DE2732483B2

DE2732483B2 - Verfahren zur Schalldämmung und -dämmpfung von schallabstrahlenden Flächen sowie dafür geeignete Verkleidung

Info

Publication number: DE2732483B2
Application number: DE2732483A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 6903 Neckargemünd Burde; Günter 6900 Heidelberg Minet; Herwig Dipl.-Ing. 6909 Walldorf Schwarz
Original assignee: Henkel Teroson GmbH
Current assignee: Henkel Teroson GmbH
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB1599020A; DE2732483A1; AU3818178A; DE2732483C3; JPS5448876A; FR2398360A1; AU521643B2; FR2398360B1

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 55^CC 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

Patentansprüche:

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.