DE2751774A1

DE2751774A1 - Schalldaemmendes verbundsystem

Info

Publication number: DE2751774A1
Application number: DE19772751774
Authority: DE
Inventors: Helmut Pelzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-19
Filing date: 1977-11-19
Publication date: 1979-05-23

Description

Schalldämmendes Verbundsystem
Die erfindung betrifft ein schalldämmendes Verbundsystem aus mindestens einer schicht offenzelligen olyurethan-Weichschaum und einer Schicht hochgefüllten Polyurethan-Schwerschaum.
Derartige Systeme werden häufig zur Schalldämmung an Kraftmaschinen eingesetzt. Da bei Verbrennungsmotoren insbesondere 4-Zylinder-lviotoren der Massenausgleich zweiter Ordnung im Regelfall nur schlecht gelöst ist, treten in tiefen Frequenzbereichen (z.B.
100 - 400Hz) störende Vibrationen auf. Darüber hinaus ist der Frequenzbereich von 800 - 1600Hz für den menschen physiologisch und psychologisch besonders abträglich. Bei der Konzipierung von schalldämmenden Systemen ist also primär darauf zu achten, daß neben einer möglichst hohen Schalldämmung besonders in den zwei angesprochenen Frequenzbereichen keine Koinzidenz einbrüche zu verzeichnen sind.
Bei einem bekannten tjystern wird eine selbsttragende thermoplastische, gegebenenfalls kaschierte Kunststoffschwerfolie mit einer Kunststoffschaumschicht verbunden. Als izlaterial für die Schwerschicht wird eine Grundmischung eines xthylen/Vinyl-Acetatmischpolymeren mit ca. 60% anorganischen Füllstoffen angegeben. Da bei diesem Material eine Aufschäumung nicht möglich ist, liegt bei höherem Füllstoffgehalt die Biegesteifigkeit zu hoch, d.h.
der davon abhängende Koinzidenzeffekt tritt gerade in den Bereichen auf, die wie oben beschrieben besonders im Kraftfahrzeug störend sind. Darüber hinaus ist diese Mattenart aufgrund ihrer etarken Thermoplastizität an Stellen höherer Temperatur (z.B.
Motorraum) nicht verwendbar.
In der OS 1 409 914 wird eine Platte mit hoher Schalldäumung beschrieben, die gekennzeichnet ist durch sich in Längsrichtung erstreckende, verhältnismäßig steife Deckflächen und ein elastisches Material enthaltendes iedium in Kombination mit in Querrichtung starren, die Deckflächen koppelnden Mitteln, wobei das elastische Medium ein so niedriges Verhältnis von Schersteifigkeit zu hiatte je Flächeneinheit der Platte hat, daß die aQusbreitung von Schwingungen entlang dem Medium bei einer Transversalgeschwindigkeit möglich ist, die im wesentlichen kleiner ist als sieben Zehntel der ochallgeschwindigkeit in der Luft. Da die starren Deckschichten durch Koppelungsglieder verbunden sind, ist durch diese Schallbrückenkonzeption nur ein relativ geringer Dämmeffekt möglich. Darüber hinaus ist der Aufbau zu kompliziert, um eine preiswerte Serienfertigung zu ermöglichen.
In der AS 1 247 627 wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen nach dem Polyadditionsverfahren unter Verwendung von Polyestern und Polyisozyanaten beschrieben, bei dem niedrigmolekulare Polyester und hochmolekulare, übliche tolyester mit Isozyanaten vermischt werden, um ein offenporiges olyurethan zu erhalten. Auswirkungen auf die akkustischen Sigenschaften des Polyurethanmaterials durch die Verwendung verschiedener Polyestern wurden nicht gefunden.
Bekannt sind auch Verfahren zur dämpfung von Biegeschwingungen an dröhnenden Bauteilen durch Aufbringen gefüllter plasto-elastiecher Massen. In der AS 1 163 040 werden derartige Möglich keiten beschrieben. In der Beschreibung des Standes der Technik werden auch Feder-Masse-Systeme untersucht. Hierbei wurden Bleche mit Schaumstoffen beklebt und dieser Schaumstoff mit ein ner schweren Schicht bedeck-iEMgiierdurch entetehenden schwingungsfähigen Gebilde, bestehend aus zwei Nassen und einer Feder, haben eine ausgeprägte Resonanzfrequenz. Die Wirkungsweise dieser Kombination ist daran zu erkennen, daß ihre dämpfende Funktion auf einen schmalen Frequenzbereich beschränkt bleibt. Dem erfindungsgemäß beschriebenen schalldämmenden Verbundsystem wird also hier jede brauchbare Wirkung abgesprochen.
Die gleichen trkenntnisse werden in der Zeitschrift "Larmbekämpfung",Heft 5j6, Oktober/Dezember 1973, S. 101, vorgetragen. Die Schalldämmung solcher Wände richtet sich hauptsächlich nach der Xesonanzfrequenz des schwingenden Systems, das aus den beiden schweren sfandschalen besteht, die mit einer federnden Zwischenschicht miteinander verbunden sind.
Ziel der Erfindung ist es, ein schalldämmendes Verbundsystem zu beschreiben, das neben geringem Gewicht einen hohen Schalldämmwert besitzt und Darüber hinaus entgegen den bekannten technischen Meinungen (siehe oben) in dem für den Kfz-Bau wichtigen Frequenzbereichen (von 150 - 10.000Hz) den sogenannten Koinzidenzeinbruch zu vermeiaen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Polyolanteil des Schwerschaumes aus ca. 8OGZ Weichschaumpolyol und ca. 20'Ao Hartsvhaumpolyol besteht und der, bezogen auf die -Polyurthanmenge, 4009ige Füllstoffanteil aus ca. 80% Schwerspat und 20% Schiefermehl bestehen und die Schalldämmkurve im Frequenzbereich von 150 - 10.000Hz keinen Koinzidenzeinbruch aufweist.
Derartige erfindungsgemäße schalldämmende Verbundsysteme werden oft an Orten eingesetzt, die entweder hohe chemische beanspruchungen mit sich bringen oder wo flüssige mit Schmutzstoffen angereicherte medien bzw. Schmutzstoffe in staubförmig schwebender Form die offenen toren des Polyurethanweichschaums verstopfen können. Um die schädigenden Wirkungen durch chemische bzw. physikalische Einflüsse zu minmieren, ist es vorteilhaft, die der Polyurethanschwerschaumschicht (1) abgewandte Seite der Polyurethanweichschaummatte (2) mit einer flexiblen Dünnachicht (5) z.B. aus Polyäthylen zu kaschieren.
Ein wesentlicher fertigungstechnischer Vorteil bei der Herstellung profilierter echalldämmender Verbundsysteme bietet sich dann, wenn die Schwerschicht mit der Polyurethanweichschaumschicht in einem Arbeitsgang hinterschäumt wird.
Um die Schalldämmwirkung der erfindungsgemäßen schalldämmenden Verbundschicht auf ein ausreichend hohes Niveau zu bringen muß das spezifische Gewicht der Schwerschicht (1) mindestens bei 0,9kp/dm3 liegen.
Da das erfindungsgemäße schalldämmende Verbundsystem physikalisch als Feder-Masse-System wirkt, ist bei einer vorteilhaften Ausftflirungsform die Stärke der Weichschaumschicht (2) bei etwa 8-12mm festgelegt.
Da derartige Matten häufig in der Serienfertigung, z.B. Schalldämmung bei Kraftfahrzeugen, benutzt werden, ist es sinnvoll, die Matte den Profilierungen (3) der zu schützenden Montagefläche anzupassen.
Bei Schaildämmessungen hat es sich herausgestellt, daß ein besonders hoher Schalldämmgrad realisiert wird, wenn die Härte der Schwerschicht (1) bei ca. 8O0Shore A liegt.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen schaildämmenden Verbundsystems liegt darin, daß der Polyolanteil des Polyurethans aus Hartschauipolyol mit einer Hydroxylzahl von etwa 400 und Weichschaumpolyol mit einer Hydroxylzhal mit ca. 50 benutzt wird.
Zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften bzw. zur gezielten Veränderung des Flächengewichtes kann es vorteilhaft sein, in die Schwersctlaumschicht (1) fesigkeits- undZoder gewichtsverändernde Einlagen (6) wie z.B. Gewebe einzulegen.
Ein wesentlicher Fertigungs- und Breisvorteil ist in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des schalldasmenden Verbundsystems zu suchen, bei welchem die @atte nicht dreidimensional vorgeformt ist, sondern erst während der Montage an die Profilierungen der zu schützenden Fläche manuell angeformt wird. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn die Schwerschaumschicht in den Biegebereichen auf den Zug- und/oder Stauchseiten der Biegeradien den Biegewiderstand reduzierende Kerben enthält. bei der erfindungsgemäßen Watte werden die Biegekerben vorteilhaft in einem Arbeitsgang in das Verbundsystem eingebracht. Hierbei kann auf die Benutzung einer teuren Schäumform für die Hinterschäumung der Schwerschicht mit offenporigem Weichschaum (2) verzichtet werden. Die in einer ebene liegende Schwerschaumschicht wird mit der Weichschaumschicht verklebt. Durch die eingebrachten Biegekerben ist nun eine Anformung an die Profilierungen der zu schützenden Fläche manuell ohne Zuhilfenahme weiterer Vorrichtungen möglich.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen schalldämmenden Verbundsystems sehen vor, daß flammhemmende Zusätze, Farbstoffe, Geruchstoffe, Insektizide usw. während des ertigungsprozesses eingebracht werden. Die für Funktionseiemente notwendigen Durchführungsöffnungen (4) können während des Herstellungsprozesses eingearbeitet weiden.
Hohe Schalldämmwirkung deiartiger Verbundsysteme ist nur zu erreichen bei hohem Füllstoffanteil verbunden mit hoher innerer Dämpfung. Es war jedoch bisher sehr problematisch, derartig hohe Füllstoffanteile in rolyurethanschaumsysteme hineinzubringen. Dies zeigen z.B. Veröffentlichungen wie PS 936 113, die USA-Patentschriften 3 024 209 und 3 029 209 oder die deutsche AS 1217601.
Das Zusammenfallen des gefüllten Schaumes konnte nur vermieden werden, indem man wie bei der zuletzt genannten AS Flocken von Abfallschaum mit Füllstoffen und Bindemitteln gemischt, getrocknet und gegebenenfalle nachgeschäumt hat. Die anderen angegebenen Schutzrechte begnügten sich mit einer Füilstoffzugabe, die spezifische Gewichte nicht über 0,1kg/l erlaubte. Die Verwendung von 80 Weichschaumpolyol und 20% Hartscnaumpolyol vermeidet ein Zusammenfallen des Schaumgerüstes, nimmt eine Füllstoffmenge von ca. 4009 auf und bietet bei Verwendung der erfindungsgemäß beschriebenen iMllstotfmischung darüber hinaus eine derart hohe innere Dämpfung, daß im interessierenden Frequenzbereich von 150 - 10.000Hz ein Koinzidenzeinbruch nicht nachgewiesen werden konnte.
zin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. bs zeigen: Figur 1: Das Verbundsystem im Bereich einer rrofilierung; Figur 2: Min Teil des Verbundsystems mit Durchführung und Einlage; Figur 3: Die Schalldämmkurve des erfindungsgemäßen Verbundsystems ohne "Einbruch"; Figur 4: Die Schalldämmkurve eines "normalen" h'eder-Masse-Systeme.
In Figur 1 ist die Verbindung der hochgefüllten Polyurethanschwerschaumschicht (1) mit der offenporigen Polyurethanweichschaumschicht (2) im Bereich einer der zu schützenden Fläche angepaßten Profilierung (3) dargestellt.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt des Verbundsystems im Bereich einer Durchführung (4) gezeichnet. Die Einlagen (6) zur erhöhung der b'estigkeit - bzw. Veränderung der Gewichtswerte - müssen von E'all zu Fall der Anwendungsmöglichkeit angepaßt werden. Je nach chemischer bzw. physikalischer beanspruchung wird die freie Seite der offenporigen Polyurethanweichschaumschicht (2) mit einer flexiblen beständigen Dünnschicht (5) kaschiert.
figur 3 zeigt die gemessene Schalldämmkurve des erfindungsgemäßen schalldärnraenden Verbundsystems. Der übliche Sinbruch ist durch die erfindungsgemäße Folyolmischung in Verbindung mit dem hohen Füllstoffanteil bzw. der h'allstoffmischung unterbunden worden. Die Werte entsprechen im unteren Bereich dem sogenannten Bergerschen Gesetz und gehen in hohen Frequenzbereichen darüber hinaus.
Figur 4 zeigt den üblichen "Einbruch" bei Feder- Nasse-System.
Da diese Einbrüche wie in der Beschreibung gezeigt wurde, oft in den störenden Frequenzbereichen liegen und zur Folge haben, daß die Schalldämmung des zu schützenden Bleches durch die Resonanzerscheinungen des Feder-Masse-Systems sogar noch verschlechtert werden, sind derartige systeme der konventionellen Ausführung zur dchalldämmung nur bedingt oder in eng begrenzten Frequenzspannen verwendbar.
das erfindungsgemäße schalldämmende Verbundsystem bietet durch die Verwendung der zwei Polyoltypen in Verbinung mit der beschriebenen Büllstoffmischung eine froblemlösung für Schalldämmungen, die entgegen der herrschenden Meinung die Kombination von geringem Gewicht, hoher Schalldämmung und Vermeidung des Einbruchs in störenden Frequenzbereichen ermöglichen.
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Claims

S C H U T Z A N S R Ü C H E 1. Schalldämmendes Verbundsystem aus mindestens einer Schicht offenzelligem Polyurethan-Weichschaum und einer Schicht hochgefülltem Polyurethan-Schwerschaum, dadurch gekennzeichnet, daß der eolyolanteil des Schwerschaumes aus ca. 806/o Weichschaumpolyol und 20 Hartschaumpolyol besteht und der, berechnet auf die Folyurethanmenge 400fige Füllstoffanteil aus ca. 80 Schwerspat und 20 Schiefermehl besteht und die gemessene behalldämmkurve des Verbundsystems im Frequenzbereich von 150 - 10.000Hz keinen Koinzidenzeinbruch aufweist.
2. Schalldämmendes Verbundsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Polyurethanschwerschaumschicht (1) abgewandte Seite der eolyurethanweichschaummatte (2) mit einer flexiblen Dünnschicht (5) bedeckt ist.
Schalldämmendes Verbundsystem nach Anspruch 1 und/oder 2, t daß die Schwerschicht (1) mit dem Polyurthan-sieichschaum (2) in einem Arbeitsgang hinterschäumt wird.
4. Schalidämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Schwerschicht (1) mindestens 0,9kp/dm3 beträgt.
5. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Weichschaumschicht (2) etwa 8-12mm beträgt.
6. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte den Srofilierungen (3) der Montagefläche angepaßt ist.
7. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der anspriiche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dab der fIärtegrad der Uchwerschicht (1) bei ca. 800Shore A liegt.
8. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Anspruche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß Hartschaumpolyol mit einer Hydroxylzahl von ca. 400 benutzt wird.
9. Schalldämlnendes ierbundsystem nach einem oder mehreren der anspr'iche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß Weichschaumpolyol mit einer Hydroxylzahl von ca. 50 benutzt wird.
10. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Anspriche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der dichwerschaumschicht (1) festigkeits- und/oder gewichtsverändernde Einlagen (6) z.b. Gewebe eingelegt sind.
11. Schalldammendes V'erburldsystem nach einem oder mehreren der ans brüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dab die Schwerschaumschicht (1) in den Biegebereichen auf den Zug- und/ oder Stauchseiten des biegeradiusses den Biegewiderstand reduzierende Kerben enthält.
12. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der AnsprLiche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegekerben mit einem Arbeitsgang in das Verbundsystem eingebracht werden.
13. Schalldämendes Vertundsystem nach einem oder mehreren der ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerschicht (1) mit der offenporigen Weichschaumschicht (2) verklebt wird.
14. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -13, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte nicht dreidimensional vorgef'ormt ist und erst während der montage an die rrofilierungen der zu schützenden Fläche manuell angeformt wird.
15. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge: gefüllter Schwerschaum - offenzelliger ieichschaum (1,2) ein- bis n-mal wiederholt wird.
16. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der inspr,iche 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß es ilaumhemmende Zusatze, Farbstoffe, Geruchsstoffe, Insektizide usw. enthält.
17. Schalldämmendes Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß Durchführungen (4) während des Herstellungsprozesses mit eingearbeitet werden.