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Scheibenförmige Schallisolier- oder Schallschluckmasse
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine scheibenförmige Schallisolier-
oder Schallschluckmasse, die einen schweren pulverförmigen Stoff sowie ein diesen
Stoff zusammenhaltendes nicht-vulkanisiertes gummiartiges Bindemittel, bei welchem
die akustischen Verluste gross sind, enthält.
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Bisher kennt man ähnliche Schallisolier- oder Schallschluckmassen
und Konstruktionen, die aus schweren pulverförmigen Stoffen hergestellt sind, z.B.
aus Schwerspatmehl, das mit gewöhnlichem vulkanisiertem Gummi - entweder Naturgummi
oder synthetischem Gummi - gebunden ist. Charakteristisch fUr ein solches Bindemittel
ist die Vulkanisierung, d.h. chemische VerbrUckung, die der Masse mechanische Festigkeit
erteilt, aber gleichzeitig auch dermassen viel Elastizität, d.h. Fähigkeit mechanische
Energie ohne Verluste aufzuspeichern, dass die Fähigkeit der Masse, auch Schallenergie
zu schlucken in allzu hohem Grad abgenommen hat, vor allem bei Konstruktionen bei
welchen man direkt die Schwingungen von Geräuschquellen dämpfen will. Moderne sowohl
Schallisolier- als auch Schallschluckmassen und -platten gründen sich aus diesem
Grunde auf nichtvulkanisierte gummiartige Bindemittel - verschiedenartige
synthetische
Gummis, wie z.B. Athen-Propen-Kopolymerisate, oder Thermoplaste, wie z.B. Vinylchloridkunststoffe
mit ihren Kopolymerisaten - welche als solche im allgemeinen allzu hart und elastisch
für diesen Zweck sind und welche aus diesem Grunde mit verschiedenartigen Mineralölen
und anderen ölartigen Stoffen oder mit Bitumen erweicht werden, welcher letztgenannter
Stoff häufig auch öl enthält. Damit die akustischen Verluste in der Masse ausreichend
gross wären, muss die Masse so viel erweicht werden, dass sie nicht mehr in der
Lage ist, ihr eigenes Gewicht zu tragen, weswegen sie mit verschiedenartigen Textilerzeugnissen,
Bauplatten u.dgl. verbunden werden muss, welche der Konstruktion die erforderliche
Festigkeit erteilen.
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Eine feste und reinliche Zusammenfügung von öl- und bitumenhaltigen
Erzeugnissen mit verschiedenen derartigen Stoffen ist dann häufig unmöglich gewesen.
Ausserdem ist die Veraltungsbeständigkeit der bisher bekannten Schallisolier- und
Schallschluckmassen und -platten schlecht gewesen, indem das öl und die anderen
Erweichungsmittel im Laufe des Veraltungsprozesses von der Masse lose geworden sind,
wobei die Masse zugleich ihre zu diesem Zweck geeigneten akustischen Eigenschaften
entweder gänzlich oder wenigstens zu einem sehr grossen Teil verloren hat.
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Für die Schallisolier- oder Schallschluckmasse gemäss der Erfindung,
deren eigentliche akustisch wirksame Schicht aus schwerem pulverförmigem Stoff besteht,
der von einem gummiartigen Bindemittel zusammengehalten wird, ist es wesentlich,
dass als gummiartiges Bindemittel, ohne Zusatz von Bitumen oder Ö1, eine Mischung
von veraltungsbeständigen Polymeren benutzt wird, die im Bereich der Einsatztemperatur
amorphisch oder hauptsächlich amorphisch und oberhalb des Verglasungspunktes ist.
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Die Masse gemäss der Erfindung ist genauer gesagt dadurch gekennzeichnet,
dass das Bindemittel aus einer Mischung von Polymeren besteht, von welcher 10 bis
30 Gewichtsprozent nicht-vulkanisiertes Elastomer und 90 bis 70 Gewichtsprozent
ataktisches Polypropen ist.
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Die Fähigkeit der Masse gemäss der Erfindung die Ausbreitung von Geräusch
oder die Fortsetzung von Schwingung zu verhindern gründet sich in allen Einsatzfällen
ausdrücklich darauf, dass amorphische oberhalb des Verglasungspunktes gelegene Stoffe
sehr wenig elastisch aber sehr viskos, d.h. zähflüssig, sind, so dass alle mechanische
Energie, die sich auf aus diesen Stoffen hergestellte Körper richtet, leicht in
Wärme übergeht.
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Entsprechenderweise macht mangelnde Elastizität diese Stoffe mechanisch
schwach, und weil die Masse sehr viel von schwerem Füllstoff enthält, ist eine aus
einer derartigen Masse hergestellte Schicht als solche nicht in der Lage, auch nur
ihr eigenes Gewicht zu tragen, aus welchem Grunde sie an andere Schichten befestigt
werden muss, welche die gesamte Konstruktion tragen. Eine Massenschicht gemäss der
vorliegenden Erfindung lässt sich fest an derartige tragende und befestigende Schichten
als Vorhänge, Wandplatten u.s.w. befestigen. Man kann feststellen, dass die Masse
gemäss der Erfindung sehr leicht sogar als solche an verschiedenartige tragende
Konstruktionen geklebt werden kann.
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Die Stoffgruppe der Masse ist ziemlich gross, aber ein grosser Teil
von diesen Stoffen sind entweder teilweise kristallinisch oder im Bereich der Einsatztemperatur
unterhalb des Verglasungspunktes. Der einfachste Vertreter der Gruppe ist Polyäthen,
das als solches allzu kristallinisch für ciesen Zweck ist, aber wenn Athen in einer
zufälligen Reihenfolge mit anderen ungesättigten Stoffen, z.B. mit Propen und/oder
verschiedenen Dienen, mischpolymerisiert wird, erhält man verschiedene amorphische
Polymerisate. Die in dieser Weise erzeugten Zweige der Kohlenhydratkette sind aber
häufig, unabhängig davon, ob sie gesättigt oder nicht sind, so gross, dass sie die
Kunststoffsmoleküle dermassen viel versteifen, dass der Verglasungspunkt allzu hoch
liegt, wodurch man zurück zu den früher bekannten Schallisoliermassen gelangt, bei
welchen öl und Bitumen als Erweichmittel verwendet werden müssen. Die Anmelderin
hat aber bei den Versuchen beobachtet, dass Mischungen von verschiedenen Stoffen
der obigen Gruppe einen völlig amorphischen Charakter und einen Verglasungspunkt
unterhalb dieses gesamten Bereichs der Einsatztemperatur aufweisen.
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Hierbei hat man gemäss der Erfindung Stoffkombinationen so
gewählt,
dass die Mischung einen verhältnismässig grossen Teil von einem kleinmolekülischen
Stoff enthält, dessen Molekülgewicht aber so hoch ist dass er nicht in der Weise
des öls aus der Masse herauswandert. Darüber hinaus enthält ein solcher Stoff eine
erforderliche Menge von unregelmässig verlegten Seitenketten, die eine Kristallisierung
der Mischung verhindern.
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Ein Beispiel von einem solchen Polymer, dessen Molekülgewicht niedrig
genug sein kann, ist ataktisches Polypropen (APP), dessen Molekülgewicht also ziemlich
niedrig gewählt worden ist.
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Ausser diesem Stoff sind Polymere von grösseren Molekülen verwendet
worden, vorzugsweise gummiartige Äthen-Propen-Kopolymerisate, entweder Äthen-Propengummi
(EPM) oder Äthen-Propengummi, der noch mit einem solchen Dien kopolymerisiert ist,
dass die Doppelbindung in einer Seitenkette gelegen ist (EPDM), und die Versuche
haben erwiesen, dass solche Mischungen die von dieser Erfindung vorausgesetzten
Eigenschaften aufweisen und dass die akustischen guten Eigenschaften der Mischung
bis -400C beibehalten werden trotzdem, dass die Verglasungspunkte auch von ataktischen
Alkenpolymeren höher als diese Temperatur liegen, wenn sie als solche ungemischt
verwendet werden. In dieser Hinsicht ist die Qualität der akustischen Masse gemäss
der Erfindung besser als die von aus bisher bekannten Polyisobutylenfetten hergestellten
Massen, denn diese kristallisieren sich allmählich in der betreffenden niedrigen
Temperatur.
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In den beiliegenden Zeichnungen werden einige aus der Masse gemäss
der Erfindung hergestellte Schallisolier- und Schallschluckplatten und -vorhänge
veranschaulicht, und zwar einschliesslich einer graphischen Darstellung, die die
Schallisolierfähigkeit der akustischen Platten und Vorhänge darstellen.
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Figur 1 stellt einen Grundteil der Schallisolier- und Schallschluckplatten
und -vorhänge dar, welcher grundteil mit verschiedenen tragenden Konstruktionen
verbunden wird.
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Figur 2 stellt eine aus der Masse hergestellte möglichst einfache
Vorhangkonstruktion dar.
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Figur 3 stellt eine aus der Masse hergestellte Bauplatte dar.
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Figur 4 stellt eine Konstruktion dar, bei welcher das Geräuschisolierungsvermögen
eines Metallblechs verbessert wird, indem gleichzeitig das eigene Schwingungsvermögen
des Blechs gedämpft wird.
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Figur 5 stellt graphisch das Schallisoliervermögen der Konstruktionen
gemäss den Figuren 1 bis 4 als Funktion der Schallfrequenz dar, und darüber hinaus
das Schallisoliervermögen der entsprechenden Erzeugnisse ohne die von der Erfindung
vorausgesetzte akustisch wirksame Massenschicht.
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Der Grundteil gemäss der Figur 1 weist drei aneinander geklebte bzw.
festgeschmolzene Schichten auf,von denen die zwei äussersten Schichten erfindungsgemässe
eigentlich akustisch wirksame 3 mm dicke Schichten sind, in welchen der schwere
feinkörnige Stoff Schwerspatmehl, BaSO4, ist, das von einer Mischung von einem von
der Erfindung vorausgesetzten amorphischen, oberhalb des Verglasungspunktes gelegenen
Polymer, beispielsweise Athen-Propengummi, uhd einem ataktischen Polypropen (APP)
zusammengehalten wird. Zwischen diesen Schichten befindet sich gewöhnlicher früher
bekannter weicher 5 mm dicker Zellen-Urethanenkunststoff (PUR) mit offenen Poren,
dessen Dichte 30 kg/m3 betrug.
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Dieses Grundelement ist als Schallisolierschicht tätig so, dass seine
äusseren Schichten 1 eine so viel grössere Geschwindigkeit des Schalls sowohl im
Vergleich zur Luft als auch zur inneren Schicht 2 aufweist, dass der grösste Teil
des Schalls an allen Grenzflächen zurückgeworfen wird, so dass die Schallenergie,
die diese Flächen bis zur anderen Seite des Elements durchdringen kann, sehr klein,
und um so kleiner, je höher die Schallfrequenz, ist. Ausser der grossen Masse ist
die Biegesteifheit der akustisch wirksamen Schichten 1 dermassen klein, dass ihre
sogenannte Koinzidenzgrenzfrequenz hoch ist. Dies geht deutlich aus der Kurve A
der Figur 5 hervor, wo das Isoliervermögen des Schallisolierelements ziemlich steif
bis auf die Frequenz von 1 kHz steigt, wo das Schallisoliervermögen seinen Höhepunkt
erreicht,
wonach eine kleine Abnahme des Isoliervermögens stattfindet. Das Isoliervermögen
wird im Diagramm als gewöhnliche Dämpfungszahlen in dB-Einheiten angegeben. Man
merkt, dass die Abnahme in der Dämpfung nach 1 kHz sehr klein ist, was daraus kommt,
dass der akustische Verlustfaktor der in den Schichten 1 enthaltenen Mischung von
Äthen-Propengummi und APP in der von der Erfindung vorausgesetzten Weise gross ist,
so dass die Schallschwingung dieser Schichten gedämpft wird, je nachdem sie durch
die Wirkung der Koinzidenzeffekte in der Lage ist, in diese Schichten zu dringen.
Wenn man die Kurven A und B in Figur 5 vergleicht, von welchen die letztere das
Dämpfvermögen einer entsprechenden 5 mm dicken Zellen-PUR-Platte allein darstellt,
merkt man, dass das Isoliervermögen des in Figur 1 dargestellten Grundelements gemäss
der Erfindung vielmals besser ist. Dieses Grundelement kann nicht als solches als
grosse Platten oder Vorhänge verwendet werden, sondern das Element muss dann mechanisch
gestützt werden, z.B. durch Kleben oder durch Oberflächenschmelzen, an verschiedenartige
Stutzkonstruktionen.
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Der Vorhang gemäss der Erfindung in Figur 2 ist dagegen schon ein
vollständiger Schallisoliervorhang in der einfachsten Form. Er besteht aus derselben
akustisch wirksamen Schicht 1, die an zwei mit erweichtem Vinylchloridkunststoff
(PVC) überzogene Gewebe 3 befestigt ist, jeweils ein Gewebe auf beiden Seiten der
Schicht. Gemäss den Kurven C und D der Figur 5 besitzt die Konstruktion gemäss der
Erfindung (Kurve D) ein wesentlich besseres Schallisoliervermögen als ein blosses
PVC-überzogenes Gewebe besitzt.
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Figur 3 stellt eine leichte Bauplatte für Zwischenwände u.dgl.
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dar. Ihre verschiedenen Schichten sind die folgenden: Textiltapete
4, erfindungsgemässe 3 mm dicke akustisch wirksame Schicht 1 mit Verbindungsstreifen
la, 5 mm dicke gelochte Holzfaserhartplatte 6 und in der Mitte eine 50 mm dicke
"Honigwabe 7 (honeycomb) aus Papier. Auf der anderen Seite kommen wieder die Schichten
6 und 1 sowie am äussersten eine PVC-Tapete 5 vor. Anhand der Kurven E und F in
Figur 5 stellt man fest, dass die Schichten 1 (Kurve F) das Schallisoliervermögen
vor
allem bei kleinen Frequenzen verbessert haben.
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Wegen der ansehnlichen Steifheit der Hartplatte hat sich der Höhepunkt
der Dämpfung auf kleinere Frequenzen verschoben im Vergleich zu den früheren Kurven,
und diese Wirkung der Steifheit haben die Schichten 1 nicht wesentlich herabsetzen
können. Als Ergebnis erhält man aber ein bedeutend grösseres und gleichmässigeres
Schallisoliervermögen.
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Figur 4 stellt eine Kombination dar, die nur zweitstellig auf der
Grundlage ihres Schallisoliervermögens tätig ist.
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Ihre hauptsächliche Aufgabe ist das von der Konstruktion selbst erzeugte
Geräusch zu dämpfen. Sie besteht aus einem 2 mm dicken Stahlblech 8, auf welchem
eine 3 mm dicke akustisch wirksame Schicht 1 befestigt ist. Gemäss der Kurve G in
Figur 5 hat ein schweres Stahlblech als solches beinahe dasselbe Schallisoliervermögen
wie eine leichte Wandkonstruktion gemäss der Kurve E, hauptsächlich wegen der Masse.
Gemäss der Kurve H hat wieder die Kombination gemäss der Erfindung ausdrücklich
bei grösseren Frequenzen ein besseres Schallisoliervermögen, d.h. in einem Bereich,
wo das Geräusch am meisten stört. Dies verweist auch darauf, dass die Schicht 1
in der Lage ist, das von einer Konstruktion selbst erzeugte Geräusch in diesem Frequenzbereich
leistungsfähig zu dämpfen.
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Die obige gute Geräuschdämpfung ist mittels der folgenden Mischung
erreicht worden: Hersteller Äthen-Propengummi Buna Ap 441 100 Teile Hüls AG Amorphisches
Polypropen App S-66-240 2500-5500 cp bei 1900C 300 Teile VEBA Chem AG BaS04 Schwerspat
2700 Teile Stabilisator B 0,3 Teile VEBA Chem AG Die obige Masse wurde in einer
Maschinerie gemischt, mit welcher Gummi im allgemeinen in der herkömmlichen Weise
behandelt wird, sowohl im Labormassstab als auch in vollem Massstab, so dass das
Anfangsmischen in einem sogenannten Bambury-Mischer erfolgte, worauf das Mischen
in einer Doppelwalze fortgesetzt wurde. In der Walze wurde die Masse direkt hiernach
zu einer glatten 3 mm
dicken Platte kalandriert. Die Eignung der
Masse zu diesen Produktionsstufen war hinsichtlich der Schmierung, Zusammenhaltung
und der Oberflächenqualität ausgezeichnet.
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Physikalische Werte der Mischung: Zugfestigkeit N/cm 90 - 95 Ausdehnung
% 67 - 70 Statischer Elastizitätsmodul E Zuggeschwindigkeit 50 cm/Min. 70 0C E =
248 N/cm2 50 0C E = 1075 N/cm2 30 0C E = 1160 N/cm2 220C E = 2860 N/cm2 Veraltung
2 Wochen bei 1000C: keine Veränderungen in der Zugfestigkeit bzw. in der Ausdehnung.
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Fliessen: Eine 3 mm dicke, aus der Mischung gemäss dem Beispiel hergestellte
Platte, die mittels Heizung an eine 2,5 mm dicke Stahlplatte befestigt worden war,
wurde 24 Stunden in senkrechter Stellung bei 1000C in einem Wärmeschrank gehalten.
Kein Fliessen oder Loswerden, obgleich die Masse ziemlich weich wurde, anlässlich
der guten Haftbarkeit der Masse an die Stahlplatte.
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Bei den Schallisolierungsmessungen wurde ein Brül & Kjaer Messer
Typ 2209 und ein Oktavenfilter Typ 1613 verwendet.
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Die Grössen der Messräume und der gemessenen Proben entsprachen nicht
den Normen, aus welchem Grunde die Messergebnisse nicht absolut sondern nur vergleichend
sind. Die Ergebnisse der Kurven A bis D in Figur 5 sind mit Proben von 70 x 70 cm2
und die Ergebnisse der Kurven E bis H in Figur 5 mit Proben von 30 x 30 cm2 erhalten.
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Als zusätzliches Beispiel dafür, wie eine akustisch wirksame Schicht
(AV-Schicht) gemäss der obigen Anweisung an die übrigen Schichten einer Schallisolierplatte
oder eines Schallisoliervorhangs befestigt werden kann, wenn es sich um sehr verschiedenartige
Materialien handelt, wird folgende Tabelle über die Ergebnisse von verschiedenen
Befestigungs- und Veraltungsversuchen geben: Bei- Befestigte Befestigungs- Verwendeter
14 Tage veraltete spiel Schicht art Leim bzw. Verbindung: Hilfsstoff Rein- Festigkeit:
heit Zerrissene Schicht beim Zerreissen 1 PVC-überzoge- Oberflächen- - Gut AV-Schicht
nes Gewebe schmelzen 2 Sperrholz " - " " 3 Holzfaserplatte " lt 4 Pappe 1? Pappe
5 Gipsplatte Lösungskleben Benzin " Fläche der Gipsplatte 6 Stahlblech Oberflächen-
- lt AV-Schicht schmelzen 7 Zellen-PUR Kleben PVA-Latex tt Zellen-PUR 8 Polyestergewebe
tl lt lt AV-Schicht 9 Glasfasergewebe Oberflächen- - lt schmelzen 10 Glasfaserteppich
lt - " Glasfaserteppich 11 Fasertuch (Non- Kleben PVA-Latex 1 Faserstoff woven fabric)
12 Armierter " Uretaneleim " AV-Schicht Esterkunststoff 13 Textiltapete " PVA-Latex
" " 14 Papier " " " Papier 15 PVC-Tapete " " " AV-Schicht Das Veralten der geklebten
Proben wurde bei einer Temperatur von 600C und das der oberflächengeschmolzenen
bei 1000C ausgeführt.
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Mit guter Reinheit wird gemeint, dass auf der Aussenfläche von keiner
der Schichten nach dem Veralten ölige Flecken oder Farbenverändernung entdeckt wurde.
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Keine Probe wurde auch nach Veralten an der Adhäsionsschicht beim
Zerreissen getrennt, sondern in sämtlichen Fällen wurde entweder die AV-Schicht
oder die daran befestigte Schicht leichter zerbrochen als die Verbindung selbst.
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Die obigen Beispiele stellen zunächst den Grundsatz der Erfindung
und einige Anwendungsmöglichkeiten dar, auf welche die Erfindung selbverständlich
nicht beschränkt wird. Die gemäss den obigen Beispilen sehr leichte Zusammenfügung
der akustisch wirksamen Schicht mit den verschiedenartigsten Materialien sowohl
mit Oberflächenschmelzen als auch durch Kleben macht die akustischen Elemente gemäss
der Erfindung auch sehr anwendbar, denn aus diesem Grunde ist ein dichtes und elastisches
Verbinden dieser Elemente miteinander und mit anderen Konstruktionen auch mit Hilfe
der gemäss der obigen Anweisung vorgesehenen Plattenstreifen oder der Vorsprünge
la gemäss Figur 3 leicht.
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Somit ist es möglich, aus von der Masse gemäss der Erfindung hergestellten
Elementen beim Hausbau verwendete vollständige einheitliche miteinander verbundene
Fussböden, Decken, Dächer und Wände, beim Geräuschschutz der Umgebung von Strassen
zu verwendende akustische Schutzvorrichtungen, bei der Geräuschvorbeugung an Werkstätten
und anderen Arbeitsplätzen zu verwendende zufällige und permanente einheitliche
Vorhänge und Zwischenwände u.dgl. sowie individuelle Geräuschschutzkästen und -systeme
für verschiedenartige geräuschvolle Maschinen, Fahrzeuge und Vorrichtungen zu bauen.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können sogar grosse Variation
im Rahmen der Patentansprüche aufweisen; somit kann zum Beispiel die im obigen Beispiel
beschriebene Mischung durch die in den nachstehenden Beispielen 2 und 3 angegebenen
Mischungen ersetzt werden.
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Beispiel 2: Athen-Isobutyl-Akrylat-Kopolymerisat 100 Teile App-S-66
300 Teile BaSO4 (Schwerspat) 2700 Teile Stabilisator S 0,2 Teile Mit der Mischung
gemäss dem Beispiel 2 wird eine ausgezeichnete Wärmeklebeeigenschaft besonders auf
Kunststoffplatten erreicht.
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E = 1960 N/cm2 bei 220C.
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Beispiel 3: Verchlortes Polyäthen 100 Teile App-S-66 700 Teile BaSO4
(Schwerspat) 2700 Teile Stabilisator S 0,2 Teile Mit der Mischung gemäss dem Beispiel
3 kann wieder die Brandfestigkeit verbessert werden, weil das verchlorte Polyäthen
die Masse selbsterlöschend macht und ihre Kältebeständigkeit erhöht. E = 2205 N/cm2
bei 22 0C.
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Gemäss den Beispielen 2 und 3 merkt man, dass der im Beispiel 1 verwendete
EPDM-Gummi durch andere geeignete Polymere ersetzt werden kann, welche mit dem App
zusammenpassend sind, wenn man mit der Masse irgendwelche Sondereigenschaften erreichen
will, ohne trotzdem das Schallschluckvermögen zu beeinträchtigen, weil App eine
zentrale Stellung in den Mischungen besitzt.