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Beschreibung
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Schalldämmendes Material und dessen Verwendung Die Erfindung betrifft
ein schalldämmendes oder schallschluckendes Material, insbesondere zur Geräuschdämpfung
im Inneren von Automobilen, und speziell ein schalldämmendes Material, welches die
relativ niederfrequenten Geräusche durch Vibration eines dünnen Blechs, wie es an
vielen Stellen in einem Automobil montiert ist, herabzusetzen vermag und damit Geräusche
und Schall in dem Automobil selbst zu verringern vermag.
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Im allgemeinen sind die dünnen Bleche der Karosserie die Haube, der
Boden, die Frontplatte, das Dach, die Türen, Verbindungsleitungen, Kofferraum und
die Kotflügel u.dgl. Es ist daher sehr wünschenswert1 Gegenmaßnahmen zur Verminderung
des Geräuschs im Automobil, insbesondere vom Boden, Dach und Frontplatte oder Trennwand
zwischen Motorraum und Fahrgastraum od.dgl.l zu ergreifen. Dazu wurden schalldämmende
Materialien angewandt, die auf den dünnen Blechen des Automobils montiert oder befestigt
wurden, um eine Weiterleitung
des Schalls zu verhindern. Bei diesen
schalldämmenden Materialien beruht der Dämpfungsmechanismus auf der Tatsache, daß
Schwingungsenergie in Wärmeenergie durch Scherverformung aufgrund des Materials
und der Struktur der schalldämmenden Stoffe umgewandelt wird. Ein derartiger Mechanismus
ist gegen die diffuse Schwingungskomponente wie Plattenschwingungen, z. B. die Schwmgungskomponente,
die indirekt auf eine Platte zur Einwirkung gelangt , nicht wirksam jedoch gegen
eine erzwungene Schwingungskomponente oder durch direkte Beaufschlagung sowie auch
eine Schwingung im tieferen Frequenzband als die Primärschwingungsfrequenz des Blechs.
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Andererseits wird die Starrheit eines dünnen Blechs durch Rippen erhöht,
während Rauheit od. dgl. die Festigkeit der Karosserie zu erhöhen vermag. Ein Erfolg
davon ist, daß die primäre Schwingungsfrequenz eines Karosserieteils höher wird.
Diese Tendenz ist besonders ausgeprägt beim Bodenblech und der Frontplatte. Der
Lärm innerhalb eines Autos ist eine Kombination verschiedener Geräuschquellen, wie
der fortgeleitete Motorlärm, Motorschwingungen, Schwingungen durch das Reifenabrollen
u.dgl. Die Art dieses Geräusches hängt von der Lauffläche des Reifens ab. Schließlich
kommen noch Windgeräusche bei der Fahrt u.dgl. dazu. Es wurden verschiedene Untersuchungen
über die Art der Geräusche in einem Auto angestellt und festgestellt, daß das Geräuschniveau
im niederen Frequenzband von etwa 80 besonders hoch ist, bis 200 Hz/was schon lastig
wird, und ebenso Schall, insbesondere Schall aufgrund der Motorschwingung, die etwa
70 % des Lärms innerhalb des Autos ausmacht.
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Der Lärm im niederen Frequenzband hängt von erzwungener Schwingung
ab, die sich durch übliche schalldämmende Maßnahmen nicht verringern läßt. So besitzen
bei spiels-
weise Asphaltschichten einen dämmenden Einfluß für Boden-
und Frontplatten der Karosserie, zeigen jedoch keine Wirksamkeit gegen obige erzwungene
Schwingung aus den oben angegebenen Gründen.
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Eine derartige aufgezwungene Schwingung läßt sich durch dynamische
Dämpfer bekämpfen. Die üblichen dynamischen Dämpfer bestehen aus einem Kautschuk
bzw. Gummimaterial mit hohem Federvermögen, so daß es zu Schwierigkeiten das bei
der Anpassung an/Niederfrequenzband kommt und solche Schalldämpfer'ungeeignet sind
als ein innerer Trimteil. Darüberhinaus besitzen übliche dynamische Dämpfer geringen
inneren Verlust jedoch hohe Frequenzselektivität bei der Herabsetzung der Schwingung,
so daß es außerordentlich schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist, eine Anpassung
an die Motorschwingung, d. h. an die Schwingungsfrequenz durch die Arbeit des Motors
zu erreichen.
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Bisher wurden verschiedene Materialien wie Filz, Schaumstoffe, Matten,
Kunststoffplatten insbesondere aus Vinylkunststoffen u.dgl. an die Karosseriebleche
wie Frontplatte, Boden, Dach, Türen u.dgl. aufgebracht, jedoch zeigten sie nur minimale
Schalldämpfung.
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In weiteren Untersuchungen hinsichtlich der dämpfenden Wirkung eines
dynamischen Dämpfers zur Verringerung der Geräusche innerhalb eines Autos zeigten,
daß Schwingungen, die im Auto Geräusche hervorrufen herabgesetzt werden können durch
eine Verbundstruktur aus einer speziellen Schaumstoffschicht und einer speziellen
Dämmschicht als dynamischer Puffer oder Dämpfer.
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Die Erfindung bringt nun ein schalldämpndes oder schalldämmendes Material
zur Herabsetzung der Geräusche in einem Auto bestehend aus einer Schaumstoffschicht
mit einer statischen Federkonstante von nicht mehr als 0,05 kg/mm.cm2 und eine Dämmschicht
darauf, deren Flächengewicht nicht weniger als 0,4 g/cm2 ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen schalldämmenden Material wird die Schaumstoffschicht
durch die Schwingung leicht deformiert und vergrößert somit die Schwingungsdämpfung,
da sie aufgrund der statischen Federkonstante von nicht mehr als 0,05 kg/mm.cm2
außerordentlich flexibel ist.
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Die Schwingungsaufnahme der Schaumstoffschicht wird weiter erhöht
durch Bindung der Dämpfungsschicht daran.
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Das bedeutet, daß das erfindungsgemäße schalldämmende Material einen
dynamischen Puffer bildet der wirksam ist über ein breites Frequenzband um eine
spezielle Frequenz bestimmt durch Kombination der statischen Federkonstante des
Schaumstoffs mit dem Flächengewicht er Dämmschicht, so daß die Schwingung des Blechs
einstellbar und die Abstrahlung von Schall verringert wird.
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Mit anderen Worten entwickelt das erfindungsgemäße Material nicht
nur eine große Wirksamkeit hinsichtlich der Herabsetzung der Geräusche innerhalb
eines Autos über ein Frequenzband von 80 bis 200 Hz aufgrund der Drehzahl des Motors,
sondern ist auch wirksam für weitere Senkung von Geräuschen, weil die Wiederabstrahlung
von Schall aus der Dämmschicht außerordentlich gering ist durch die Schaumstoff
schicht mit ihrer hohen Aufnahmefähigkeit für Schwingungsenergie.
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Als Schaumstoffschicht eignet sich jeder beliebige Schaumstoff, dessen
statische Federkonstante nicht mehr als 0,05 kg/mm.cm2 entspricht beispielsweise
Polyurethanschaumstoffe, Schaumstoffe aus Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polystyrol
od.dgl. Diese Schaumstoffe
können Füllstoffe, Weichmacher, flammhemmende
Mittel od.dgl. enthalten und verdichtete Körper üblicher Schaumstoffe. Wenn die
statische Federkonstante der Schaumstoffschicht 0,05 kg/mm.cm2 übersteigt, wird
die Schaumstoffschicht starrl und es ist schwierigldie erforderliche Verformung
unter Schwingung zu erreichen.
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Die Schichtstärke der Schaumstoffschicht liegt vorzugsweise zwischen
5 und 40 mm. Unter 5 mm ist die Wirksamkeit selbst bei einer statischen Federkonstante
von nicht mehr als 0,05 kgXmm.cm2 schwierig für eine Verringerung der Schallentwicklung
im Frequenzband 80 bis 200 Hz zu erreichen und darüberhinaus ist es außerordentlich
schwieriglden Schaumstoff in der vorbestimmtenDicke herzustellen. Beträgt die Materialstärke
mehr als 40 mm wird der Raum für die Praxis zu eingeengt.
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Als Dämmschicht kann man ein beliebiges Material entsprechenden Flächengewichts
von nicht weniger als 0,4 g/cm2, vorzugsweise 0,4 bis 3 g/cm21 anwenden, welches
eine Dämpfung für die Schaumstoff schicht gibt und in einem brauchbaren Temperaturbereich
nur kaum verflüssigt wird. Wenn das Flächengewicht der Dämpfungsschicht weniger
als 0,4 g/cm2 beträgt, so reicht die Masse nicht mehr aus und die mit der Drehzahl
des Motors verbundenen Schwingungen können nicht mehr verringert werden. Beträgt
das Flächengewicht jedoch mehr als 3 g/cm2, so ist das für die Anwendung in einem
Auto zu viel und beeinflußt darüberhinaus den Brennstoffverbrauch und andere Eigenschaften.
Die Flexibilität oder Biegsamkeit der Dämpfungsschicht ist ein wichtiger Faktor
hinsichtlich der Wirksamkeit zur Geräuschverminderung innerhalb eines breiten Frequenzbandes,
so daß
eine hohe Flexibilität angestrebt wird. Die Dämpfungsschicht
ist daher beispielsweise eine biegsame Folie wie eine Gummiplatte, Kunststoffplatte
, Korkplatte Faserplatte od.dgl. Die Stärke der Dämpfungsschicht soll vorzugsweise
nicht mehr als 20 mm betragen, um eine ausreichende Flexibilität und ausreichenden
Innenraum des Autos zu gewahrleisten.
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Die Erfindung wird an den Zeichnungen weiter erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Bodenkonstruktion eines
Autos nach dem Stand der Technik; Fig. 2 einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen
Bodenkonstruktion; Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Dachkonstruktion nach der
Erfindung; Fig. 4A bis 4Csind Teilschnitte anderer Ausführungsformen einer Bodenkonstruktion
nach der Erfindung und die Fig. 5 bis 7 sind Diagramme betreffend die Relation zwischen
Schallintensität und Frequenz.
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Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, besteht das erfindungsgemäße
schalldämmende Material aus einer Schaumstoffschicht 6 und darauf einer Dämpfungsschicht
5, befestigt an einem Blech 4 bzw. 7, welches Teil eines Autos ist, wobei die Schaumstoffschicht
6 auf dem Blech 4 aufliegt. Bei einer Dachisolierung kann das schalldämmende Material
die Konstruktion entsprechend Fig. 3 haben.
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Zwischen Schaumstoffschicht 6 und dem Blech 4 kann entsprechend Fig.
4A eine Asphaltschicht 3 od.dgl., wie sie üblicherweise als Schalldämmung angewandt
wird, vorgesehen werden.
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Die Bindung der Schaumstoffschicht 6 an die Dämmschicht 5 kann auf
verschiedene Weise geschehen, z. B.
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(a) Aufkleben der Dämpfungsschicht auf die Schaumstoffschicht, (b)
Aufbringen der Dämpfungsschicht in Form eines flüssigen Materials auf die Schaumstoffschicht,
(c) Aufkleben der Dämpfungsschicht in Form eines Gewebes auf die Schaumstoffschicht,
(d) direktes Formen des erfindungsgemäßen Materials in einem Arbeitsgang.
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Die Verbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Material und dem Blech
kann nach einer folgender Methoden vorgenommen werden, wie (1) Fixierung der Schaumstoffschicht
-.und, wenn nötig, der Dämpfungsschicht - auf dem Blech durch ausreichendes Erwärmen
- wenn nötig einer.Klebstoffschicht 8 (Fig. 2, 4A und 4B), (2) die Dämmschicht 5
wird sackartig um die Schaum-' stoffschicht 6 zusammengeschlagen und dann durch
Erwärmen od.dgl. mit dem Blech verbunden (Fig. 4C).
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Das erfindungsgemäße schalldämmende Material besitzt ausgezeichnete
wärmeisolierende Eigenschaften und hohes Puffervermögen als ein innerer Trinteil
(internal trim part) zusätzlich zu der Wirksamkeit der Schalldämpfung des Inneren
eines Autos aufgrund seiner oben beschrieben Sandwich-Struktur. Wird das erfindungsgemäße
Material auf dem Dachblech eines Autos befestigt und die Bohrungen entsprechenden
Durchmessers in der Dämpfungsschicht vorgesehen, wird die Schallaufnahme
weiter
erhöht durch die Schaumstoff schicht und folglich steigt die Wirksamkeit der Geräuschverringerung
im Wageninneren. Das erfindungsgemäße Material ist für ein breites Anwendungsgebiet
geeignet wie im Bauwesen, bei elektrischen Maschinen, Büromaschinen od.dgl.
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Die Erfindung wird an folgenden Beispielen und Vergleichen weiter
erläutert.
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Beispiele 1 und 2 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 4 Schalldämmences
Material wie es in Tabelle 1 cnarzkterisiert ist, wurde nur auf das Dachblech oberhalb
des Lenkrads eines Personenwagens mit einem Hubraum von 1,4 1 (im folgenden "FF
car") angebracht. Wenn der FF car auf der Straße mit einer Drehzahl von 2 600 und
3 000 UpM fuhr und der Schallpegel des Dachs mit einem Meßgerät für Schallintensität
bestimmt wurde, erhielt man Daten, wie sie den Diagrammen der Fig. 5 bis 7 zugrundeliegen,
wobei sich die Fig. 5 und 7 auf Drehzahlen von 3 OOO UpM und Fig. 6 auf eine Drehzahl
von 2 600 UpM beziehen.
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Das Meßgerät für die Bestimmung der Schallintensität diente gleichzeitig
zur Bestimmung des Schalldrucks mit 2 zugeordneten Mikrophonen, die sich nahe des
Dachs jeweils an 5 Punkten über eine Mittenlinie der Breite nach in dem FF car befanden,
woraufhin ein (cross) Spektrum der gemessenen Werte in ein Digitalsignal als Fluß
der Schallenergie verarbeitet wurde. In diesem Fall wurde der Schalldruck mit einem
Präzisions-Schallpegelmesser Model 2209 von B + K A.S. mit Hilfe von zwei 12,7 mm
Mikrophonen Model 4165 von B.+ K A.S.
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bestimmt und die Verarbeitung mit einem Digitalsignal-Analysator Model
5420 A von Hewlett-Packard. Co.
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vorgenommen, so daß man eine Schallintensität erhielt, die den Schallpegel
des Dachs repräsentierte. Dieser Schallpegel wurde bewertet durch die Summe der
Schallintensitäten an fünf Punkten entlang der Mittenlinie des Wagens über die Breite
in Fahrtrichtung.
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T a b e l l e 1 Blechstärke Schaumstoff- stat. Feder- Dämmschicht
Aufbau stärke konstante PVC mm mm kg/mm.cm² g/cm² Beispiel 1 0,8 20 0,03 0,68 Fig.
2 Beispiel 2 1 10 0,02 0,55 Fig. 3 Vergl.Beisp. 1 0,08 Fig. 1 (1...Matte, 2...grober
Wollfilz, 3... Asphaltschicht) Vergl.Beisp. 2 0,8 PVC, 4 mm Vergl.Beisp. 3 0,8 20
0,12 0,68 Fig. 2 Vergl.Beisp. 4 0,8 20 0,015 0,08 Fig. 3
Aus der
Tabelle 1 und den Fig. 5 bis 7 ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Material eine
wesentliche Geräuschverminderung über einen weiten Frequenzbereich von 80 bis 125
Hz ergibt.
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Beispiele 3 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1, 6 und 7 Ein in Tabelle
2 charakterisiertes schalldämmendes Material wurde auf das Bodenblech und die Frontplatte
eines Personenwagens mit Hinterachsenantrieb und einem Hubraum von 2 1 (im folgenden
"FR car") in Verbindung mit einer Fußbodenmatte untersucht. Wenn der FR car auf
einer Straße bei einer Drehzahl von 4 100 UpM fuhr, bei der der Schalldruckpegel
etwa am Ohr des Fahrers und in der Mitte der Rücksitze mit dem im Beispiel 1 zur
Anwendung gelangten Meßgerät bestimmt wurde, erhielt man die in Tabelle 2 zusammengefaßten
Ergebnisse. In diesem Fall ist der gemessene Wert ein Schalldruckpegel bei einem
1/3 Octav Bandbreite mit einer Mittenfrequenz von 125 Hz, da der FR car bei 4 100
UpM einen höheren Geräuschpegel und bei dieser Frequenz eine Spitze zeigte.
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Tabelle 2 Beispiele Vergleichsbeispiele 3 4 5 1 5 6
| Stat. Feder- |
| konstante, |
| kg/mm.cm2 0,03 0,02 0,03 0,08 0,03 |
| Dämmschicht,PVC |
| g/cm2 1,0 0,5 1,0 1,2 0,2 |
| Aufbau Fig. 4A Fig. 4A Fig. 2 Fig. 1 Fig. 4A Fig. 4A |
| Schalldruck am |
| Ohr (dB) 89 91 90 96 94 95 |
Aus Tabelle 2 ergibt sich die zufriedenstellende Geräuschverminderung
innerhalb des Autos erst'wenn die statische Federkonstante der Schaumstoffschicht
und das Flächengewicht der Dämmschicht innerhalb des beanspruchten Bereichs liegen.
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L e e r s e i t e