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Verfahren zur Herstellung von Schallschutzmatten und nach
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diesem Verfahren hergestellte Matte Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Schallschutzmatten und nach diesem Verfahren hergestellte Matte
aus 1 bis n Schichten gleichen und/oder verschiedenen Materials (Festigkeit, chemischer
Beständigkeit, Struktur, spezifischen Gewichts udw) zur Schalldämmung und -dämpfung,
vorzugsweise für Kfz.
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Derartige behallschutzmatten müssen zwei nforderungskriterien genugen.
Zum einen müssen diese Hatten den Profilierungen und verarbeitungsbedingten dreidimensionalen
Formen der zu schützenden Blechwände konturgerecht angepaßt werden können. Dabei
zeigt sich erfahrungsgemäß, daß diese Flächen nur geschützt werden, wenn der Anpassungsaufwand
und der Mattenpreis so niedrig wie möglich liegen. Zum anderen zeigen derartige
Schallschutzmatten (wie jeder Trennwandkörper) physikalisch bedingte Ligenheiten,
wie Spuranpassungseffekte, Eigenresonanzen usw., die in bestimmten Frequenzbereichen
die Schalldämmfunktion der Watte aufheben.
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aus der Satentliteratur sind Verfahren zum Herstellen kantiger Formkörper
durch Biegen aus einem einigen Stück bestehenden Folien oder Satten aus thermoplastischem
Kunststoff bekannt.
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Hierbei werden die Platten längs der Abbiegestellen durch Nuten, Rillen
oder dergleichen erheblich dünner gegenüber der
Dicke der folie
bzw. platte aus6ebildet. Diese Materialverdünnungen haben zum Teil verschiedene
Querschnitte und werden durch messer eingearbeitet. Sie dienen jedoch in diesem
Fall lediglich zur Verringerung der Biegesteifigkeit in einem linearen Bereich,
um die Verformung zu erleichtern. Akkustische Wirkungen sind nach diesen Unterlagen
nicht erzielt worden.
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In einer anderen anmeldung wird das einbringen von Rillen in verschiedene
schichtförmig zusammengesetzte haterialien beschrieben. Hierbei wird der flächige
Körper huber einen eil seiner Dicke eingeschnitten und dann längs dieser Jchnittlinie
gerillt.
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Der Linschnittvorgang (z.B. von Schnittrollen durchgeführt) kann streckenweise
nach Art einer Perforation unterbrochen werden. Das beschriebene Verfahren hat gleichfalls
nur die aufgabe Biegevorgänge an vorgegebenen Linien zu fixieren und ihre Durchfährung
zu erleichtern. Verbesserung der Schalldämmeigenschaften ist hier nicht vorgesehen.
Ls ist gleichfalls bekannt, gelenkartig funktionierende Biegekanten für permanente
Funktionen in verschiedenen kunststoffen anzubringen. bei wird durch einen mechanischen
Einprägevorgang neben der Materialverdünnung eine Längsreckung der linearen thermoplastischen
kunststoffmasse erreicht, so daß durch eine Molekülorientierung diese gelenkartigen
Verbindungen mit verbesserten mechanischen Festigkeiten versehen werden. Erreicht
werden soll durch diesen Vorgang eine Verbesserung von Einreiß- und biegewechselfestigkeit.
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Bekannt sind auch Verfahren zum hbkanten vom Kunststoffplatten mit
thermoplastischen Eigenschaften, bei denen durch einseitiges zinschneiden der platte
und anschließendes Erwärmen der Abkantlinie z.B. mittels eines linienförmigen elektrischen
Heizelementes, das den Nutbereich jedoch nicht berüht, eine Abkantung herbeigeführt
wird. Diese Erfindung zielt jedoch lediglich auf eine Verbesserung des maschinell
durchgeßihrten Biege- bzw. Abkantvorganges und der erhöhung der ästhetischen Wirkung
der Biegekanten.
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Verhinderung von Rißbildung, Vermeidung von Verfärbungen und scharfe
Biegekanten sind das gewünschte Ergebnis.
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Zur Verbesserung der Schalldämmung wird z.B. in dem GN 7048155 eine
selbettragendeV thermoplastische Kunststoffschwerfolie beschrieben. Die Verbesserung
der Schalldämmeigenschaften eoll neuerungsgemäß zum einen durch die Rezeptur der
Schwerfolie (Mischung aus Athylen/Vinylacetat-Mischpolymeren sowie anorganischen
Fullstoffen) und auf der anderen Seite durch die Verbindung der Schwerfolie mit
einer mit Einprägungen versehenen Kunststoffachaumechicht erreicht werden. Die Kunststoffschwerschicht
besteht jedoch neuerungsgemäß aus einer ungeteilten Fläche mit einer relativ scharf
ausgeprägten Eigenfrequenz, die gezwungenermaßen zu einem sogenannten Spuranpassungseffekt
und somit verringerter Schalldämmwirkung führen muß.
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Bekannt iet weiterhin die Verminderung des sogenannten Spuranpassungseffektes
zu erreichen durch die Anwendung sehr biegeweicher Schalldsmmstoffe aus plastischen
Bindemitteln und homogen darin verteilten Füllstoffen, wobei ein möglichst niedriges
Verhältnis von E/Rho3 zu realisieren ist. Gleichfalls wird angegeben, daß Wandplatten
mit vielen Einzelmassen beschwert worden aind, z.B. Kieselsteine oder daß auch Rillen
in das Plattenmaterial geprägt worden sind. Ziel beider Veränderungsvorgänge war
es, die Wandplatte möglichst biegeweich zu machen und damit den sogenannten Koinzidenzeffekt
in einen höheren Frequenzbereich zu verschieben.
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Es ist somit wohl bekannt durch aufwendige bzw. teure Werkstoffe und
Verfahren den Frequenzbereich der Schalldämzatte, in welchem ein Spuranpassungseffekt
stattfinden kann, zu verschieben. Nicht bekannt ist Jedoch, den Spuranpaesungseffekt
durch eine besondere Gestaltung der Platte aufzuheben bzw. stark zu reduzieren.
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Auch das oben beschriebene Anbringen von Einschnitten bzw. Kerben
in
Plattenkörper dient lediglich der Verbesserung des Biegevorganges bzw. der Festlegung
bestimmter Biegelinien in keinem Fall jedoch der Verbesserung von Schalldämmwirkungen.
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Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu fertigende
leichte und in Herstellung wie Verarbeitung preiswerte Schalldämmatte zu beschreiben,
die, als ebener Körper transportiert, ohne Hilfsmittel an die funktionsgemäß vorgeformten,
zu schützenden Metallwände angelegt werden kann und durch ihre besondere durch Kerbungen
bewirkte Gestaltung in den störenden Koinzidenzbereichen zu einer wesentlichen Verbesserung
der Schalldämmwirkung führt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der in einer Ebene
liegende Mattenkörper durch die ein- und/oder beidseitige Einarbeitung von geraden
und/oder kurvenförmigen Kerben (6) in vorwiegend unterschiedlich große durch diese
Kerben teilweise getrennte und/oder zusammenhängende Linzelflächen (17) aufgeteilt
wird, wobei die Aufteilung so erfolgt, daß die so gekerbte Matte von Hand zum Formkörper
gebogen und ohne Nacharbeit an die zu schützende Fläche angeformt werden kann und
ein sogenannter Koinzidenzeffekt zumindest abgeschwächt auftritt (15, 16).
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Bei einer Form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine thermoplastische
Schwerschicht (1) mit einer offenporigen Polyurethan-Weichschaumschicht (2) verklebt.
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Zur Herstellung der shwerschicht bieten sich die verschiedensten Thermoplaste
an. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch die Verwendung von gefülltem EVA herausgestellt.
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Der zu erwartende Bereich des sogenannten Spuranpassungseffektes kann
gemäß den physikalischen Bedingungen durch die Masse pro Flächeneinheit sowie durch
die Art der Fullstoffe in bestimmten
Bereichen beeinflußt werden.
Es ist deshalb empfehlenswert, durch den unterschiedlichen Anteil der Füllstoffe,
die Matte an den zu erwartenden Stör-Frequenzbereich anzupassen.
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Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung des Verfahrens wird
die thermoplastische Schwerschicht (1) statt mit einer PU-Weichschaumschicht (2)
mit einem Vlies-Stoff (3) verbunden.
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Gleichfalls ist es möglich, die thermoplastische Schwerschicht (1)
mit einer leichten, elastischen Regenerat-Natte aus Kunststoff (4) zu verbinden.
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Die thermoplastische Schwerschicht (1) kann auch in bekannter Weise
durch hoch gefüllten PU-Schwerschaum substituiert werden.
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Eine Anpassung an den zu erwartenden Frequenzbereich ist auch hier
erforderlich.
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Bei sehr hohen Anforderungen an die Schalldämmwirkung kann der in
Anspruch 2 beschriebene Schichtaufbau durch eine oder mehrere Schichtfolgen der
gleichen Art (18) ergänzt werden.
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Darüberhinaus bietet sich auch die erfindungsgemäße Nöglichkeit, die
offenporige Weichschaumschicht (2) in bekannter Weise durch einen Schäumprozeß mit
der thermoplastischen Schwerschicht bzw.
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dem gefüllten PU-Schwerschaum zu verbinden.
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Je nach Art der gewünschten akkustischen Koppelung bietet das erfindungsgemäße
Verfahren die Möglichkeit, die einzelnen Mattenbereiche durch eine oder mehrere
dicht nebeneinanderliegende Kerben (19) voneinander zu trennen.
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Darüberhinaus ermöglichen die eingearbeiteten Kerben eine einwandfreie
Biegung und Verformung des ebenen Nattenkörpere sul gewtinschten Porakörper, wobei
auf zusätzliche Vorrichtunga und
Werkzeuge bei der Montage verzichtet
werden kann.
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Bei der Verformung von Kunststoffmatten zu Hohlkörpern ist es besonders
wesentlich, daß keine störenden Rückstelleffekte auftreten. Durch eine ausreichende
Kerbentiefe kann dies verfahrensgemäß verhindert werden. Als besonders vorteilhaft
hat sich eine Kerbentiefe von 0,5 der Schwerschichtmattenstärke herauskristallisiert.
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Die Aufteilung der erfindungsgemäßen Matte in Einzelflächen würde
nur einen geringen Vorteil in Richtung Schalldämmwirkung bringen, wenn man die Einzelflächen
gleich groß gestalten würde.I Dies hätte lediglich zur Folge, daß die Biegeweichheit
der Matte vergrößert und somit in bekannter Weise der Spuranpassungseffekt in höherfrequente
Bereiche verschoben würde. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Einzelplatten
in möglichst unterschiedliche Größe, wird eine akkustisch schlechte Anpassung der
Schalldämmatte an das zu erwartende Störschallfeld erreicht und eine optimale SchalldXämmung
im kritischen Bereich realisiert (17).
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Bei den Versuchen und akkustischen Messungen zur Erprobung des erfindungsgemäßen
Verfahrene hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß beim Kerbvorgang
sowie dem bei der Verformung der Matte sich anschließenden Zug- und Biegeprozeß
das Material im Kerbengrund und den benachbarten Bereichen gereckt wird. Dies hat
eine orientierte Molekülstruktur zur Folge mit wesentlich verbesserten mechanischen
Werten. Die eogenannte akkustische Koppelung der einzelnen Flächen wird dadurch
in der gewünschten Weise wirkungsvoll verbessert.
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Zur Unterstützung bzw. Optimierung des Reckprozesaes ist gefunden
worden, daß sinnvollerweise der Kerbbereich (6, 7, 8) bei dem Kerbvorgang mit Lösemittel
behandelt werden soll. Bei der erfindungsgemäßen
Benutzung von
thermoplastischen Schwerschichten können die Kerben in einfacher und preiswerten
Art mit kalten Messern eingeprägt werden.
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Darüberhinaus ist es jedoch möglich zur Beschleunigung des Fertigungsverfahrens
bzw. zum besseren Fließen des zu verdrängenden Materials mit heißen Messern zu arbeiten.
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Um den Rückstelleffekt zu kompensieren, hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, bei bestimmten Härtegraden der Schwerschichtmatte die Prägetiefe kurzzeitig
bis auf 95% der Materialtiefe zu erstrecken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den großen Kostenvorteil, daß
in einem einzigen Arbeitsgang die Umfangsbegrenzung der Natte gestanzt und die notwendigen
Kerben eingebracht werden können. Es bietet sich hierbei die vorteilhafte Möglichkeit,
den Einkerbungsvorgang je nach Mattenart und Verwendungsgebiet gleichzeitig vom
Werkzeugoberteil und-Unterteil vornehmen zu lassen (12, 13, 14).
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Die Kerben können erfindungsgemäß je nach Art der gewünschten Koppelung
bzw. des Einsatzgebietes mit möglichst flachen Messern eingeschnitten, spanabhebend
ausgearbeitet und zu V-förmigen oder kreissegment-förmigen Querschnitt bearbeitet
zu werden.
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Um bei der akkustischen Koppelung benachbarter Mattengebiete eine
Phasenverschiebung der Longitudinal- bzw. Transversalwellen zu realisieren, ist
es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, die Kerben auf der Staucheeite
so zu gestalten, daß nach Verformung der Matte zum Formkörper die Kerbwandungen
sich nicht iUhren (21).
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Die Berührung der Kerbwandungen kann jedoch auch nachträglich
auftreten,
so daß zur Verringerung der Rückfederung im Kerbbereich nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren vorgeschlagen wird, das beim Einprägen der Kerben entstehende Quetschmaterial
mechanisch abzutragen oder thermisch zu verteilen.
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Die erfindungagemäße Matte bietet den vorteilhaften Effekt, daß die
unterschiedlichen Eigenfrequenzen der Teilplatten durch die akkustische Koppelung
sich gegenseitig so beeinflussen, daß es durch Phasenverschiebungen zu Amplitudenlöschungen,
zu wechselseitigen Schwingungsetörungen und damit zu einer äußerst schlechten akkustischen
Anpassung an den kritischen Frequenzbereich kommt (15, 16).
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schallschutzmatte
kann preiswert und technologisch einfach hergestellt werden. Sie bietet neben geringem
Gewicht und niedrigem Preis die Möglichkeit durch schnelle und preisgünstige Umstellung
der Schnittvorrichtungen den in einer Ebene liegenden Schalldämmkörper an jede gewünschte
Profilwand anzupassen. Da kostspielige Tiefzieh- bzw. Gießformen für die Schwerschichtmatte
und den PU-Weichßchaum nicht erforderlich sind, bieten sich hier wesentliche fertigungstechnische
Vorteile. Wesentlich bei der erfindungegemäßen Matte ist die Verminderung bzw. Verhinderung
des Spuranpassungseffektes, der sich durch die Aufteilung der Matte in unterschiedlich
große Einzelflächen durch die gezielte akkustische Koppelung der Verbindungsbereiche
innerhalb der eingearbeiteten Kerben ergibt. Entgegen den bisherigen Erfahrungen
bei der Herstellung von Schalldämmatten lassen sich hierbei ontage- und Preisvorteile
mit einer spürbar verbesserten Schalldämmung des Systems verbinden.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur
1: Die Schalldämmatte im Schnitt mit verschiedenen Querschnitten der eingebrachten
Kerben; Figur 2: Die
und Stauchseite der Matte bei einer S-förmigen Biegung; Figur 3: Die Draufsicht
auf ein Mattenteilstück; Figur 4: Eine relativ scharf gebogene Kante des erfindungsgemäßen
Nattensystems; Figur 5: Eine Schneidrolle zum Einbringen der Kerben; Figur 6: Eine
Prägerolle zum Einbringen der Kerben; Figur 7: Eine Stanzvorrichtung zum gleichzeitigen
Einbringen von Ober- und Unterkerben; Figur 8t Verlauf der Schalldämmkurve bei den
bekannten Matten mit Koinzidenzeffekt; Figur 9: Verbesserter Schalldämmverlauf nach
der erfindungsgemäßen Matte; Figur l0:Mehrfacher, sich wiederholender Schichtaufbau
der erfindungsgemäßen Matte; Figur 11:Draufsicht auf ein Mattenteilstück mit möglicher
Anordnung der flächentrennenden Kerben; In Figur 1 ist die übliche Form der Schalldämmatte,
bestehend aus Sehwerechicht und offenporigen Polyurethanechaum (2) dargestellt.
Verschiedene Querschnitte der möglichen Kerbformen sind bei (5, 6, 7, 8) gezeichnet.
Die Verbindung zwischen (1)
und (2) wird durch Verklebung hervorgerufen.
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In Figur 2 sind zwei Biegeradien dargestellt. Bei (6) sind die Kerben
auf der Zugseite und bei (19) die entsprechenden Kerben auf der Stauchseite der
gleichen Matte dargestellt. Bei (9) ist die Mattenausführung der Schaumschichtseite
im Zug zustand gezeichnet.
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In Figur 3 ist bei (6) die Draufsicht auf eine Kerbform nach (6) aus
Figur 1 gezeichnet. Weiterhin ist zu sehen, daß die Kerben unter bestimmten Voraussetzungen
auch bogenförmig geführt werden. Zur Unterbindung von Überlappungen der Schalldämmatte
nach der Verformung sind mitunter Ausstanzungen gesamter Mattenbereiche,wie in Figur
3 dargestellt, erforderlich.
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In Figur 4 ist die Ausführung einer möglichst scharfen Knickkante
realisiert. Wesentlich ist, daß auch bei scharfen Stauchungen der thermoplastischen
Schwerschicht (1) die Flanken der Nut sich nicht berühren (21).
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Bei Figur 5 wird die Kerbe durch ein Schneidrad mht der Vorrichtung
(10) eingebracht.
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In Figur 6 wird die Kerbe durch eine Prägerolle (11) in die Schwerschicht
hineingedrückt. Beide Ausführungsformen können kalt bzw. heiß arbeiten.
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In Figur 7 ist ein Stanzwerkzeug dargestellt, bei dem gleichzeitig
die Stanzmesser (14) von oben und unten arbeiten. Um definierte Kerbtiefen zu realisieren
ist es sinnvoll gegenüber den Stanzmeseern (14) Schnittklötze (13) anzubringen.
Die Außenbeschneidung und somit gleichzeitige Fertigstellung des Mattenumfanges
ist in Figur 7 nicht gesondert gezeichnet.
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Figur 8 zeigt den üblicherweise bei den bekannten Schalldämmmatten
auftretenden
Einbruch der Dämmwirkung durch den Koinzidenzeffekt. Bei bestimmten Frequenzen des
Störschalls,unter Beeinflussung des auftreffenden Winkels der Schallwellenfront,
stimmt die Projektion der Luftwellenlänge überein mit den Schwingungsknoten der
Schalldämmatte. Es liegt physikalisch nun die Erkenntnis nahe (alle Messungen bestätigen
dies), daß die Schalldämmatten in diesem Zustand dem Störschallfeld keinen abschirmenden
Widerstand mehr bieten. Darüberhinaus ist in den meisten Fällen durch Aufschaukelungserscheinungen
im Mattensystem noch eine Vergrößerung des Störschalls zu verzeichnen.
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Figur 9 zeigt die zumindest auftretende Reduzierung des Störschalleinbruchs
bei der erfindungsgemäßen Matte. Je nach .rnpassung des Systems und örtlichen Bedingungen
sind noch bessere ergebnisse möglich.
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In Figur 10 ist eine susfUhrung der watte nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren dargestellt, die für besonders hohe Schalldämmanforderungen möglich ist.
Die Mattenverbindung von thermoplastischer Schwerschicht (1) und PU-Weichschaumschicht
(2) kann theoretisch beliebig Oft wiederholt werden. Auch andere Schaumarten und
Regeneratmatten sind naturgemäß für diesen Schichtaufbau anatelle der PU-Leichtschaumschicht
(2) verwendbar.
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Figur 11 zeigt die Draufsicht auf ein Mattenstück mit der möglichen
Lage der Kerben zur Aufteilung der Einzelflächen. Es zeigt sich hier klar, daß gleich
große Flächteile bei der erfindungsgemäßen Ausführung nicht entstehen, so daß eine
optimal "echlechte" akkustische Anpassung an das zu erwartende Störuchallfeld möglich
ist.
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Die erfindungsgemäße Ausführung der Schalldämmatte ist naturgemäß
nicht auf die beschriebenen Materialzusammenstellungen und Formen beschränkt. Bei
entsprechender Auswahl der Flächenaufteilung, Härte, Füllungsgrad des Materials
kann auch mit anderen
Werkstoffen der erfindungsgemäße Gedanke
einfache und damit preiswerte Produktion (Verzicht auf teure und schwer herzustellende
Formwerkzeuge) mit leichter Verarbeitbarkeit unter Verzicht auf die Benutzung zusätzlicher
Vorrichtungen und Werkzeuge mit optimaler Schalldämmung im Koinzidenzbereich, hervorgerufen
durch die spezielle Ausbildung des Kerbbereiches sowie die Existenz unterschiedlich
großer Sinzelflächen realisiert werden.