DE2708896A1

DE2708896A1 - Daempfungsbelag

Info

Publication number: DE2708896A1
Application number: DE19772708896
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl Ing Dr Bschorr
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2382622B1; DE2708896C3; FR2382622A1; GB1600811A; IT1092828B; DE2708896B2; IT7820576A0; CH638263A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Dämpfungsbelag, bestehend aus Plättchenelementen, welche einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen und welche zumindest teilweise von einer Dämpfungs masse umgeben sind.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DT-OS 1 932 24o bekannt. Diese Vorrichtung zur Dämpfung von Körperschallschwingungen unterworfenen Wandungen besteht aus einer auf die zu dämpfende Wandung einseitig aufgebrachten zähplastischen Schicht, die unter Bildung einer Schichtkombination mit einer Deckplatte abgedeckt ist. Diese Schichtkombination ist nur

-2-

609836/0106

teilweise, z.B. in Form von mehreren streifenförmigen Abschnitten, jedoch mindestens auf 30% der Fläche der Wandungsseite angeordnet. Es hatte sich nämlich gezeigt, daß eine nur teilweise Belegung der Wandungsseite der zu dämpfenden Wandung mit einer derartigen Schichtkombination, bestehend aus bandförmigen Platten mit darunter liegender Dämpfungsmasse schon beachtliche Dämpfungswerte erreicht.

Es hat sich jedoch auch gezeigt, daß insbesondere bei großen dickwandigen Flächen eine ausreichende Dämpfung erst dann erzielt wird, wenn die Schichtkombination ebenfalls entsprechend dick ist. Selbst wenn dann nur ein Teil der zu dämpfenden Fläche mit der Schichtkombination bedeckt ist, so ist der Gewichtszuwachs immer noch sehr groß.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Dämpfungsbelag zu schaffen, der die bekannten Dämpfungsbeläge in ihrer Wirkung übertrifft und mit dem deshalb eine weitere Gewichtsersparnis erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Plättchenelemente nebeneinander und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Teil der Plättchenelemente einer Lage die Fugen zwischen den Plättchenelementen einer benachbarten Lage überdecken.

Vorteilhafterweise sind die Plättchenelemente in ihrem längsten Durchmesser kleiner als die kleinste Wellenlänge der zu dämpfenden Körperschallschwingungen.

Die Plättchenelemente des erfindungsgemäßen Dämpfungsbelags sind also in der Belagebene wie die Steine, einer Ziegelmauer übereinandergeschichtet, wobei die Stöße jeweils versetzt sind. Zwischen den Plättchenelementen befindet sich

809836/0108

die Dämpfungsmasse, die eine schub- und zugschlüssige Verbindung mit den Plättchenelementen ergibt. Bei Zugbelastung des Dämpfungsbelages verläuft der Kraftfluß jeweils abwechselnd als Zugspannung in den Plättchenelementen und als Schubspannung in der zwischen den Plättchenebenen befindlichen Dämpfungsmasse. Ein Dämpfungsoptimum ergibt sich dann, wenn die Federkonstante eines Plättchenelementes bezogen auf Zugbelastung in Plättchenebene etwa gleich ist der Federkonstante der zugeordneten Schicht der Dämpfungsmasse bezogen auf Schubbelastung. In diesem Fall kommt der integrale Elastizitätsmodul des Dämpfungsbelages in die Größenordnung dem des Plättchenmaterials. Im Optimum beträgt der für die Dämpfung maßgebende Verlustmodul 1/2 iE, wobei E der Elastizitätsmodul des Plättchenmaterials und i = ^/-1 die Imaginäreinheit ist. Die Ableitung dieses Ergebnisses wird später anhand eines AusfUhrungsbeispiels gezeigt. Nach der für die Berechnung von Dämpfungsbelägen zugrundeliegenden Theorie ist die Dämpfung um so größer, je höher das Verhältnis von Verlustmodul des Dämpfungsbelages zum Elestizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung ist. Mit dem erfindungsgemässen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen aus Stahl wird beispielsweise für zu dämpfende Metallwandungen ein Wert für das eben genannte Verhältnis von 1/2 erreicht.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dämpfungsbelages kann wesentlich dadurch erleichtert werden, daß die Plättchenelemente einer Lage über Verbindungsstücke miteinander verbunden sind und ein Verbindungsstück eine wesentlich geringere Federkonstante aufweist, als ein Plättchenelement auf Zug. Die Über Verbindungsstücke miteinander verbundenen Plättchenelemente können beispielsweise durch Perforieren größerer

809836/0105

Platten oder Bänder entstehen. Auch durch Einkerbungen können einzelne zusammenhängende Plättchenelemente aus größeren Platten oder Bänder gebildet werden. Die Perforationen oder Einkerbungen sind dabei so gestaltet, daß aufgrund der geringen Federsteifigkeit der verbleibenden Verbindungsstücke praktisch keine Kraftübertragung zwischen den benachbarten Plättchenelementen gegeben ist. Derart perforierte oder gekerbte Platten oder Bänder sind übereinander geschichtet, wobei sich zwischen den einzelnen Lagen jeweils die Dämpfungsmasse befindet. Die Perforationen bzw. Einkerbungen übereinanderliegender Platten bzw. Bänder sind ziegelmauerartig versetzt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt, und teilweise in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Figuren schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen konstanter Dicke;

Figur 2 einen Dämpfungsbeiag mit abgekerbten Plättchenelementen ;

Figur 3 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen mit in Schneiden auslaufenden Rändern;

Figur 4 einen Dämpfungsbelag mit einer zusätzlichen Abstandsschicht.

809836/0105

Figur 5 einen Dämpfungsbelag in Wendelausführung.

Figur 6 eine Draufsicht auf einen Dämpfungsbelag mit quadratischen Plättchenelementen·

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen

Dämpfungsbelag 1, welcher auf eine zu dämpfende Wandung 2 aufgebracht ist. Der Dämpfungsbelag 1 besteht aus ζiegelmauerartig übereinander geschichteten Plättchenelementen 3. Diese bestehen aus einem Material mit einem möglichst hohen Elastizitätsmodul, z.B. aus einem Metall wie Stahl, aus einem Kera- mikwerkstoff oder aus Glas. In den Zwischenräumen zwischen den Plättchenelementen 3 befindet sich eine Dämpfungsmasse 4 mit hohem Verlustfaktor, z.B. Adhäsionsstoff, Kunststoff, Teer, Fett, Gummi, Feststoffschmiermittel od.ähnl. Die Plättchenelemente 3 berühren einander nicht, sondern sind auf der Ober- bzw. Unterseite durch die Dämpfungsmasse 4 verbunden. Ebenso verhindern Zwischenräume 5 eine direkte Kraftübertragung zwischen benachbarten Plättchenelementen. Der Dämpfungsbelag 1 ist,an der zu dämpfenden Wandung 2 über eine adhäsive Schicht 6 befestigt. Die dämpfende Wirkung des Dämpfungsbela ges 1 kommt so zustande, daß bei einer Dehnung der Wandung 2, welche durch Longitudinalschwingungen in der Wandung 2 hervorgerufen wird, ein Kraftfluß auf die Plättchenelemente 3 der untersten Lage 7 übertragen wird. Da sich die Plättchenelemente 3 nicht berühren, wird der Kraftfluß abwechselnd zwischen den Plättchenelementen 3 und der Dämpfungsmasse 4 hin und her geleitet. Dabei unterliegt die zwischen den Lagen befindliche Dämpfungsraasse großen Scherkräften. Aufgrund der relativ großen Berührungsflächen der Dämpfungsmasse mit den Plättchenelementen ist die Schubsteifigkeit in der Dämp fungsmasse relativ hoch. Da zwischen den einzelnen Plättchen lagen eine Vielzahl solcher Scherstellen existieren, ist der

809836/0105

Integrale Elastizitätsmodul und damit die dämpfende Wirkung des Dämpfungsbelages 1 wesentlich größer als bei der reinen Dämpfungsmasse 4.

Die Abmessungen der Plättchenelemente 3 und der Schichtdicken sind auf ein Optimum einzustellen. Bei zu großen Plättchenelementen 3 und zu großer Schubsteifigkeit in der Dämpfungsmasse 4 nähern sich die Eigenschaften des Dämpfungsbelages 1 denen des Materials der Plättchenelemente 3 an. Im umgekehrten Fall nähern sich die Eigenschaften des Dämpfungsbelages denen der Dämpfungsmasse4 an. Das Optimum ist erreicht,wenn die Federsteifigkeiten der Plättchenelemente 3 auf Zug der komplexen Federsteifigkeit der Dämpfungsmasse 4 auf Schub gleich kommt. Die Dicke der Plättchenelemente ist dabei klein gegenüber deren Abmessungen in der Plättchenebene.

Figur 2 zeigt einen Dämpfungsbelag 11, bei dem die Plättchenelemente 13 durch ein in Platten 16, 17 eingekerbtes Muster entstehen. Durch die Einkerbungen 15 werden die Plättchenelemente 13 im Hinblick auf die Übertragung von Zug- oder Druckkräften voneinander entkoppelt, da die Federkonstante einer Einkerbung sehr viel geringer ist als die eines Plättchenelementes auf Zug. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei derartig hergestellter Lagen von Plättchenelementen so übereinander geschichtet, daß die Einkerbungen jeweils versetzt zueinander sind. Zwischen den Lagen 16, 17 befindet sich die Dämpfungsmasse 14. Der Dämpfungsbelag 11 ist, ähnlich wie in Fig. 1, auf der zu dämpfenden Wandung 12 befestigt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten AusfUhrungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Dämpfungsbelag nimmt die Dicke der

809836/0106

Plättchenelemente 23 zu den Rändern hin linear ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ebenen derartiger Plättchen versetzt übereinander geschichtet. Zwischen den Ebenen befindet sich die Dämpfungsmasse 24. Eine derartige Ausführungsform ergibt bei gleichen Dämpfungswerten eine höhere Materialausnützung als bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Dämpfungsbelägen mit Plättchenelementen konstanter Dicke.

Für dieses Ausführungsbeispiel läßt sich in guter Näherung der integrale Elastizitätsmodul E* berechnen: Der Elastizitätsmodul der Plättchenelemente sei E, die Plättchenlänge in der Bildebene sei 1, die Dicke des Plättchens in der Mitte h, und die Schichtdicke der Dämpfungsmasse zwischen den Plättchenelementen hp. Der Schubmodul der Dämpfungsmasse sei G, mit einem vergleichsweise hohen Verlustfaktor. Für den Dämpfungsbelag 21 ergibt sich dann unter der Voraussetzung, daß h..<*. l und

r	h	•	1	ist	• •	^4hl	^h2	. E
E			1 +	I²		G
E

Die maximal größte Dämpfung im Dämpfungsbelag ergibt sich, wenn die Dämpfungsmasse 24 einen rein imaginären Schubmodul iG aufweist und der Betrag 4 h^hj E/l *G zu 1 wird. In diesem Fall nimmt E* den Wert 1/2(1+i) E an. An diesem Wert ist zu erkennen, daß der Elastizitätsmodul E der Plättchenelemente möglichst groß gewählt werden soll. Für den Fall, daß die Plättchenelemente aus dem gleichen Material wie die zu dämpfende Wandung besteht, ergibt sich für das Verhältnis von Verlustmodul des Dämpfungsbelages zum Elastizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung das eingangs erwähnte Verhältnis von 1/2.

809836/0105

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ein Dämpfungsbelag 31 aus Plättchenelementen und Dämpfungsmasse 34 besteht, wobei der Dämpfungsbelag 31 über eine Abstandsschicht 35 auf der zu dämpfenden Wandung aufgebracht ist. Dieser Dämpfungsbelag ergibt für Biegeschwingungen eine höhere Dämpfungswirkung.

Für die Dämpfung von Fensterscheiben und dgl. sind für die Plättchenelemente und die Dämpfungsmasse Materialien mit solchen optischen Eigenschaften auszuwählen, daß diese einen klaren, durchsichtigen Dämpfungsbelag ohne lichtbrechende Flächen ergeben.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Dämpfungsbelages 41 in Wendelausführung dargestellt. Hier ist um einen Dorn ein Band 43 z.B. aus Metall so wendelförmig umwickelt, daß die nachfolgende Bandlage die Fugen der darunter liegenden überdeckt. Zwischen den einzelnen Lagen befindet sich analog zur Fig. 1 eine Dämpfungsmasse 44. Bei dieser Ausführungsform ist es»solange nur Kräfte in Dornrichtung bedämpft werden, nicht notwendig das Band 43 durch Kerbungen der Perforation zu segmentieren. Dieser Fall ist z.B. gegeben, wenn Betondecken zu dämpfen sind und der mit dem Dämpfungsbelag 41 versehene Dorn 42 mit einbetoniert wird. Stellt der Dorn 42 eine Welle oder Rohrleitung dar und sind auch Torsionsschwingungen zu dämpfen ist eine Segmentierung analog Fig. 1 angebracht.

In den Figuren 1 bis 5 sind zur besseren Darstellung die Dikken der Plättchenelemente bzw. der Dämpfungsbeläge im Vergleich zur Länge der Plättchenelemente und auch der Dicke der

609836/0105

zu dämpfenden Wandungen zu groß dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht auf einen Dämpfungsbelag nach Ar des in Fig. 1 dargestellten, mit quadratischen Plättchenelementen 51, 52. Die Plättchenelemente 51 der obersten Lage überdecken dabei mit der Flächenmitte jeweils die Ecken von vier gestrichelt dargestellten Plättchenelementen 52 der darunter liegenden Lage.

- Patentansprüche -

809836/0106

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Dämpfungsbelag bestehend aus Plättchenelementen, welche einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen und welche zumindest teilweise von einer Dämpfungsmasse umgeben sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Plättchenelemente (3,13,23,33) nebeneinander und in mehreren Lagen (7,8,16,17) übereinander angeordnet sind, wobei zumindest ein Teil der Plättchenelemente einer Lage (8,17) die Fugen (5) zwischen den Plättchenelementen einer benachbarten Lage (7,16) überdecken.
2. Dämpfungsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Plättchenelemente (3,13,23,33) in ihrem längsten Durchmesser kleiner sind, als die kleinste Wellenlänge der zu dämpfenden Körperschallschwingungen.
3. Dämpfungsbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Plättchenelemente (13) einer Lage (16,17) über Verbindungsstücke (15) miteinander verbunden sind und ein Verbindungsstück (15) eine wesentlich geringere Federkonstante aufweist, als ein Plättchenelement (13) auf Zug.
4. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Plättchenelemente (23,33) in Schneiden auslaufende Ränder aufweisen.
5. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Dämpfungsbelag (1,11,21,31) eine äußere, adhäsive Schicht aufweist.

809836/0105

2708898
6. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der zu dämpfenden Wandung (32) und dem Dämpfungsbelag (31) eine Abstandsschicht (35) angeordnet ist.
7. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Dämpfungsbelag (1,11,21,31) bandförmig ausgebildet ist.
8. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,daß der Dämpfungsbelag (1,11,21,31) durchsichtig ist.

809836/0105