen aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Dadurch kann erfindungsgemäß eine Ent­ dröhnung, d. h. eine Bedämpfung des in einem Strangpreßprofils auftre­ tenden Körperschalls erfolgen.

Darüber hinaus wird durch das erfindungsgemäße Schaumstoffelement der Strömungswiderstand in dem Hohlraum 22 des Strangpreßprofils erhöht, wodurch der vorstehend beschriebene Koinzidenzeinbruch bei der Schalldämmung in erheblichem Maße gemindert wird. Des weiteren wird durch die Erhöhung des Strömungswiderstands das thermische Konvektionsrollen unterbunden. Die guten thermischen Isolationseigen­ schaften des Weichschaums der Federschicht 11 (Wärmeleitfähigkeit bei 20°C: λ ≈ 0,040 W/mK) wird außerdem der Wärmeaustausch von außen nach innen und umgekehrt erheblich vermindert.

Das vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Aus­ führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaumstoffelements be­ trifft eine Schaumstoffstruktur mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die Verwendung eines derartigen rechteckigen Quer­ schnitts ist in der Praxis ein Idealfall, da die Schaumstoffelemente der gegebenen Hohlraumgeometrie der verwendeten Strangpreßprofile an­ gepaßt werden müssen. Aus diesem Grund sind Schaumstoffelemente mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt in der Praxis häufiger anzutreffen. Ebenso sind Schaumstoffelemente mit dreieckförmigem Querschnitt denkbar. Die Herstellung und Anwendung von erfindungs­ gemäßen Schaumstoffelementen mit derartigen Querschnitten ent­ spricht der vorstehend anhand eines rechteckförmigen Querschnitts beschriebenen Herstellung und Anwendung. Dabei ist es nicht unbe­ dingt notwendig, daß zwei Schwerschichten an gegenüberliegenden Seiten der Federschicht angeordnet werden. Vielmehr ist auch nur die Verwendung einer Schwerschicht, beispielsweise bei einem dreieck­ förmigem Querschnitt denkbar. Ebenfalls ist es möglich, die Schwer­ schichten an zwei aneinandergrenzenden Seiten einer Federschicht mit dreieck- oder trapezförmigem Querschnitt anzubringen.

Claims (10)

1. Schaumstoffelement zur Schalldämmung von Hohlräumen, ins­ besondere von Strangpreßprofilen aus Metall oder Kunststoff, das vor dem Einbringen in einen Hohlraum (22) derart kompri­ miert in eine luftdichte Folie (13) eingeschweißt ist, daß es durch eine Öffnung (21) in den Hohlraum (22) einschiebbar ist, wobei das Schaumstoffelement (10) nach dem Einbringen in den Hohlraum (22) durch Öffnen der Folie (13) unter Luftzufuhr in eine mindestens zwei Wände des Hohlraums (22) beaufschla­ gende Form expandiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumstoffelement (10) eine insbesondere aus Polyurethan- Weichschaum bestehende Federschicht (11) mit offenzelliger Struktur und mindestens eine insbesondere aus Polyurethan- Flockenverbundschaum bestehende Schwerschicht (12) mit dichter Struktur umfaßt, wobei die mindestens eine Schwer­ schicht (12) auf der Federschicht (11) aufgebracht ist und im expandierten Zustand (10′) des Schaumstoffelements (10) durch die Federschicht (11) druckbeaufschlagt im wesentlichen flächig an den Wänden (23) des Hohlraums (22) anliegt.

2. Schaumstoffelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwerschichten (12) vorgesehen sind.

3. Schaumstoffelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerschichten (12) auf gegenüberliegenden Seiten der Federschicht (11) aufgebracht sind.

4. Schaumstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schwerschicht (12) ein Raumgewicht von etwa 100 bis 700 kg/m³ aufweist.

5. Schaumstoffelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der mindestens einen Schwerschicht (12) etwa 300 bis 400 kg/m³ beträgt.

6. Schaumstoffelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der Federschicht (11) etwa 10 bis 80 kg/m³ beträgt.

7. Schaumstoffelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht der Federschicht (11) etwa 40 bis 60 kg/m³ beträgt.

8. Schaumstoffelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdichte Folie (13) eine diffu­ sionsdichte Polyethylen-Sandwichfolie ist.

9. Schaumstoffelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie (13) etwa 50 bis 300 µm beträgt.

10. Schaumstoffelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (13) Mittel zum Öffnen oder Aufreißen aufweist.