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Träger, insbesondere Vlies zur
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Schalldärnmung Die Erfindung betrifft einen Träger, insbesondere
ein Vlies zur Schalidämmung.
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Es ist heute in vielen Gebieten der Technik notwendig geworden, Maßnahmen
zur Schalldämmung zu ergreifen, um die Bevölkerung vor den Lärmgefahren zu schützen.
Die teoretisch am besten geeigneten Materialien sind aber in der Regel nur für wenig
Anwendungszwecke zur Lärmdämmung geeignet. Denn die Schallenergieabsorption steigt
mit dem spezifischen Gewicht des Schalldämmediums linear an, ebenso steigt die Lärmdämmung
mit der Dicke der Lärmdämmschicht an. Diese Grundsätze sind åltbekannter Stand der
Technik beim Hausbau, wobei insbesondere hier vielfältige Kunststoffmaterialien
zum Lärmschutz und zur Lärmdämmung verwendet werden.
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Zur Lärmdämmung an Autobahnen ist es bekannt geworden, großflächige
Matten aus Kunststoff herzustellen, in die anorganische Feststoffe, insbesondere
Kieselgur oder Schwerspat eingebettet ist. Diese Matten lassen sich Jedoch aufgrund
ihrer Größe, ihres Gewichts und nicht zuletzt ihres Preises nur sehr begrenzt einsetzen.
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Diese Matten sind entsprechend der physikalischen Erkenntnis ausgelegt,
daß die Schalldämpfung eines Systems mit seinem spezifischen Gewicht wächst. Jedoch
wurde dem Kriterium der Schallreflexion als Schallschutz bis Jetzt offensichtlich
wenig Bedeutung beigemessen. Die Schallreflexion hat den Vorteil, daß die Schallenergie
im System nicht in andere Energie umgewandelt werden muß. Denn bei der Schallabsorption
wird die Schallenergie in Bewegung oder in Wärme umgewandelt.
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Des weiteren ist es bekannt, däß die hohe Schallabsorption schwingungsdämpfender
Kunststoffe in erster Linie auf den Relarationsprozeß von Segmenten aer Molekülhauptketten
im Übergangsbereich oberhalb der Einfriertemperatur beruht, indem der Stoff ein
ausgeprägtes viskoelastisches Verhalten zeigt. Eine besonders starke Erhöhung der
Dämpfungswirkung für Bleche des Automobilbaus wurde mit fein gespaltenen Glimmerscheiben
als Füllstoff gefunden, die sich beim Trocknen des Belags weitgehend parallel zur
Blechebene, also zur Zugrichtung bei der Biegeschwingung orientieren.
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Es wird deshalb vermutet, daß neben der Versteifung durch den Füllstoff
die innere Reibung im Bindemittel zwischen den parallel zur Blechebene liegenden
Schichten erheblich zur Dämpfung beiträgt.
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Von einer auftreffenden Schallwelle auf ein Medium wird in der Regel
immer ein Teil reflektiert, ein Teil der Schallenergie wird in Wärme umgewandelt,
ein weiterer Teil der Schallenergie wird als Körperschall abgeleitet,und zwarlals
Bewegung des schallabsorbierenden Mediums, wobei diese Bewegungsenergie wiederum
als Schall abgestrahlt werden kann und der restliche Teil ist direkt abgestrahlte
Schallenergie, die zum Beispiel auf der anderen Seite des schallabsorbierenden Mediums,
zum Beispiel einer Wand, wieder abgestrahlt wird.
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Für Kunststoffe und insbesondere für Sandwich-Platten oder Systeme
aus Kunststoff ist das Maß der Schalldämmung neben der Frequenz der Schallwelle,
der Dichte, der spezifischen Masse, der Schallgeschwindigkeit für Longitudinalwellen
auch abhängig vom Relaxationsgrad der Molekülketten und vom Elastizitätsmodul der
/ den Masse.
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Diese Erfahren wurden mit Systemen gemacht, die physikalisch eine
zusammenhängende Masse im Einschicht- oder Mehrschichtsystem darstellen. Dabei wurden
folgende, teils sich widersprechende Anforderungen an die Dämm-Masse gestellt: sie
soll a) einen hohen Relaxationsgrad haben, also sehr viel Schallenergie aufgrund
F ormänd erungsarb eit in Wärme und innere Schwingung umwandeln können, b) eine
möglichst geringe eigene eigene Longitudinal-Schallgeschwindigkeit haben c) einen
hohen Elastizitätsmodul haben, um die Biege-Schwingungen zu unterdrücken d) einen
hohen Widerstandsmoment haben aus gleichen Gründen wie unter c) genannt e) eine
hohe speziflsche Dichte haben, damit pro Einheit möglichst viele Moleküle ein Schwingungsaufnahme-Dämpfungsvermögen
haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Träger der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, der die oben genannten Bedingungen vereint und allen
diesen Forderungen in einer optimalen Weise Rechnung trägt, wobei das Kriterium
der hohen spezifischen Dichte durch ein besonders hohes Schwingungsaufnahmevermögen
mehr als
ausgeglichen werden soll, das sich aufgrund des Strukturaufbaus
ergibt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungogemEß in den
Träger Kapseln eingebettet sind, die mit einer Schwingmasse gefüllt sind, die auftreffende
Schallenergie absorbiert und/oder reflektiert und/oder in andere Energien umwandelt.
Die Kapseln können dabei nur teilweise mit einer Schwingmasse gefüllt sein und verschiedene
Resonanzfrequenzen aufweisen. In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung kann der
Träger ein seitig oder beidseitig mit einer Schicht beschichtet sein, die ihrerseits
die Kapseln enthält.
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Der erfindungsgemäße Träger besitzt gegenüber Schalldämmstoffen des
Standes der Technik den Vorteil, daß bei bestimmter Wahl der einzelnen Komponenten
zueinander eine hohe Schallabsorption erreicht wird. Der erfindungsgemEße Träger
besitzt einen hohen Relaxationsgrad verbunden mit einem hohen Elastizitätsmodul
, wobei entsprechend der Wahl des Füllstoffes der Kapseln eine hohe spezifische
Dichte erzielt werden kann, also daß eine berraschende und sprunghafte Schalldämmung
durch den Träger, verglidhen mit gleich dicken und gleich schweren Materialien des
Standes der Technik erreicht wird, In einer vorteilhaften AusgestAltung der Erfindung
enthält der Träger oder die Schicht/Schichten ein Bindemittel, das die Kapseln im
Träger oder in der Schicht/Schichten einbindet. Dieser Binder
ist vorzugsweise ein Elastomer oder eine tlastomer gebundene i4asse; die Dämm-Masse
kann aber auch Jede andere Masse sein, die einen Relaxationsgrad aufweist, also
im Stande ist, einen großen Teil der auftreffenden Schallenergie aufgrund Formänderungsarbeit
in Wärme oder innere Schwingungen umzuwandeln.
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In diesem Binder sind nun die Kapseln eingebettet, wobei die Kapseln
mit einer Kapselhaut umgeben sind. Darüberhinaus können
vorteilhafterweise
die Kapselhäute mit einer Bindematerialha umhüllt sein, wodurch festeres und innigeres
Einbetten in das Bindematerial möglich ist. Da blndelraterial der Dämm-Schicht und
die Bindematerialhaut der Kapsel verschmelzen quasi miteinander, wodurch ein besonders
inniger Halt der Kapsel in der Dämmschicht oder im Träger gewärleistet ist. Die
Schwingmasse innerhalb der Kapseln ist vorzugswiese eine FlUssigkeit, Jedoch sind
auch Feststoffe mit hohem spezifischen Gewicht als Ff111 material für die Kapseln
möglich.
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Der Träger ist vorzugsweise ein Vlies, insbesondere ein Glasvlies
oder ein Vlies aus Polypropylen. Das Vlies kann darüber hinaus mit Vinylesterharz
beschichtet sein, was eine besonders gute Benetzung der Glasfasern erlaubt und damit
eine hohe Zugbeanspruchung gewährleistet. Aus demselben Grund besitzt das Vlies
einen hohen Elastizitätsmodul und nur sehr geringe eigene Longitudinalschwingungen.
Auf dieses beim Streichvorgang gleichzeitig als Träger fungierende Vlies werden
nun die im sehr plastifizierten Binder eingebetteten Kapseln aufgetragen. Es ist
möglich, daß das gesamte System, bestehend aus einem Träger und zwei Schichten,
nicht stärker als einige wenige Millimeter ist.
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Die Kapseln können in vorteilhafter Weise in verschiedenen Ebenen
übereinander angeordnet sein wobei die Xapseln-einer Ebene an Stellen angeordnet
sind, in denen in der ProJektion der vorausgehenden auf die darunter angeordnete
Ebene keine Kapseln sich befinden. Die Kapseln einer unteren Schicht liegen quasi
in den Lücken" der oberen Schicht.
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Desweiteren soll nun die Wirkungsweise des Trägers näher erläutert
werden: Aufgrund der Ruhelage verweilt die Schwingmasse oder Absorberflüssigkeit
innerhalb der Kapseln eines Trägers-gemäß den Gesetzen der Gravitation, die Absorberflüssigkeit
befindet-- sich in Ruhelage.
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Trifft nun Schallenergie auf den Träger auf, so entstehen aufgrund
der Beschleunigung in entsprechende Richtungen aufgrund der Massenträgheitsmomente
-der Absorberflussigkeiten eine in entgegengesetzte Richtung der Schallwelle wirkende
Kraft. Aufgrund des Elastomerbinders bzw. seiner eigenen physikalischen Werte, in
die die Kapseln mit der Absorberflüssigkeit eingebettet sind, entsteht eine wechselseitige
Zug- Druckbelastung des Systems.
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Die Absorberflüssigkeit wird im Verhältnis ihrer Masse, der Eigenschaft
der Kapselwand, des Elastizitätsmoduls des Binders eine Jeweilige positive und negative
Beschleunigung erfahren. Gleichzeitig wirken die Absorberflüssigkeiten als sehr
hohe potente Medien, die entsprechende Relaxationseigenschaften aufweisen, da es
sich im Inneren der Kapseln vorzugsweise um flüssige Aggregatzustände handelt. Trifft
zum Beispiel eine definierte Kraft aufgrund einer Longitudinalschwingung (Schallenergie)
auf die Kapseln auf, so wird diese durch einen Vektor zu kennzeichnende Kraft in
viele kleine einzelne Einzelkräfte zerlegt aufgrund der freien Beweglichkeit der
einzelnen Flüssigkeitspartikeln innerhalb einer Kapsel.
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Dadurch wird ein großer Teil der auftreffenden Schallenergie in Bewegung
umgewandelt, die ihrerseits in Wärme aufgrund Reibungsverlusten übergeht. Die resultierende
Kraftkomponente, die als abzustrahlende Schallenergie wieder den Träger verläßt,
ist wesentlich kleiner als die Eingangskraft.
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Desweiteren sei betont, daß die Kapseln mit ihren Schwingmassen so
gewählt werden können, das heißt das spezifische Gewicht der Absorbermasse, daß
ein Teil der Schallwelle reflektiert wird und nur der restliche Teil der Schallenergie
in den Träger eindringt. Dieser in den Träger eindringende Teil der Schallenergie
wird dort aufgrund von Bewegung und Reibung der Schwingmasse und aufgrund der Eigenbedingungen
des Bindematerials weiter reduziert.
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Desweiteren besteht eine große Variationsbreite hinsichtlich der Schalldämmung,
der Frequenzen des zu dämmenden Schalls und anderer Parameter darin, daß durch die
teilweise Füllung der Kapseln mit der AbsorbermnEse SehallaLF(rFtionsträger geschaffen
werden können
mit genau definierten Eigenschaften. Denn die teilweise
Füllung der Kapseln ermöglicht eine eigene Bewegung der Absorbermaterials, wodurch
dieses ein anderes physikalisches Massenträgheitsmoment erhält, als bei vollständig
gefüllter Kapsel. Ebenso sind die Resonanzfrequenzen von gefüllten und teilweise
gefüllten Kapseln verschieden.
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Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und anschließend
beschrieben. Dabei zeigt: Blickpunkt 1 einen Träger bestehend aus einem Vlies, in
das Kapseln mit Schwingmasse eingebettet sind Blickpunkt 2 einen Träger, auf den
einseitig eine Elastomerschicht aufgebracht ist, die ihrerseits 8 Kapseln mit schwingfähigen
Massen enthält und Blickpunkt 3 einen Träger, der beidseitig mit einer Elastomerschicht
beschichtet ist, die Kapseln mit schwingfähigen Massen beinhalten.
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Gemäß Fig. 1 besteht der erfindungsgemäße Träger zur Schalldämmung
aus einem Vlies 1, das insbesondere ein Glasvlies, bestehend aus Glasfasern 13,
ist, die mit einem KunststofftSnhw bestrichen sind. In das Vlies sind Kapseln 3
eingebettet, wobei Kapseln 4 vollständig mit einer schwingfähigen Masse, Kapseln
5 zur Hälfte und die Kapseln 6 zu zwei Dritteln gefüllt sind. Darüberhinaus können
die Kapseln innerhalb des Vlieses in ein Bindemittel 2 eingebettet sein.
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Das Dämm-Material gemäß Fig. 2 besteht aus einem Träger 7, der wiederum
ein Vlies ist, bestehend aus Glasfasern 14. Eine der Oberflächen des Vlieses 7 ist
mit einem Elastomer 8 beschichtet, in die Kapseln 9 und lo eingebettet sind. Die
Kapseln 9 liegen dabei in einer oberen Ebene 11, die Kapseln 1o in einer unteren
Ebene 12.
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Desweiteren sind die Kapseln 9 vollständig mit einer schwingfähigen
Absorbermasse, insbesondere Absorberflüssigkeit gefüllt, die
Kapseln
lo nur zur Hälfte. Es ist ersichtlich, daß die Kapseln innerhalb der unteren Ebene
12 an Stellen liegen, an denen in der oberen Ebene 11 keine Kapseln angeordnet sind,
sodaß in der ProJektion der oberen Ebene 11 auf die Untere 12 die Kapseln 9 und
lo gleichmäßig dicht die Projektionsebene bedecken.
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In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei ein
Träger 15, der wiederum ein Vlies aus Glasfasern 16 ist» beidseitig mit einer Elastomerschicht
17 bzw. 18 beschichtet ist.
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Beide Schichten 17, 18 enthalten Kapseln mit einer Absorbermasses
insbesondere einer Absorberflüssigkeit, wobei die Kapseln 19, 20 und 22 vollständig
mit der Absorbermasse gefüllt sind. Darüberhinaus sind die Kapseln 20 zusätzlich
mit einer Bindematerialhaut umhüllt, sodaß das Bindematerial 17, die Elastomerschicht
xiiit der Bindematerialhaut 21 der Kapseln 20 eine innige Verbindung einzugehen
im Stande sind. Die Kapseln 23 sind nur zur Hälfte, die Kapseln 24 zu zwei Dritteln
mit der Absorbermasse gefüllt. Dardberhinaus ist erkenntlich» daß die Kapseln in
der Elastomerschicht 18 verschiedene Größen haben.
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Entsprechend den spezifischen Erfordernissen zur Sclialldämmung können
weitere Schichten mit weiteren Kapselebenen, verschieden großen Kapseln und verschiedenen
Kapselfüllungen möglich sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht ein Kapselfüllmaterial
aus kleinen Kügelchen, aus einem Material, mit hohem spezifischen Gewicht.