DE3025617A1 - Schalldaemmplatten in sandwichbauweise und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Schalldaemmplatten in sandwichbauweise und verfahren zu ihrer herstellung

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DE3025617A1 DE19803025617 DE3025617A DE3025617A1 DE 3025617 A1 DE3025617 A1 DE 3025617A1 DE 19803025617 DE19803025617 DE 19803025617 DE 3025617 A DE3025617 A DE 3025617A DE 3025617 A1 DE3025617 A1 DE 3025617A1
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Description

Brief vom Blatt' J) ~ * : : ^ " -„„::,_- Dlpl.-Ιης. Q. Schlltb«
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Die Erfindung bezieht sich auf Schalldämmplatten der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art sowie auf Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger Platten. Die Schalldämmplatten sind speziell zur Anwenj dung unter erschwerten Umgebungsbedingungen vorgesehen, beispielsweise in einem Manteistromflugtriebwerk oder als 3?lugzeugaußenhaut an triebwerksnahen, unter Flugbedingungen besonders belasteten Stellen.
Bei der Konstruktion und Herstellung von Schalldämmplat- ; ten, die als Integralbauteile gegenüber erschwerten Umgebungsbedingungen beständig sind, ist ein Aufbau üblich, bei dem ein Kernwerkstoff mit Wabenstruktur in Sandwichbauweise zwischen einem gelochten und einem nicht gelochten Blech angeordnet ist. Herkömmliche Schalldämmplatten dieser Bauart sind zwar zur Abschwächung einiger spezifischer Schallfrequenzen geeignet, aber sie reichen nicht ; zur Schallabschwächung in einem breiten Frequenzbereich j aus, wie er üblicherweise im Inneren und in der unmittelbaren Umgebung des Gehäuses heutiger Gasturbinen vorliegt.
Es wurde auch festgestellt, daß die Löoher herkömmlicher Schalldämmplatten in der Nähe schneller Gas- oder Luftströmungen, wie sie im Inneren oder in der Mähe des Triebwerkes auftreten, Turbulenzen erzeugen, wodurch die Gesamtleistung des Triebwerkes vermindert wird. Es wurde ■ ferner festgestellt, daß bei herkömmlichen Schalldämmplatten gleichartige Metalle oder teilweise Nichtmetalle eingesetzt werden müssen, um jegliche galvanische Wirkung zu vermeiden, die zwischen unterschiedlichen Metallen im direkten Kontakt auftreten kann. Dies verlangt eine vollkommene Trennung im Verbund der einzelnen Sandwichkomponenten, wenn diese aus unterschiedlichen Metallen bestehen.
Aus diesen Gründen gab es bisher keine befriedigenden Schalldämmwerkstoffe als Integralbauteile, die unter
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Brief vom Blatt; 6; : ' ; ; : :::: Dipl.-Ing. G. Schlleb·
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
erschwerten Bedingungen beständig sind, wie z.B. im Inneren und in der üTähe von Triebwerken und an der durch eine schnelle Gasströmung in Triebwerksnähe beanspruchten Flugzeugaußenhaut.
■ 5 Die Erfindung stellt sich daher ausgehend vom Oberbegriff
des Anspruches 1 eine verbesserte Schalldämmplatte zur Aufgabe, die den Triebwerks schall in einem breiten Frequenzspektrum vermindert, und die als Integralbauteil ausreichende Festigkeit besitzt, um bei Flugzeugen unter erschwerten Umgebungsbedingungen als integrales Giied der Struktur an Stellen eingesetzt werden zu können, an denen eine Schalldämmung erforderlich ist. Hierbei handelt es sich z.B. um Triebwerksverkleidungen, insbesondere den Triebwerkseinlauf oder die hochturbulente Ausblaszone des Bläsers eines Mantelstromtriebwerkes.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Schalldämmplatte, bei der das Schalldämmprinzip des Heimholt z-B.esonanzh.ohlraumes verwirklicht wird.
Als weitere Aufgabe stellt sich die Erfindung eine ausreiohende Isolation zwischen den Sandwichkomponenten, um jede galvanische Wirkung durch direkten Kontakt unterschiedlicher Metalle zu verhindern.
Als weiteres Ziel stellt sich die Erfindung eine Schalldämmplatte in Sandwichbauweise zur Aufgabe, die geschnitten oder durchbohrt werden kann, ohne daß zwischen benachbarten unterschiedlichen Metallen ein Kontakt hergestellt wird.
Zur lösung dieser Aufgaben schlägt die Erfindung eine Schalldämmplatte gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung schliessen sich in den Unteransprüchen 2 und 3 an.
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Als weitere Aufgabe setzt sich die Erfindung ein Herstellverfahren zum Ziel, das bei den Schalldämmplatten einen definierten Strömungswiderstand von der schallbeaufsohlagten Außenwand zu den Resonanzhohlräumen des Wabenkernes einstellt. Bei diesem Verfahren soll es insbesondere vermieden werden, daß der benutzte Klebstoff durch Kapillaroder Dochtwirkung in die löcher der Lochplatte oder zwischen die Pasern des Pas erwerkstoffes fließt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 4 vor. Weitere Unteransprüche zum Verfahren und zu einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schließen sich an.
Vorteile und weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeiohnun- gen.. In diesen zeigt:
Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine Schalldämmplatte in Sandwichbauweise}
Pig. 2 die Öchalldämmplatte in Pig. 1 ausschnittsweise im senkrechten Schnitt; unö
Pig. 3 eine zweiteilige Vorrichtung zur Herstellung
einer Schalldämmplatte.
In Pig. 1 und 2 ist eine Schalldämmplatte 8 in Sandwichbauweise mit Wabenkern 10 im einzelnen dargestellt. Die Komponenten dieser Sandwichplatte sind der Yfabenkern 10, der eine Vielzahl quergerichteter, aus dünnem Blech gebildeter Zellen 12 besitzt, sowie Außenbleohe 14 und 16. Pur die im Plugzeugbau erforderliche Leichtbauweise kommen als bevorzugte Werkstoffe für den Wabenkern und die Außenbleche Aluminiumlegierungen infrage wegen ihrer
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an das .Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
günstigen Verhältnisses von Gewicht zu Festigkeit und Gewicht zu Kosten. In Einzelfällen können aber auch andere Werkstoffe zum Einsatz kommen. Das Außenblech H ist als lochblech ausgebildet mit einer Vielzahl kleiner löcher 18, deren Größe beispielsweise zwischen 7 und 16 mm betragen kann. Der Querschnitt der löcher 18 beträgt zwischen 15 und 36 $> der Gesamtfläche des Lochbleches 14. Die Iiöoher 18 im lochblech 14 können gestanzt, gebohrt oder chemisch hergestellt sein. Chemische Bearbeitung ist vorzuziehen, weil die Bearbeitungsgüte des Lochquerschnittes einstellbar ist und beide Seiten des Iiochbleches 14 glatt bleiben und kein Entgraten, Abschleifen oder sonstiges Glätten vor der Weiterverarbeitung erfordern. Die Löcher können beispielsweise 2 mm Randabstand aufweisen und beispielsweise in einem Dreiecksmuster angeordnet sein. Im Rahmen der Erfindung sind andere Randabstände und Lochmuster möglich. Das Außenblech 16 ist ungelocht und schließt die Zellen 12 ab, die Helmholtz-Resonanzhohlräume bilden.
Auf die Außenseite des Lochbleohes 14 ist ein dünner poröser laserwerkstoff 20 aufgeklebt. Der zur Verbindung dieser Sanäwiohkomponenten benutzte Klebstoff ist vom Typ her ein Mtril-Ihenol-Kleber oder ein ähnlicher Klebstoff. Gut geeignete Klebstoffe sind z.B. "AP-31" von "3-M Company", "metal $ond 4021" von "üTarmoo", "IM-300" von "Bloomingdale Aerospace Products" oder Klebstoffe gleicher oder ähnlicher Kennzeichen. Diese Klebstoffe bestehen im allgemeinen aus einer schwachen Lösung von Peststoff in Lösungsmittel, sind also hochverdünnt. Wenn die Lösungsmittel aus den Klebstoffen durch Verdampfung ausgetrieben werden, erhöht sich der Viskositätsindex des Klebstoffes.
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Als poröser Pas erwerkstoff 20 dient bevorzugt ein Gewebe aus rostfreiem Stahl in Köperbindung. Andere Werkstoffe und Webmuster kommen ebenfalls infrage. In einigen Anwendungsfällen der Schalldämmplatt en kann es nötig sein, das Gewebe mit beispielsweise Köperbindung an den Bindungspunkten auf bekannte Weise zu verbinden, was z.B. bei rostfreiem Stahl durch Sintern, Diffusionsschweißen oder ähnliche Verfahren erfolgen kann.
Die Klebst off schicht zur Verbindung des Lochbleeh.es 14 mit dem porösen PaBerwerkstoff 20 wird nach Reinigung und Entfettung dieser Teile dadurch aufgebracht, daß auf die eine Fläche des Lochbleches eine dünne Schicht 21 des vorgenannten Klebstoffes aufgesprüht wird. Sodann wird aus dem Klebstoff das Lösungsmittel durch Verdampfung ausgetrieben. Die Kapillarkräfte bewirken, daß die Klebstoffschicht rund um jedes Loch 18 des Lochbleches 14 eine runde, trichterförmige Gestalt annimmt und später während der Aushärtung nicht erweicht und fließt, sondern hinreichend klebrig wird, um am porösen Faserwerkstoff unter Beibehaltung seiner Trichterform eher zu haften als in dessen Poren zu fließen.
Dieses Haft ν erhalt en des gewählten Klebstoffes vergrößert die Öffnung an den Löchern 18, die sich am Eingang der Wabenzellen der Sandwichplatte befinden, wodurch sich eine Vergrößerung der akustisch offenen Fläohe ergibt. Ein Beispiel ist ein Lochblech 14 mit einem Loohflächenanteil von etwa 34 i» und eine mit diesem Blech aufgebaute Sohalldämmplatte mit einem Anteil akustisch offener Fläche von 42 #, also mit einer Vergrößerung des akustisch wirksamen Flächenanteiles um mehr als 10 #. Diese Vergrößerung ist ausschließlich auf die gerundeten trichterförmigen Öffnungen an den Löchern zurückzuführen, die von der Klebstoffschicht 21 bei der angegebenen Verarbeitung gebildet
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Brief vom Blatt : tOi" : * " - " ' - '- - - Dlpl.-Ing. G. Schlieb·
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werden. Die Dicke dieser Klebstoff schicht liegt im Bereich von 0,02 bis 0,10 mm.
Es wurde gefunden, daß dieser Effekt der vergrößerten offenen Fläche noch weiter verstärkt werden kann durch Aufbringung einer relativ dicken Klebstoffschicht im Bereich von 0,08 bis 0,10 mm, wobei das Lösungsmittel wie zuvor angegeben ausgetrieben wird und anschließend ein Aushärten der Klebstoffschicht durch verlängerte Raumtemperaturauslagerung erfolgt oder durch Erhöhung der Temperatur des Loohbleches mit einer dickeren Klebstoffschicht auf eine normale, vom Hersteller empfohlene Aushärtungstemperatur im Bereich von 150° C. Die Dicke der Klebstoffschicht kann duroh Aufbringen mehrerer dünner Klebstoffschicht en mit Austreiben des Lösungsmittels und schichtweisem Aushärten ;}eder Schicht gesteigert werden. Auf diese Weise wurden ausgehend von einem Blech mit einem Anteil offener Pläche von etwa 34 $> ein Anteil offener Fläche von etwa 50 fo erreicht. Bei dem zuletzt genannten Verfahren der stufenweisen Schichtaufbringung und -aushärtung wird zuletzt eine zusätzliche Klebstoffschicht aufgebracht und das Lösungsmittel ausgetrieben. Die Klebstoffschicht ist sodann wie beim erstgenannten Verfahren zum Haften am porösen Pas erwerkst off vorbereitet und die Endverbindung läßt sich vornehmen durch Zusammenpressen von Lochplatte und Pas erwerkst off und Aushärten der Verbindung.
Wem. eine Endverarbeitung der fertigen Schalldämmplatte erforderlich ist, um durch Schneiden oder Bohren eine spezielle !Form zu erhalten, so hält die vergrößerte Dicke des Klebstoffverbund es die Isolation zwischen den untersohiedlichen Metallen nach der Endbearbeitung aufrecht.
Ein anderes Verfahren zur Sicherstellung einer gegenüber Schneiden oder Durchbohren des mit dem porösen
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Faserwerkstoff 20 verbundenen Lochbleches 14 beständigen. Isolation besteht darin, dünne Lagen eines nichtmetallischen Gewebes, z.B. eines Glasf asergewebes des Typs Kevlar oder ähnliches zwischen dem Lochblech und dem porösen Fas erwerkst off an den für das Schneiden oder Bohren ausgewählten Stellen anzuordnen. Uichtmetaiiisches Gewebe mit einer Dicke von ungefähr 0,13 mm wurde schon bei Anwendung einer einzelnen dünnen Klebstoffschicht als geeignet befunden, doch können im Rahmen der Erfindung bei Bedarf auch andere Dicken Verwendung finden.
lachdem das Lochblech und der poröse Faserwerkstoff nach einem der vorgenannten Verfahren miteinander verbunden und die Verbindung ausgehärtet ist, werden die weiteren Komponenten der späteren Schalldämmplatte miteinander verbunden. Eine Schicht von 100-prozentigem Epoxid-Kleber wie z.B. "FM 150" von "Bloomingdale Aerospaoe Products" oder ein ähnlicher Klebstoff wird nach Reinigung und Entfettung der zu verklebenden Sandwichkomponenten auf eine Fläche des Vollbleches 16 sowie auf die Innenseite des mit dem Faserwerkstoff versehenen Lochbleoh.es 14 oder auf die Stirnflächen der Zellen des Wabenkernes 10 aufgetragen. Das Lösungsmittel wird sodann aus dem Klebstoff ausgetrieben und die Sandwichkomponenten werden, wie in Hg* 1 und 2 angegeben, zusammengeschichtet, indem der Wabenkern zwischen das Vollblech und die Innenseite des Lochbleches eingelegt wird. Auf die Außenflächen der beiden Bleche wird sodann ein Druck in der Größenordnung von 3,5 bar durch übliche Mittel wie zeB. eine mechanische Presse oder einen Autoclaven ausgeübt. Der Klebstoff der unter Druck stehenden Komponenten wird sodann entweder bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur ausgehärtet. Uach dem Aushärten kann die fertige Schalldämmplatte in den ausgewählten Zonen auf eine spezifische Form zugeschnitten werden oder Bohrungen erhalten.
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
Es wurde festgestellt, daß selbst bei passender Wahl der zur Verbindung der Sandwichkomponenten benutzten Klebstoffe ein unerwünschter Anteil des Klebstoffes durch Kapillarwirkung in die löcher des Lochbleches 18 einge-' 5 saugt werden kann.
Da der benutzte Klebstoff im allgemeinen bei erhöhter Temperatur im Bereich 150° 0 bis 200° 0 ausgehärtet wird, expandiert die Luft oder das Gas, das in den Zellen 12 eingeschlossen ist, und treibt aufgrund des so entstehenden erhöhten Druckes den in Lochnähe befindlichen Klebstoff in die Löcher 18 hinein. ·
Daher wird beim Herstellverfahren der Schalldämmplatte ein zweiteiliges Werkzeug 22 (Pig. 3) eingesetzt, um jede Druck bildung in den Zellen 12 zu vermeiden. Das W er Iczeug 22 besteht aus einer Lochplatte 24 und einer Druckplatte 26, die eine Vielzahl über die ganze Länge der Druckplatte laufender Nuten 28 aufweist und die mindestens 30 lang und breit wie die zu verbindende Sandwichplatte ist. Das Zusammenwirken der Löcher der lochplatte 24 und der Nuten der Druckplatte 26 führt zu einer Entlüftung der Zellen 12, so daß der Druck in den Zellen während des Aushärtevorganges auf Atmosphärendruck verbleibt. Bei der Anwendung dieser Vorrichtung werden die mit Klebstoff ■ beschichteten Sandwichkomponenten wie zuvor zusammengesohichtet, wobei das Lochblech 24 zwischen der genuteten Druckplatte 26 und der Faserschicht 20 angeordnet wird. Auf die Sandwichkomponenten wird sodann der Druck in Pfeilrichtung 30, 32 in Fig· 3 in einem ausreichenden Aufmaß aufgebracht, um diese Komponenten γ/ährend des Aushart ens des Klebstoffes zusammenzuhalten. lach oder während der Druckanwendung wird die Temperatur der Sandwichkomponenten auf die gewünschte Stufe angehoben, um in
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an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
der gewünschten Zeit ein Aushärten des Klebstoffes zu erreichen. Die Temperatur wird sodann auf Raumtemperatur zurückgenommen und gleichzeitig oder nach einem mindestens teilweisen Rückgang der [Temperatur wird der Druck in Pf eilrichtung 30 und 32 weggenommen.
Unter Umständen kann sich die lochplatte 24 oder die genutete Druckplatte 26 bei der Durchführung des Aushärteverfahrens erübrigen.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen von Einzelheiten der Beschreibungsbeispiele möglich.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Schalldämmplatten in Sandwichbauweise zum Einsatz in der Fähe schneller Luft- oder Gasströmungen, mit einem Wabenkern mit einer Vielzahl aus dünnem Blech gebildeter, quer zur Platte verlaufender Zellen, mit einem auf die eine Wabenseite geklebten äußeren Lochblech und mit einem auf die andere fabenseite geklebten äußeren Yollblech, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußere Seite des Lochblechs (14) eine dünne Lage porösen Faserwerkstoffes (20) geklebt ist, wobei ein Klebstoff (21) das Lochblech vom Pas erwerkstoff isoliert, dessen Poren über die Löcher des Lochbleches eine definiert verengte Verbindung zwischen der Außenatmosphäre und den Zellen (12) des Wabenkernes (10) darstellen.
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FQr das Auftragsverhältnis gilt die QebQhrenordnung der Deutschen Patentanwaltskammer · Gerichtsstand für Leistung und Zahlung: Darmsttdt
Gespräche am Fernsprecher haben Keine rechtsverbindliche WirkungI
Brief vom Blatt: 8 :"::.: - : :: : DIpl.-Ing. G. Schltebs
an das Deutsohe Patentamt, München Patentanwalt
2. Schalldämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ausgewählten Stellen ein nichtmetaiiisches Gewebe zwischen, dem Lochblech (14) und dem porösen, metallischen Paserwerkstoff (20) angeordnet ist.
3. Schalldämmplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff (21) zwischen dem porösen Pas erwerkstoff (20) und dem Lochblech (14) trichterförmig zu den Löchern (18) des Lochbleches hin verengte Öffnungen aufweist.
4. Verfahren zur Herstellung von Schalldämmplatten in Sandwichbauweise nach Anspruoh. 1 oder 3» gekennzeichnet durch
(a) Reinigen und Entfetten der Oberflächen der zu verbindenden Sandwichkomponenten (20, 14, 10, 16), (b) Beschichten der Außenseite des Lochbleches (14)
mit einem ersten, hochverdünnten Klebstoff (21),
(c) Austreiben des Lösungsmittels des ersten Klebstoffes zur Erhöhung von dessen Viskositätsindex,
(d) Zusammenpressen des Lochbleches (14) an der mit dem ersten Klebstoff beschichteten Seite mit dem
porösen Pas erwerkstoff (20),
(e) Aushärten der lösungsmittelfreien Schicht des ersten Klebstoffes (21),
(f) Aufbringen von Schichten eines zweiten Klebstoffes auf 100-prozentiger Epoxidharzbasis zur Verbindung des Wabenkernes (10) mit der Innenseite des mit dem Paserwerkstoff (20) versehenen Lochbleches (-14) auf der einen Seite und mit dem Vollblech (16) auf der anderen Seite, und
(h) Aufbringen eines Druckes auf die zusammengeschich
teten Sandwichkomponenten (20, 14, 10, 16) während der Aushärtung des zweiten Klebstoffes.
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Brief vom Blatt" f- - * - - " " :.„: :..; Dlpl.-Irtfl. Q. 8dill»b·
an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verfahrensschritt (c) eine Aushärtung erfolgt und dann die Schritte (b) und (o) wiederholt werden, bevor mit Schritt (d) bis (h) fortgefahren wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verfahrensschritt (c) eine Aushärtung erfolgt, dann die Schritte (b), (c) und eine Aushärtung mindestens einmal folgen und dann die Sehritte (b) und (c) wiederholt werden, bevor mit Schritt (d) bis (h) fortgefahren wird.
7. Verfahren nach Anspruoh 4, 5 oder 6 zur Herstellung von Schalldämmplatten nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor Verfahrensschritt (b) ein nichtmetallisches Gewebe an ausgewählten Stellen des Lochbleches (14) angeordnet wird, das während des Verfahr ens schritt es (b) auf beiden Seiten mit dem ersten Klebstoff getränkt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (h) die Zellen (12) des Wabenkernes (10) durch den porösen Pas erwerkstoff (20) und das Lochblech (14) hindurch entlüftet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, . daß zur Entlüftung der Zellen (12) vor dem Verfahrensschritt (a) auf der Seite des porösen Faserwerkstoffes (20) eine Lochplatte (24) und daran anschließend eine genutete Druckplatte (26) oder nur eine dieser Platten beigelegt wird.
030067/0677
Brief vom Blatt: 4; : " : : : ' : :: : Dipi.-ing. q. Schu«bs
an das Deutsche Patentamt, München ■ Patentanwalt
10. Vorrichtung zur Herstellung von Schalldämmplatten nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7 und nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch eine Druckplatte (26), die mindestens die Abmessungen einer Schalldämmplatte (8) besitzt und auf einer Pläche durchlaufende Hüten (28) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zwisohen der Schalldämmplatte (8) und der Druckplatte (26) angeordnete Lochplatte (24).
030067/0677
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