DE2732483B2 - Verfahren zur Schalldämmung und -dämmpfung von schallabstrahlenden Flächen sowie dafür geeignete Verkleidung - Google Patents
Verfahren zur Schalldämmung und -dämmpfung von schallabstrahlenden Flächen sowie dafür geeignete VerkleidungInfo
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Description
Verformte Bauteile elastischer Strukturen, insbesondere Karosseriebleche an Fahrzeugen und Gehäuse von
Maschinen aller Art, werden häufig gleichzeitig durch ■ Luft- und Körperschall unterschiedlicher Frequenzen
und Energie angeregt, so daß sie, abhängig von ihrer Größe, ihrem Spannungszustand, ihren Freiheitsgraden
der Befestigung und rler jeweiligen Dämpfung des Werkstoffs, die zugeführte Energie als Luftschall
abstrahlen, wobei unter Umständen eine resonanzartige Verstärkung eintreten kann. Auf den schwingenden
Flächen bilden sich dabei sogenannte Quellen, welche Schallenergie in den Raum entsenden und sogenannte
Senken, welche im Raum befindliche Luftschallenergie zu absorbieren vermögen.
Zur Lärmminderung ist es bekannt, derartige schallabstrahlende Flächen ohne besondere örtliche
Unterscheidung von Quellen und Senken sowie des örtlichen Schwingungsverhaltens mit einer Verkleidung
zu versehen, welche aus einem selbsttragenden Formteil aus biegeweicher Schwerfolie und einer an der Fläche
anliegenden Schaumstoff- oder Vliesschicht besteht. Dabei dient die Schwerfolie aufgrund ihrer biegeweichen
Eigenschaften und ihres hohen Flächengewichtes in erster Linie der Schalldämmung, die Schaumstoffoder
Vliesschichten aber als Feder, deren dynamische Verformungseigenschaften maßgeblich die Masse-Federwirkung
dieser sogenannten Doppelwand- oder Sandwichisolation bestimmen. Derartige Materialien
sowohl als biegeweiche selbsttragende Schwerschicht direkt auf dem Blech als auch mittels einer Zwischenschicht
aus Schaum oder Vlies federnd damit verbunden, sind beispielsweise aus der DE-AS i & 40 838 bekannt.
Während die biegeweichen Schwerschichten ohne federnde Zwischenschicht nur in Sonderfällen und
engeren Frequenzbereichen bezüglich ihrer Schalldämmwirkung die Werte des Massengesetzes zu
übetreffen vermögen, wird unter Ausnutzung des Masse/Federeffektes bei Schwerschichten mit weichfedernder Zwischenschicht in höheren Frequenzbereichen
über 1 kHz eine wesentlich höhere Isolationswirkung erreicht, als sie nach dem Massengesetz zu
erwarten wäre. Wegen der Resonanzverluste der Sandwichmaterialien in üblicher Dicke von 10 bis
20 mm werden jedoch besonders die niedrigen, pegelbestimmenden Frequenzen von Motorgeräuschen und die
Auswirkungen unausgeglichener Massenkräfte des Motors praktisch ungedämpft in den Innenraum
weitergeleitet, häufig sogar noch verstärkt.
Aus der DE-OS 25 26 325 ist es darüber hinaus bekannt, bei derartigen Laminaten die Schaumstoffschicht
mit einer dämpfend wirkenden viskosen Masse zu tränken, welche zumindest die Wände der Poren
benetzt. Auf diese Weise wird eine Verkleidung erhalten, welche zwar eine verbesserte Schalldämpfung
von niedrigeren Frequenzen ergibt, doch verändern sich gleichzeitig die Eigenschaften des Sandwich derart, daß
sich die erzielbare Schalldämmung für höhere Frequen-
zen verschlechtert.
Maßnahmen zur Erhöhung der Dämpfung von Strukturen sind bei Beachtung der kritischen Grenzfrequenz
ig (auch Koinzidenz- oder Spuranpassungsfrequenz) nur dann sinnvoll, wenn bei einer vorgenomme- ".
nen Dämpfungsmaßnahme die erhöhte Steifigkeit der Struktur nicht zu einer starken Erhöhung der Abstrahlung
führt Dies könnte der Fall sein, w:nn im Zuge einer Dämpfungsmaßnahme an einer Quelle gleichzeitig
daneben befindliche Senken mitgedämpft und damit der :o abgestrahlte Luftschallpegel einer größeren Fläche
sogar erhöht wird.
Dies ist dann der Fall, wenn z. B. durch die dämpfende
Verkleidung die Biegesteifigkeit der Struktur, von der die kritische Grenzfrequenz (Koinzidenzfrequenz) ab- .'.
hängt, so stark gesteigert wird, daß die fg der gedämpften Struktur nun in den Hörbereich fällt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg für die Schalldämmung und
-dämpfung bei schallabstrahlenden Flächen zu finden, ;n
welche gleichzeitig einer Körper- und Luttschallanregung unterliegen, ohne daß eine verbesserte Schalldämpfung
von Quellen gleichzeitig mit einer verschlechterten Schalldämmung und mit Verlusten wegen
Überbedämpfung von Senken erkauft wird. y,
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Schalldämmung und -dämpfung, bei weichem man auf
eine schallabstrahlende Fläche, insbesondere Karosserieteile von Fahrzeugen und Gehäuseteile von Maschinen,
eine Verkleidung aufbringt, welche aus einem si ι selbsttragenden Formteil aus einer biegeweichen
Schwerschicht und einer an der Fläche anliegenden, ::iit
Dämpfungsmasse behandelten, gegebenenfalls mit einer Kleber- oder Haftkleberschicht versehenen Schaumstoffschicht
besteht; dieses Verfahren ist dadurch )> gekennzeichnet, daß man die Schaumstoffschicht in
Abhängigkeit von den an der eingebauten schallabstrahlenden Fläche unter Betriebsbedingungen gemessenen
Schwingungsamplituden an Quellen und Senken bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder
Arten von viskoelastischer Dämpfungsmasse versieht und so in Bereichen höherer Beschleunigungswerte und
Quellenabstrahlung die Dämpfung erhöht, und daß man gegebenenfalls in Abhängigkeit von den akustischen
Meßwerten der Isolation zur Erzielung verbesserter v> Dämmwerte die Schichtdicke der Schaumstoffschicht
und/oder der Schwerschicht bereichsweise variiert.
Das Maß der erforderlichen Dämpfung wird über die Beschleunigungswerte der Oberfläche der Struktur an
einer größeren Anzahl von Meßpunkten auf der zu verkleidenden Fläche in g (g— Erdbeschleunigung)
gemessen; daneben erfolgt über Intensitätsanalysen die Identifizierung von akustischen Quellen und Senken.
Auf die Schaumstoffschicht wird erfindungsgemäß eine Menge von etwa (2 bis 6) · χ kg/m2 Dämpfungsmasse «
aufgebracht, wobei χ die Beschleunigung in g im entsprechenden Bereich der zu verkleidenden Fläche
ist. Vorzugsweise beträgt die Menge an Dämpfungsmasse etwa (3 bis 5) ■ x, insbesondere etwa 4 · χ kg/m2.
Die Erfindung geht aus von der Beobachtung, daß schallabstrahlende Karosserie- oder Gehäuseteile keineswegs
über die gesamte Fläche gleichmäßig angeregt werden und demgemäß schwingen und abstrahlen.
Vielmehr gibt es neben stark schwingenden und abstrahlenden Bereichen auch schwächer schwingende t>5
und annähernd ruhige Bereiche, die sich wieder jeweils in zu dämpfende oder dämmende Quellen und in
möglichst ungedämpft zu belassende Senken aufteilen.
Eine maximale Dämpfung über die gesamte Fläche durch Tränken der Schaumstoffschicht mit einer an der
Sättigungsgrenze liegenden Menge an Dämpfungsmasse führt gleichzeitig in den schwach oder gar nicht
schwingenden Bereichen der Fläche zu einer solchen Versteifung des Materials, daß Koinzidenzeinbrüche
auftreten. Daneben tritt zwangsläufig in den Schall schluckenden Senken eine geringere Schluckung, d. h.
eine erhöhte Abstrahlung auf. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in solchen
verhältnismäßig ruhigen Bereichen die Tränkung der Schaumstoffschicht mit Dämpfungsmasse relativ zu den
stark schwingenden Bereichen vermindert und in sehr ruhigen Bereichen und in Senken gegebenenfalls bis auf
Null reduziert wird. Auf diese Weise lassen sich die optimale Dämpfung und Dämmung innerhalb eines
einzigen Verkleidungsteils einstellen, wobei, abhängig vom jeweiligen Frequenzbereich der Anregung sowie
vom positiven oder negativen Abstrahlungsvektor (Quellen oder Senken) von der speziellen Niederfrequenzdämpfung
bis zum extrem weich schwingenden Sandwich bei hohen Frequenzen alle Möglichkeiten
offenstehen. Dabei läßt sich eine gute Schalldämmung nicht nur durch eine verminderte Tränkung der
Schaumstoffschicht mit Dämpfungsmasse, sondern auch durch eine Erhöhung der Schichtdicke des Schaumstoffs
und/oder der Schwerschicht (und damit deren Gewicht) in solchen Bereichen erzielen. Selbsttragende biegeweiche
Formteile hohen spezifischen Gewichts mit unterschiedlicher Schichtstärke lassen sich beispielsweise
im Spritzgußverfahren herstellen. Die akustischen Werte der Isolation werden durch Lärmpegelmessung
mittels Mikrophonen an der eingebauten Verkleidung im Betriebszustand ermittelt. In Bereichen mit noch
unzureichender Lärrndämmung wird dann die Schichtdicke der Schwerschicht erhöht.
Durch Wahl geeigneter Dämpfungsmassen mit unterschiedlichen Erweichungstemperaturen (Glaseinfriertemperaturen)
lassen sich die Schalldämpfungseigenschaften ferner bereichsweise auf unterschiedliche
Temperaturanforderungen für den späteren Einsatz einstellen. Die maximale Dämpfung wird in der Regel in
dem Temperaturbereich etwas oberhalb der Erweichungstemperatur erzielt. Durch Mischen von Massen
mit unterschiedlicher Glastemperatur können gute Dämpfungseigenschaften über breite Anwendungs-Temperaturbereiche
erhalten werden.
Zur Durchführung des erfindungsgeinäßen Verfahrens geht man so vor, daß man die Schwingungswerte
und AbStrahlungsintensitäten der schallabstrahlenden Fläche im Einbauzustand unter Betriebsbedingungen
ermittelt. Dies bedeutet, daß man beispielsweise ein Karosserieteil im Fahrzeug "intersucht, indem man bei
bestimmten Motordrehzahlen die Beschleunigungswerte an einer größeren Anzahl von MeGpunkten der
Fläche in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Phasenwinkel ermittelt. Aufgrund dieser Meßwerte und
einer Quellen/Senken-Analyse wird die erforderliche Tränkung der Schaumstoffschichtverkleidung mit
Dämpfungsmasse hinsichtlich Art und Menge festgelegt.
Die Herstellung der Verkleidungsteile erfolgt in besonders günstiger Weise derart, daß die Schaumstoffschicht
bereichsweise mit Dämpfungsmasse in Form von Folienzuschnitten oder -stanzteilen belegt wird.
Dabei bleiben Senken und Bereiche niedriger Schwingungsanregung frei von Dämpfungsmasse, während in
stark schwingenden Bereichen sogar mehrere Lagen
von Dämpfungsmassenfolie aufgebracht werden. Wenn beispielsweise eine Sättigung der Schaumstoffschicht
hinsichtlich ihrer Aufnahmefähigkeit bei gegebener Dicke bei vier übereinander aufgebrachten Lagen von
Dämpfungsmassefolie bestimmter Stärke erreicht ist, so kann man auf diese Weise die Schaumstoffschicht z. B.
mit Teilmengen von 0/4 bis 4/4 der Sättigungsmenge bereichsweise tränken. Dabei ist es, wie oben bereits
dargelegt, darüber hinaus möglich, auch unterschiedliche Arten von Dämpfungsmassen, z. B. Massen
unterschiedlicher Erweichungstemperatur und damit unterschiedlich hoher und gezielter Dämpfung, nebeneinander
bzw. übereinander oder im Gemisch zu verarbeiten.
Die eigentliche Tränkung der Schaumstoffschicht mit der Dämpfungsmasse geschieht besonders vorteilhaft in
der Weise, daß man die bereichsweise mit Dämpfungsmassenfolie belegte Schaumstoffschicht auf die Erweichungstemperatur
der Masse erhitzt und das Material anschließend verpreßt. Wenn man das Material in
komprimiertem Zustand erkalten läßt, bleibt die Schaumstoffschicht mit Tränkung in verdichtetem,
gespanntem Zustand. In dieser Form läßt sich die daraus hergestellte schalldämpfende und -dämmende Verkleidung
besonders leicht einbauen. Es reicht aus, die Verkleidung an der schallabstrahlenden Fläche mittels
weniger Klammern oder Bolzen lose zu befestigen, da die Schaumstoffschicht anschließend durch Erhitzen
unter Erweichen der Dämpfungsmasse wieder expandiert, ihre frühere Stärke annimmt und dadurch zur
Anlage an der Fläche gelangt. Im Hinblick auf die üblichen Ofentemper^irpn einerseits und die beim
Transport der Teile auftretenden Höchsttemperaturen sollte die Expansion vorteilhafterweise erst oberhalb
von etwa 55CC eintreten. Durch geeignete Wahl der Erweichungstemperatur der Dämpfungsmasse kann
man die Temperatur einstellen, bei welcher der Schaumstoff expandiert. Falls man als Dämpfungsmasse
ein Kunstharz verwendet, welches gleichzeitig als Haftkleber dienen kann, oder einen wärmeaktivierbaren
Kleber aufgebracht hat, tritt bei einer solchen Wärmebehandlung zugleich eine feste Klebverbindung
der Verkleidung mit der schallabstrahlenden Fläche ein.
Als Schwerschicht für die Verkleidung sind insbesondere mit schweren anorganischen Füllstoffen (Bariumsulfat,
Calciumcarbonat usw.) hoch gefüllte Kunststoffe, z. B. Ethylen/Vinylacetatcopolymere (EVA) (vgl. DE-AS
19 40 838) geeignet. Ebenfalls brauchbar sind Mischungen von hochgefüllten Polyolefinen mit EVA-Typen
oder Mischungen aus Polyolefinen und synthetischem Kautschuk (EPDM-Polymere).
Die Schaumstoffschicht kann z. B. aus Polyurethan-, Polyvinylchlorid- oder Polyolefinschaum bestehen.
Als viskoelastische Dämpfungsmassen für die Tränkung der Schaumstoffschicht sind besonders Gemische
von Wachsen (z. B. natürlichen Wachsen oder synthetischen Paraffinwachsen). Harzen (z. B. Erdharzen oder
synthetischen Kohlenwasserstoffharzen), EVA-Typen und Acrylaten geeignet.
Zum Verkleben der erfindungsgemäßen Verkleidungsteile mit der schallabstrahlenden Fläche kann u. U.
die Dämpfungsmasse selbst dienen, welche beim Erhitzen der gesamten Struktur aktiviert wird. Andererseits
ist es möglich, die Schaumstoffoberfläche der Verkleidungsteile mit einem Selbstkleber auszurüsten,
der in üblicher Weise durch ein Abdeckpapier geschützt wird. Diese Ausführungsform ist vor allem dann günstig,
wenn die mit Dämpfungsmasse getränkte Schaumstoffschicht nicht komprimiert ist und der Einbau ohne
Erhitzen erfolgen soll. Schließlich kann auch auf die Schaumstoffschicht ein wärmeaktivierbarer Kleber
aufgebracht werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet als Kleber eine Masse
Verwendung, deren viskoelastische Eigenschaften besonders abgestimmt sind und die dadurch ihrerseits zur
Schalldämmung nicht unwesentlich beiträgt.
Die speziellen viskoelastischen Eigenschaften des Verbundklebers ergeben sich aus der Abmischung von
synthetischem Kautschuk. Acrylaten und Polyolefin-Mischpolymere.
Die Bestimmung der Beschleunigungswerte (Schwingungsamplituden) und Phasenwinkel an den einzelnen
Meßpunkten der schallabslrahlenden Fläche erfolgt z. B. mittels piezoelektrischer Schwingungsaufnehmer,
die Analyse der Quellen und Senken durch Intensitätsmessungen des Nahfeldes der Blechstruktur.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen die Figuren dienen. Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Schaumstoffschicht mit bereichsweise unterschiedlicher Belegung mit
Dämpfungsmassenfoiie;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Verkleidung gemäß Erfindung.
Die in F i g. I gezeigte Schaumstoffschicht ist in den Bereichen 1 frei von Dämpfungsmasse, so daß ein
weiches Masse/Feder-Sandwich erhalten wird. In den Bereichen 2, 2', 2" ist eine einfache Lage einer
Dämpfungsmassenfolie aufgebracht. In den Bereichen 3,
3' ist die Dämpfung erhöht durch Verwendung einer doppelten Lage entsprechend einer doppelten Menge
an Dämpfungsmasse. Im Bereich 4 schließlich ist eine dreifache Lage der Dämpfungsmassenfolie entsprechend
einer extrem hohen Dämpfung aufgelegt.
Die F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Verkleidung bestehend aus einer Schwerschicht 15 und einer Schaumstoffschicht 11. Im Bereich 12 ist die
Schaumstoffschicht mit 1,2 kg/m2, im Bereich 13 mit 2,0 kg/m2 Dämpfungsmasse getränkt, so daß die
Verkleidung in diesen Bereichen eine entsprechend erhöhte Dämpfung aufweist, in den ungetränkten
Bereichen dagegen eine optimale Schalldämmung liefert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur Schalldämmung und -dämpfung, bei welchem man auf eine schallabstrahlende Fläche,
insbesondere Karosserieteile von Fahrzeugen und Gehäuseteile von Maschinen, eine Verkleidung
aufbringt, welche aus einem selbsttragenden Formteil aus biegeweicher Schwerschicht und einer an der
Fläche anliegenden, mit Dämpfungsmasse behandelten, gegebenenfalls mit einer Kieber- oder Haftkleberschicht
versehenen Schaumstoffschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schaumstoffschicht in Abhängigkeit von den an der
eingebauten schallabstrahlenden Fläche unter Betriebsbedingungen gemessenen Schwingungsamplituden
an Quellen und Senken bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten von
viskoelasiischer Dämpfungsmasse versieht und so in Bereichen höherer Beschleunigungswerte und Quel-Ienabstrahlung
die Dämpfung erhöht, und daß man gegebenenfalls in Abhängigkeit von den akustischen
Meßwerten der Isolation zur Erzielung verbesserter Dämmwerte die Schichtdicke der Schaumstoffschicht
und/oder der Schwerschicht bereichsweise variiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man in einem Bereich, in welchem die an der Fläche gemessene Beschleunigung χ ■ g
(g= Erdbeschleunigung) beträgt, auf die Schaumstoffschicht etwa (2 bis 6) ■ χ kg/m2 Däinpfungsmasse
aufbringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dämpfungsmasse in
Form von Folien entsprechend dem Beschleunigungsprofil bzw. der Schallabstrahlung der Fläche
bereichsweise in einer oder mehreren Lagen auf die Schaumstoffschicht auflegt, das Sandwich bis zum
Erreichen der Dämpfungsmasse erhitzt und dann verpreßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schaumstoffschicht beim
Verpressen komprimiert und mit der Dämpfungsmasse als Bindemittel in verdichtetem, gespanntem
Zustand erkalten läßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dämpfungsmasse ein
Kunststoffharz verwendet, welches gleichzeitig als Kleber dient.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kleber eine viskoelastisch
abgestimmte Masse verwendet.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verkleidung an der
schallabstrahlenden Fläche befestigt und anschließend durch Erhitzen, gegebenenfalls unter gleichzeitiger
Aktivierung des Klebers, die Schaumstoffschicht zur Anlage an der Fläche bringt.
8. Formteil als Verkleidung für die Schalldämmung und -dämpfung von schallabstrahlenden
Flächen, insbesondere Karosserieteilen von Fahrzeugen und Gehäuseteilen von Maschinen, bestehend
aus einem selbsttragenden Formteil aus biegeweicher Schwerschicht und einer zur Anlage
an der Fläche dienenden, mit Dämpfungsmasse behandelten, gegebenenfalls mit einer viskoelastischen
Kleber- oder Haftkleberschicht versehenen Schaumstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaumstoffschicht bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten von viskoelastischer
Dämpfungsmasse versehen ist.
9. Verkleidung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschicht und/oder die
Schwerschicht bereichsweise unterschiedliche Schichtdicke aufweisen.
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