DE19909046A1

DE19909046A1 - Mehrschichtenabsorber - Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19909046A1
Application number: DE1999109046
Authority: DE
Inventors: Ansgar Scherf; Guenter Kraus
Original assignee: M Faist GmbH and Co KG
Current assignee: Johann Borgers De GmbH
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: WO2000052681A1; EP1155403A1; DE19909046B4

Abstract

Bei einem Mehrschichtenabsorber nach dem akustischen Feder-Masse-System wird die als "Masse" dienende Schwerschicht (3) in unterschiedlichen Schichtdicken (3a, 3b, 3c) und/oder mit unterschiedlichen Flächengewichten pro Flächeneinheit in situ an der als Feder dienenden porösen Weichschicht (2) appliziert, insbesondere aufgesprüht, aufgespritzt oder über eine Breitschlitzdüse aufgelegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtenabsorber nach dem akustischen Feder-Masse-System der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung sowie auf ein Verfahren zur Her stellung und eine Verwendung desselben.

Derartige Mehrschichtenabsorber sind bereits bekannt (WO 97/39439, EP-0 121 947-A2). Dabei dient eine insbesondere aus weichem Schaumstoff bestehende Weichschicht als sogenannte "Feder" und eine demgegenüber wesentlich schwerere Schwer schicht als "Masse" des akustischen Schwingungssystems. Das Feder-Masse-System wird durch einfallende Schallwellen zum Schwingen angeregt. Durch die induzierten Schwingungen wird ein Teil der auftreffenden Schallwellenenergie verbraucht, so daß der Mehrschichtenverbund als Absorber bzw. Dämmungs- und/oder Dämpfungselement für Schallwellen dient. Hiermit werden starke Geräusche verursachende Motoren gegenüber der Außenwelt verkleidet, so daß der beispielsweise im Motorraum eines Kraftwagens entstehende Schall nur sehr gedämpft/gedämmt nach außen bzw. in den Fahrgastraum des betreffenden Kraftfahrzeugs eindringen kann.

Dabei hat es nicht an Versuchen gefehlt, das Frequenzspektrum der zu dämmenden akustischen Wellen möglichst breitbandig zu machen, was durch unterschiedliche Verteilung der die "Federn" und "Massen" repräsentierenden Schichtenelemente geschieht.

Es ist auch bekannt, Teile des Schichtenverbundes oder den ge samten Schichtenverbund durch Anwendung von Blasform-Verfahren und andere Form-Verfahren zu verformen (GB 2 252 073 A, EP 0 185 838 A2). Solche Verformungs-Verfahren werden auch zum ört lichen Verformen beispielsweise der Weichschicht benutzt, um Hohlräume im Schichtenverbund zu bilden (EP 0 274 097 A2), DE 35 34 690 A1).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst weitgehend einer "Mehrfachfunktion" zu genügen: Der Mehrschichtenabsorber soll sich durch möglichst niedriges Gewicht auszeichnen und im Betrieb, das heißt nach der Montage, und beim Einsatz auch bei Temperaturen von beispielsweise 40° so wenig wie möglich stö rende Gase absondern, möglichst einfach entsorgbar sein und niedrige Herstellungskosten verursachen.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und 10 gekenn zeichnet. In Unteransprüchen sind bevorzugte Ausbildungen der Erfindung beansprucht und in der folgenden Beschreibung werden besonders bevorzugte Ausbildungen erläutert.

Gemäß der Erfindung ist die Weichschicht insbesondere durch eine erste Verfahrensstufe in die gewünschte räumliche Konfi guration des endgültigen Schichtenverbunds bzw. Mehrschichten- Absorbers gebracht und ist die Schwerschicht in unterschied lichen Schichtdicken und/oder unterschiedlichen Flächenge wichten pro Flächeneinheit auf der Weichschicht insbesondere in situ appliziert. Hierdurch ist es möglich, innerhalb kürze ster Zeit die "Masse" bildende Bereiche der Schwerschicht "größer", das heißt dicker oder schwerer, zu machen, um rasch auf bestimmte Anforderungen reagieren zu können.

Es empfiehlt sich die Anwendung der Aufsprühtechnik oder Auf legetechnik für die Bildung der Schwerschicht, die vorzugs weise einerseits als "Schwerstoffe" bezeichneten Füllstoffe und andererseits Bindemittel aufweist. Das spezifische Gewicht des Füllstoffes sollte etwa 4 g/ml betragen. Bevorzugete Füll stoffe sind körnige, blättchenförmige oder pulverförmige Teil chen aus z. B. Bariumsulfat (BaSO₄). Bevorzugte Bindemittel sind Polyurethan.

Wenn auch für die Weichschicht Polyurethanschaum verwendet wird, sind beide Schichten auf der Basis des gleichen Kunst stoffs aufgebaut und daher gemeinsam entsorgbar, ohne daß diese aufgetrennt werden müssen.

Anhand der Zeichnung werden Beispiele von bevorzugten Aus bildungen der Erfindung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch einen Stirnwand teil, der zwischen dem unteren Teil des Fahrgast raumes (unterhalb der Frontscheibe) und dem Motor raum eingefügt wird, um das Eintreten von akusti scher Schallenergie aus dem Motorraum in den Fahr gastraum zu dämmen. Dieser Stirnwandteil ist drei dimensional so verformt, daß durch Erhebungen und Vertiefungen und Aussparungen Apparate und Instru mente des Kraftwagens überdeckt und/oder umgeben werden können. Der Stirnwandteil bildet einen Ver bund 1 von Schichten, von denen die dem Motorraum zugewendete Weichschicht 2 aus Polyurethan (PUR)- Schaum offenzelliger Struktur besteht. Sie kann, muß aber nicht am Stirnwandblech anliegen. Obwohl die Dicke der aus Schnittschaumplatten hergestellten Weichschicht 2 im Ausgangszustand eben und gleich mäßig war, ist sie gemäß Fig. 1 verformt in eine dünnere Schicht. Diese kann unterschiedlich dicke Teile am Rand 1a und in anderen Teilen 1c, aber auch eine gleichmäßige Schichtdicke aufweisen. In der Aussparung 1b des Verbundes sind sowohl die Weichschicht 2 als auch eine mit dieser verbundenen Zwischenschicht 4 in einem späteren Arbeitsgang nach dem Aufbringen der Schwerschicht ausgestanzt, die sich über praktisch die gesamte Oberfläche der Weichschicht ausspannt, mit einer Schichtdicke von zwischen etwa 0,01 und 0,2 mm häutchenartig dünn ausgebildet ist und vorzugsweise gleichfalls aus Polyurethan besteht, aber im Unterschied zur Weich schicht 2 im wesentlichen gasundurchlässig ist. Über diese Zwischenschicht 4 ist der Verbund 1 mit einer Schwerschicht 3 überzogen, die sich jedoch nicht über die gesamte Oberfläche der Zwischenschicht 4 hinzieht, sondern vor allem am Rand 1a und auch rings um die Aussparung 1b fehlt. Auch diese Schwer schicht 3 weist unterschiedliche Schichtdicken auf; an einigen Schichtteilen 3a ist die Schwerschicht 3 im Vergleich zu anderen Schichtteilen 3b und 3c we sentlich dünner, wodurch deren Flächengewicht gleichfalls dort geringer ist und die Wirksamkeit, als "Masse" im akustischen Schwingungssystem zu wirken, gleichfalls niedriger ist als an dem dicke ren Schichtteil 3b mit größerem Masse-Gewicht. Anstelle oder zusätzlich zur Änderung der Schicht dicke kann auch der Füllgrad, der Schwerschicht 3 an Füllstoffen mit hohem spezifischen Gewicht, insbe sondere Bariumsulfat, geändert werden. Es empfiehlt sich ein Anteil von 50 bis 80% Füllstoff. Als Bin demittel empfiehlt sich Polyurethan. Die Schwer schicht 3 wird beispielsweise aus einem hochtixotro pen PUR-System, mit den Füllstoffen appliziert wer den.

Der Verbund 1 bildet einen hervorragenden Mehr schichtenabsorber, bei dem Schwerschichtteile als "Masse" und Teile der Weichschicht 2 als "Feder" wirksam sind. Es hat sich gezeigt, daß bei niedrigem Gewicht und einfacher und daher auch kostensparender Herstellung dieser Absorber nach der Montage im Betrieb im Vergleich zu anderen mehrschichtigen Absorbern bekannter Art wesentlich weniger entgast, das heißt Gase freisetzt, die als störend oder gar schädlich empfunden werden. Ein Grund dafür besteht darin, daß auf die Verwendung von Trennmitteln zum Abformen von Schichtenteilen in Formen verzichtet wurde. Dennoch kann einfacher und schneller eine bessere Verteilung der dämmenden bzw. dämpfenden Funktion über den Mehrschichten-Absorber erreicht werden durch die spezielle Bemessung des Flächenge wichts bzw. der Schichtendicke der Schwerschicht 3.

In Fig. 2 wird schematisch eine Herstellungsstufe beschrieben: Über die Weichschicht 2, die bereits durch Vakuum in die gewünschte Form verformt ist und an ihrer Außenseite die häutchenartig dünne Zwi schenschicht 4 aus im wesentlichen gleichem Material aufweist, wird in Pfeilrichtung von oberhalb eine Spritz- bzw. Sprühdüse 7 entlang bewegt. Die Sprüh düse 7 sprüht das Ausgangsmaterial für die Schwer schicht 3 auf die Zwischenschicht 4, indem pulver förmige bzw. körnige Füllstoffteilchen 5 aus Schwer spat zusammen mit Bindemittel 6 auf die Oberfläche zum Aufbau der Schwerschicht 3 gesprüht werden. Statt dessen kann die Schwerschicht 3 auch gem. Fig. 2a aus einer Breitschlitzdüse 7a als breites teigiges Schichtenband 3d aufgelegt werden. Die Schichtdicke bzw. der Anteil der Füllstoffteilchen 5 an der Schwerschicht 3 können durch veränderte Transportgeschwindigkeit der Düsen 7, 7a und/oder der Weichschicht 2 mit der Zwischenschicht 4 und/oder durch unterschiedliche Beschickungsraten der Düsen 7, 7a gesteuert werden. Die Applikation der Schwerschicht 2 erfolgt daher in situ unmittelbar auf der Weichschicht 2 bzw. Zwischenschicht 4.

In Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Formwerkzeug 8 gezeigt, das mit dünnen Kanälen 9 versehen ist, um in Pfeilrichtung Vakuum V außerhalb (in Fig. 3 oberhalb) der Form 8 zu bilden. Über die Form 8 ist eine aus Blockschaum ausgeschnittene Scheibe der Weichschicht 2 ausgeschnitten und am Rand (1a) dicht an die Form 8 gelegt. Da die Weich schicht 2 im wesentlichen offenporig und daher gas durchlässig ist, wird diese außen durch eine gasun durchlässige, häutchenartig dünne Schicht, die spä ter als Zwischenschicht 4 dient, abgedeckt mit dem Ergebnis, daß beim Herstellen des Vakuums bzw. Ab saugen der Luft an dem Raum zwischen der Form 8 und der Weichschicht 2 bzw. der darüber gespannten und mit der Weichschicht 2 fest verbundenen Zwischen schicht 4 (in Fig. 3 nicht gezeigt) sich die Weich schicht 2 mit der Zwischenschicht 4 eng an die Kon turen der Form 8 anlegt. Durch Einstellen des Unter drucks (Vakuums) kann so die Schichtdicke gegenüber dem ursprünglichen Zustand von beispielsweise 10-50 mm auf 0,5-4 mm sehr wesentlich auf bis zu bei spielsweise 10% der ursprünglichen Dicke der Weich schichtplatte vermindert werden. Durch Temperatur erhöhung auf beispielsweise 80-100°C der Form 8 wird auch die sich an deren Außenkonturen angelegte Weichschicht 2 erhitzt und einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten, so daß deren Rückstellvermögen wesentlich vermindert oder gar ausgeschlossen wird und sich die Weichschicht 2 mit der anliegenden Zwischenschicht 4 nach Abnehmen von der Form 8 dennoch in der von der Form 8 vorgegebenen Form hält.

Gemäß Fig. 4 wird die derart geformte Weichschicht 2 mit der außen anliegenden (in Fig. 4 gleichfalls nicht gezeigten) Zwischenschicht 4 im Bereich der Außenränder 1a und der Ränder um die später auszu stanzenden Öffnungen 1b außen durch Blenden 8 abge deckt, so daß beim Besprühen mit Sprühmittel (Schwerschichtmaterial) durch die Spritz- und Sprüh düse 7 die abgedeckten Bereiche nicht mit einer Schwerschicht 3 versehen werden. Nach Abnehmen der Blenden und Verfestigen der Schwerschicht 3 ist der Mehrschichten-Absorber durch Stanzen mit einem Rand beschnitt und mit den Durchbrechungen 1b zu verse hen. Diese Randabdichtung durch Zusammendrücken der Randbereiche während der Montage führt zu einer verminderten Schallemission in dem Fahrgastraum.

Die Schwerschicht kann auch auf der der Zwischen schicht abgewandten Seite der Weichschicht appli ziert werden.

Claims

1. Mehrschichtenabsorber nach dem akustischen Feder-Masse- System, bei dem die Feder aus einer porösen Weichschicht (2) und die Masse aus einer Schwerschicht (3) bestehen und beide Schichten einen verhältnismäßig eigensteifen, durch Verformen mindestens einer der Schichten gebildeten Verbund (1) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerschicht (3) in unterschiedlichen Schicht dicken (3a, 3b, 3c) und/oder mit unterschiedlichem Flä chengewicht pro Flächeneinheit an der Weichschicht (2) befestigt ist.

2. Mehrschichtenabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerschicht (3) aus aufgesprühtem Schichtenma terial gebildet ist, bei denen pulverförmige, körnige oder blättchenförmige Füllstoffe (5) mit relativ hohem spezifischen Gewicht in Bindemittel (6) dispergiert sind.

3. Mehrschichtenabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe (5) ein spezifisches Gewicht im Bereich von 4 g/ml aufweisen.

4. Mehrschichtenabsorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (6) Polyurethan aufweist.

5. Mehrschichtenabsorber nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichschicht (2) verformten und insb. verkanteten Schnitt-Schaumstoff aufweist.

6. Mehrschichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichschicht (2) ein verpreßtes Vlies aufweist.

7. Mehrschichtenabsorber nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichschicht (2) offenzelligen Polyurethanschaum mit einem spezifischen Gewicht zwischen 5 und 200 g/dm³ aufweist.

8. Mehrschichtenabsorber nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Weichschicht (2) und der Schwerschicht (3) eine häutchenartig dünne und im wesentlichen gasun durchlässige Zwischenschicht (4) angeordnet ist, welche die Weichschicht (2) in Richtung zur Schwerschicht (3) abdeckt.

9. Mehrschichtenabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (4) eine Schichtdicke zwischen 0,01 und 0,20 mm aufweisen.

10. Mehrschichtenabsorber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (4) aus Polyurethan bestecht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtenabsorbers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem minde stens eine Schicht des Verbundes (1) in einer den Kontu ren des Absorbers entsprechenden Form geformt wird, gekennzeichnet durch folgende Ver fahrensschritte:

a) Die Weichschicht (2) wird in oder an einer Form (8) geformt;
b) auf ausgewählten Bereichen der verformten Weich schicht (2) wird das Füllstoffe (5) und Bindemittel (6) enthaltende Material für die Schwerschicht (3), insbesondere durch Aufsprühen, Aufspritzen oder Auflegen appliziert;
c) die applizierten Schwerschichtteile (3a, 3b, 3c) werden zur Schwerschichtbildung verfestigt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Blockschaum geschnittene Scheibe oder Platte der Weichschicht (2) mit einer im wesentlichen gasun durchlässigen dünnen Schicht (4) überzogen und in einer Vakuumform (8) verformt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung der Weichschicht (2) bei Temperaturen zwischen 0° und 145°C vorgenommen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß die verformte Weichschicht (2) insbesondere an der mit der gasundurchlässigen dünnen Schicht (4) überzogenen Seite bereichsweise durch mindestens eine Blende (8) ab gedeckt wird, ehe das Aufsprühen, Aufspritzen bzw. Auf legen der Schwerschichtmaterialien durch ein Spritz-, Sprüh- oder Legewerkzeug (7) erfolgt.

15. Verwendung eines Mehrschichtenabsorbers nach einem der Ansprüche 1-10, für Schalldämpfungszwecke mit der Maßgabe, daß der Rand bzw. Innenrand der Weichschicht (2) bei der Montage am Montageort in zusammengedrücktem bzw. -gepreßtem Zustand verbleibt.