DE3035449C2

DE3035449C2 -

Info

Publication number: DE3035449C2
Application number: DE3035449A
Authority: DE
Inventors: Willy 6445 Alheim De Haeseker; Robert Gaillon Fr Vignal; Guy Triel Sur Seine Fr Ferraud
Original assignee: Matec Holding AG
Current assignee: Matec Holding AG
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1980-09-19
Publication date: 1993-01-28
Also published as: DE3035449A1; JPS5680450A; JPH0349749B2; FR2470679A1; FR2470679B1

Description

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes, selbsttragendes, flächiges Bauelement gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein derartiges Bauelement ist aus der DE-OS 21 34 220 in erster Linie für die Verkleidung von Flugzeugtriebwerken und aus der US-PS 38 22 762 für die Auskleidung von Flugzeugkabinen bekannt. Diese Bauelemente weisen jeweils eine wabenförmige, offenzellige Struktur mit quer zur Flächenausdehnung ausgerichteten Zellen sowie eine bzw. mehrere Abdeckschichten auf jeder Seite der Trägerschicht auf, von denen solche auf der einen Seite luftdurchlässig sind. Während im ersten Fall über die verwendeten Materialien nichts ausgesagt ist, soll im zweiten Fall die eine Abdeckschicht aus schwerem Fiberglas-Material, die Wabenstruktur beispielsweise aus Aluminium, Papier oder "einem gängigen anderen Material" und eine Reihe von Abdeckschichten auf der Gegenseite aus einer kleinzelligeren, dünneren Wabenstruktur, gefolgt von einem "Fliegengitter" und einer perforierten Dekorschicht, bestehen, und die erste Wabenstruktur ist mit Fiberglaswatte ausgefüllt. In beiden Fällen ist eine eigene rahmenförmige Umrandung vorgesehen, die nach der US-PS 38 22 762 aus Polyurethan bestehen soll. Die rahmenförmigen Umrandungen stellen einen unerwünschten Bauaufwand dar. Auch vermögen die plattenförmigen Abdeckschichten selbst zur Schalldämmung oder -absorption nur unwesentlich beizutragen.

Aus der DE-PS 6 70 090 ist des weiteren eine schall- und wärmedämmende Hohlbauplatte für das Bauwesen mit einer Trägerschicht aus weicher Wellpappe mit senkrecht zur Plattenfläche verlaufender Zellachse sowie beidseitigen Abdeckschichten aus Natroncellulose- Karton bekannt, die mittels eines die Zellen bewußt verschließenden Bindemittels aufgebracht sind. Über eine Umrandung wie auch eine Verformbarkeit ist nichts ausgesagt. Wenn hier auch eine Verformbarkeit nicht gänzlich auszuschließen ist, so vermag jedenfalls die Zellstruktur der Wellpappe zur Schalldämmung nicht wesentlich beizutragen, da die Zellen nach außen, wie gesagt, isoliert sind und eine Schallabsorption somit ausscheidet.

Im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen sind flächige, biegesteife Formteile, wie z. B. vorgefertigte Dachhimmel, mit Lärmdämpfungseigenschaften bekannt, welche aus verpreßten harzgebundenen Filzen bestehen. Diese Teile sind relativ schwer, da zur ausreichenden Versteifung entweder Materialien mit hohem Flächengewicht oder Versteifungselemente eingesetzt werden müssen.

Ferner sind neuerdings biegesteife, flächige Formteile entwickelt worden, die aus geschlossenzelligen Hartschäumen mit undurchlässigen Deckfolien bestehen. Solche Teile, beispielsweise auch in Form von Kraftfahrzeug-Dachhimmeln, sind wohl leicht, jedoch wegen ihrer hohen Druckempfindlichkeit und mangelnden Flexibilität sehr heikel in der Handhabung. Deshalb eignen sie sich schlecht für eine rationelle Montage. Vor allem aber sind sie akustisch unwirksam.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein schallabsorbierendes, selbsttragendes, flächiges Bauelement zu schaffen, das leicht und einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 7 geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten an.

Das betreffende Bauelement weist dank der Kombination eines luftdurchlässigen kunstharzgebundenen Faservlieses mit einer gegen die Oberfläche offenen Zellenstruktur von dieser Seite her eine gute Schallabsorption auf. Die genannten Schichten sind als Umrandung reliefartig verformt, wobei die Offenzelligkeit und Steifigkeit des Elements auch an den dementsprechend verdichteten Stellen noch gewahrt bleibt.

Diese Aufgabe wird ebenfalls durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst. Eine besondere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß Anspruch 8 ist im Anspruch 9 angegeben.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 etwas schematisch, einen abgebrochenen Querschnitt durch ein entsprechendes Bauelement in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene der Linie A-A durch einen Abschnitt B-B des Bauelements aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich demjenigen aus Fig. 1 durch ein entsprechendes Bauelement in einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt in der Ebene der Linie A-A durch einen Abschnitt B-B des Bauelements aus Fig. 3 und

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Ergebnisse einer Hallraummessung zur Bestimmung des statischen Schallabsorptionskoeffizienten α_s gemäß DIN 52 212 wiedergibt.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bauelement in Gestalt eines Dachhimmels für Kraftfahrzeuge besteht aus einer wabenförmigen Trägerschicht 1, z. B. aus einem im Handel erhältlichen verklebten Kartongebilde, das beim Auseinanderziehen Waben bildet, einer damit verbundenen luftdurchlässigen Abdeckschicht 2 aus kunstharzgebundenem Wirrfaservlies wie z. B. Nadelfilz, einer kunstharzgebundenen Abdeckschicht 3 aus Wirrfaservlies wie z. B. Nadelfilz auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht 1 sowie einer luftdurchlässigen Dekorschicht 6 auf der Abdeckschicht 2. Die Dekorschicht 6 kann aus einer einfachen textilen Schicht bestehen, die mit der Abdeckschicht 2 durch einen Kleber luftdurchlässig verbunden ist.

In Fig. 2 sieht man deutlich die gegen die Abdeckschichten 2 und 3 offenen Hohlräume 4 der Zellen der Trägerschicht 1. Am Rand 5 und, wo z. B. eine Deckenleuchte eingebaut werden soll, ist der Dachhimmel zu einer geschlossenen Schicht verpreßt. Bei der Montage wird das Bauelement am verpreßten Rand mit dem Karosserieblech verbunden, wobei die Randpartien zur Befestigung auch gestanzte Löcher aufweisen können.

Auch das in Fig. 3 gezeigte Bauelement bildet einen Dachhimmel für Kraftfahrzeuge. In diesem Fall besteht die zweite Abdeckschicht 3 aus einer dünnen, reißfesten Folie aus Kraftpapier oder Kunststoff. Das Bauelement ist konturgetreu zum Blech des Autodaches geformt. Die Trägerschicht 1 wird in diesem Beispiel von einer Mehrzahl miteinander verbundener Wellkartonschichten gebildet, die mit einem Kunstharz oder auch einem flammhemmenden Mittel imprägniert sein können. Ebenso könnte die Trägerschicht 1 auch aus einer Wabenstruktur aus Kunststoff bestehen. Als Dekorschicht 6 dient eine perforierte PVC-Folie, die mit offenzelligem PU- Schaum kaschiert ist.

Durch die Verklebung des zuletzt beschriebenen Bauelements mit dem Autodach wird zusätzlich zur Absorption von Schallenergie aus dem Fahrgastraum eine Dämpfung lärmerzeugender Biegeschwingungen des Dachblechs erreicht.

In einer weiteren Ausführungsform des Bauelements nach der Erfindung (nicht dargestellt) besteht eine Abdeckschicht aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einem anderen Material hoher Zugfestigkeit und die andere aus einem verpreßten harzgebundenen Wirrfaservlies, etwa in Gestalt eines Nadelfilzes, die konturgerecht zum Karosserieblech geformt ist. Dieses Bauelement, das mit dem Karosserieblech fest verbunden wird, bewirkt eine starke Dämpfung von Resonanzschwingungen des so ausgerüsteten Bleches. Damit können vor allem stark störende niederfrequente Lärmquellen von Kraftfahrzeugen, ebenso aber auch von stationären Maschinen oder Geräten, abgeschirmt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauelement analog zum vorherigen Beispiel ausgeführt mit dem Unterschied, daß die erste Abdeckschicht aus einer Schwerfolie anstatt faserverstärktem Kunststoff besteht. Ein solches Bauelement bewirkt, wenn es mit der betreffenden Abdeckschicht nach außen auf eine schallabstrahlende Oberfläche gebracht wird, eine sehr gute Schalldämmung. Es kann damit die Luftschallübertragung von einer störenden Schallquelle, z. B. dem Motor eines Kraftfahrzeugs, in den Passagierraum weitgehend unterbunden werden.

Zur Herstellung eines Bauelements in Gestalt eines Kraftfahrzeug- Dachhimmels gemäß den Fig. 1 und 2 werden beispielsweise eine mit Phenolharz von Novolake-Typ durch Teilvernetzung gebundene Wirrfaservliesmatte aus Baumwollfasern von 300 g/m², ein flächiges, ca. 1 cm hohes, zur Verstärkung mit Kunstharz imprägniertes Wabengebilde, wie es im Handel als ausziehbares verklebtes Kraftpapiergebilde erhältlich ist, und zuoberst nochmals eine vorgehärtete Wirrfaservliesmatte von 300 g/m² in eine beheizte Preßform eingebracht und 2½ Minuten bei 18°C verpreßt und ausgehärtet. Die Verpressung erfolgt dabei im wesentlichen nur bis zu einer Gesamtdicke von ca. 1,5 cm. Das so erhaltene Formteil wird konturgestanzt und anschließend mit einer textilen Dekorschicht verklebt. Man erhält so einen selbsttragenden schallabsorbierenden Dachhimmel für einen Mittelklassewagen mit dem erstaunlich niedrigen Flächengewicht von nur ca. 1,1 kg/m². Herkömmliche akustisch wirksame selbsttragende Dachhimmel wiegen demgegenüber 2-3 kg/m².

Die Schallabsorptionswirkung des betreffenden Dachhimmels ist ausgezeichnet und kommt im mittleren Frequenzbereich (500-1500 Hz) etwa derjenigen einer harzgebundenen Wirrfaservliesmatte derselben Dicke und Grammatur gleich, wie sie für Schallabsorptionszwecke Verwendung findet, während die Schallabsorptionswirkung im Bereich höherer (1500-2000 Hz) und tieferer Frequenzen (100-500 Hz) sogar leicht darüber liegt. Dazu aber ist der in Rede stehende Dachhimmel gegen 1000fach steifer, ausgedrückt als Elastizitätsmodul, als die Wirrfaservliesmatte.

Ein weiteres Beispiel betrifft die Herstellung eines erfindungsgemäßen Elements zur Schallreduktion im Motorraum eines Personenwagens:

Es werden dazu der Reihe nach eine phenolharzgebundene Baumwoll- Wirrfaservliesmatte von 300 g/m², eine Trägerschicht mit Bienenwabenstruktur von ca. 600 g/m² und ca. 2,5 cm Dicke, eine weitere Wirrfaservliesmatte wie oben und eine Nadelfilzmatte aus Polyesterfaser von ca. 200 g/m² in eine beheizte Presse eingelegt und ca. 3 Minuten bei 180°C bis auf eine Maximaldicke von ca. 4 cm verformt und ausgehärtet. Nach erfolgtem Formstanzen wird das erhaltene Motorraum-Absorptionselement, A, auf Biegefestigkeit und Schallabsorptionsvermögen untersucht. Zum Vergleich werden zwei Motorraum-Absorptionselemente B und C von gleicher Größe und Form, jedoch anderem Aufbau hergestellt. Das eine, B, besteht aus zwei phenolharzgebundenen Wirrfaservliesmatten, wie oben erwähnt, jedoch mit je 1500 g/m², und der gleichen Polyester-Nadelfilzmatte von 200 g/m². Das andere, C, wird analog zu dem erfindungsgemäßen Bauelement, jedoch mit einer Schicht offenzelligem PU-Weichschaum von 15 kg/m³ und ca. 3 cm Dicke hergestellt, wobei allerdings eine Maximaldicke von ca. 5 cm statt 4 cm und eine schlechte Konturtreue in bezug auf die Elementdicke resultiert.

Fig. 5 zeigt, wie gesagt, die Ergebnisse der Hallraummessungen zur Bestimmung des statischen Schallabsorptionskoeffizienten α_s gemäß Methode DIN 52 212, wobei je 10 gleiche Proben auf 4 cm hohen Holzrahmen auf dem Hallenboden verteilt werden.

Man stellt fest, daß im Bereich niedriger Frequenzen das schwerste Element aus reiner Faservliesmatte, B, am wirksamsten ist, während bei mittleren Frequenzen das erfindungsgemäße Element, A, und das schaumgefüllte Element, C, leicht überlegen sind. Bei hohen Frequenzen stellt man durchschnittlich eine etwa gleichartige Absorption aller drei Elemente fest. Beim Vergleich der Resultate ist noch in Rechnung zu stellen, daß das Element B schwerer und das Element C dicker als das Element A ist.

Zum Vergleich der Durchbiegesteifigkeit der Elemente werden diese am Rande abgestützt und jeweils in Längs- und Querrichtung auf Steifigkeit, ausgedrückt in N/mm² getestet.

Dabei findet man folgende Werte:

Die großen Unterschiede zwischen Längs- und Quersteifigkeit kommen daher, daß das Element in Querrichtung eine Preßrippe aufweist.

Wie man sieht, versagt beim Festigkeitstest das Weichschaumelement C vollständig, indem es in einer Richtung stark durchhängt. Eine Anwendung als selbsttragendes Teil kommt deshalb nicht in Frage. Andererseits weist das mit dem erfindungsgemäßen schallabsorptionsmäßig etwa gleichwertige Element B ein bedeutend höheres Gewicht bei ca. 4mal geringerer Steifigkeit auf als das erfindungsgemäße.

Claims

1. Schallabsorbierendes, selbsttragendes, flächiges Bauelement mit einer Trägerschicht (1), die eine offenzellige Struktur mit quer zur Flächenausdehnung ausgerichteten Zellen aufweist, und mit Abdeckschichten (2, 3) zu beiden Seiten der Trägerschicht (1), von denen zumindest eine Abdeckschicht (2) luftdurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (2) aus einem verdichteten und mit Kunstharz gebundenen Faservlies besteht, daß die Druckfestigkeit der Trägerschicht (1) quer zur Flächenausdehnung größer ist als die jeder der Abdeckschichten (2, 3), während die Zugfestigkeit der Trägerschicht (1) in Richtung der Flächenausdehnung kleiner ist als die jeder der Abdeckschichten (2, 3), und daß die Trägerschicht (1) zusammen mit den Abdeckschichten (2, 3) im Bereich der Umrandung des Bauelements durch Verdichten reliefartig verformt ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies ein Wirrfaservlies, Nadelfilz oder Walkfilz ist.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die luftdurchlässige Abdeckschicht (2) außenseitig eine weitere Schicht (6) aus einem textilen Flächengebilde oder einer porösen PVC-Folie aufgebracht ist.

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PVC-Folie auf der der Trägerschicht (1) zugewandten Seite schaumkaschiert ist.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (1) aus gegebenenfalls imprägniertem Kraftpapier oder Pappe besteht und eine Wabenstruktur aufweist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (1) aus einer Mehrzahl aneinanderliegender und miteinander verbundener Wellkartonschichten gebildet ist, wobei die Hohlräume des Wellkartons von der einen Außenfläche der Trägerschicht (1) zur anderen verlaufen.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (1) aus Kunststoff besteht.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes mit Kunstharz versetztes Faservlies, darüber die Trägerschicht (1) und über dieser ein zweites mit Kunstharz versetztes Faservlies in eine heizbare Presse eingelegt und im gleichen Arbeitsgang verdichtet, verformt, verfestigt und miteinander verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf eine der beiden mit Kunstharz versetzten Faservliese als weitere Schicht (6) ein textiles Flächengebilde oder eine poröse PVC-Folie aufgelegt wird.