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Schaumstoff mit geräuschmindernden Eigenschaften
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Die Erfindung betrifft einen zumindest überwiegend offenporigen PU-Schaumstoff
mit geräuschmindernden Eigenschaften, der auf ein dünnwandiges Trägermaterial aufklebbar
ist.
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Aus der DE-OS 28 35 329 ist ein offenporiger Polyurethanschaum mit
viskoelastischen Eigenschaften bekannt, der durch OH-Zahlen unter 150 bestimmt ist.
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Schaumstoffe dieser Art werden zur unterschiedlichen Bedämpfung verschiedener
Bereiche einer schallabstrahlenden Fläche, z.B. einer Fahrzeugkarosserie, verwendet.
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Es wurde nun festgestellt, daß beispielsweise im Stirnwandbereich
von Fahrzeugen andere Oberflächentemperaturen auftreten als im Bereich des Bodens.
Aufgrund der bekannten Temperaturabhängigkeit ist im gegebenen Fall also eine Abstimmung
des Schaumstoffes auf eine vorgegebene Betriebstemperatur der zu schallisolierenden
Wand erforderlich, um optimalen Verlustfaktor zu erreichen.
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Die Körperschalldämpfung handelsüblicher ungefüllter Polyurethanschäume
ist vernachlässigbar klein. Andererseits sind aus der eingangs genannten Druckschrift
körperschalldämpfende Schäume bekannt geworden. Jedoch sind deren Verlustfaktoren
relativ niedrig, wobei ferner das Dämpfungsmaximum bei niedrigen Temperaturen erreicht
ist, insbesondere Temperaturen, die in der Praxis (beispielsweise bei Kraftfahrzeugen)
von geringem Interesse sind.
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Darüber hinaus wird von offenporigen oder im wesentlichen offenporigen
Schäumen im allgemeinen keine brauchbare Luftschalldämmung erwartet.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen zumindest überwiegend offenponqen
PU-Schaumstoff anzugeben, der viskoelastisch ist und der günstige körperschalldämpfende
und luftschalldämmende Eigenschaften aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schaumstoff mit einem
Aufbau auf der Basis von Rizinusöl und einer einer Materialdichte von mindestens
120 kgm 3 gelöst.
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Vorteilhaft erfolgt der Aufbau auf der Basis von Rizinusöl und Polyalkohol.
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Vorzugsweise weist der Schaumstoff ferner eine hohe OH-Anzahi im Bereich
zwischen 150 und 250 auf.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.
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Durch unterschiedliche Materialeinstellung, insbesondere eine Änderung
des Mischungsverhältnisses, insbesondere zwischen dem Polyolgemisch und dem Diisocyanat
(Verschiebung der Kennzahl), ist eine hinsichtlich der jeweils vorliegenden Betriebstemperatur
erwünschte Veränderung des Dämpfungsmaximums erreichbar. Ferner können Flächen,
die örtlich keine Bedämpfung erfordern, jedoch insgesamt bedämpft werden müssen,
durch Aussparungen im Schaumstoff berücksichtigt werden, ohne daß die Gesamtdämpfung
beeinträchtigt wird. Dadurch kann Schaumstoff eingespart werden. Ferner wird die
Bedämpfung auf einfache und kostengünstige Weise erreicht, wobei eine Einstellung
auf örtlich unterschiedliche Temperaturen möglich ist. Insbesondere ist eine Abstimmung
des Materials innerhalb eines Schaumstoffteils ,auf örtlich unterschiedliche Temperaturen
möglich.
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Durch einen Aufbau auf der Basis von Rizinusöl wird die Fixierung
des Dämpfungsmaximums auf eine bestimmte
Temperatur erreicht. Durch
Zugabe von Polyalkohol wird die Vernetzung geändert, wodurch einerseits die Schaumstoffstruktur
geändert wird und andererseits das Dämpfungsmaximum zur gewünschten Temperatur verschoben
werden kann.
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Zur Erhöhung der Materialdichte können, was für Schaumstoffe nicht
selbstverständlich ist (Änderungen der Treibmittel zusätze können eine Dichteverringerung
bewirken),organische und/oder anorganische Füllstoffe zugesetzt werden, um die gewünschte
Mindestdichte zu erreichen bzw. einen günstigen Preis zu erzielen.
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Die Körperschalldämpfung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes ist relativ
hoch und kann im Bereich für Schaum üblicher Dicken verhältnisse von Balg zu Trägermaterial
Verlustfaktoren d bis 0,3 erreichen.
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Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Schaumstoff eine Luftschalldämmung
erreichbar, die eine spürbare Verbesserung gegenüber einem unbedämpften Trägermaterial
wie Stahlblech von 1 mm Dicke darstellt. Messungen nach dem Barytest-Verfahren (DE-PS
22 12 828) ergaben sogar Pegeldifferenzen, die größer sind als nach dem Massegesetz
zu erwarten waren.
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Vorteilhaft können flexible Oberflächenabdeckungen sowie biegesteife
Oberflächenabdeckungen auf den Schaumstoff aufgebracht werden, wodurch die Körperschalldämpfung
und die Luftschalldämmung noch wesentlich erhöht werden können. Insbesondere wird
die Temperaturbandbreite der Dämpfung vergrößert, die dadurch definiert ist, daß
die Verlustfaktoren d des Systems in Bezug auf die Temperatur gleich oder größer
0,03 sind Da ferner der Zusammenhang zwischen dem Polyalkoholanteil und der Temperatur,
bei der das Dämpfungsmaximum
erreicht wird, bekannt ist, kann ein
einem Gebrauchsgegenstand zuzuordnender Schaumstoff gezielt optimiert gefertigt
werden. Zum einen erfolgt eine Verschiebung des Dämpfungsmaximums zu höheren Temperaturen
mit wachsendem Polyglykolanteil mit höherem OH-Anteil als Rizinusöl, wobei ferner
die Verschiebung des Dämpfungsmaximums in linearem Zusammenhang mit der Änderung
des Polyalkohol- insbesondere Polyglykolanteils erfolgt. Dabei wird zunächst das
Rizinusöl allein als Material für die Einstellung des Dämpfungsmaximums auf eine
bestimmte Temperatur, insbesondere 20 0C verwendet, und das Dämpfungsmaximum wird
dann abhängig von dem gegebenen Anwendungsfall durch die Zumischung der anderen
Anteile, nämlich insbesondere des Polyalkoholanteils (z. B. Polyglykol) verschoben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Kennlinien näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 den Zusammenhang zwischen del Verlustfaktor und
Temperatur für eine erste Zusammensetzung, Fig. 2 den Zusammenhang zwischen dem
Verlustfaktor und Temperatur für eine zweite Zusammensetzung, Fig. 3 den Zusammenhang
zwischen Verlustfaktor und Temperatur einer bekannten Zusammensetzung, Fig. 4 den
Zusammenhang zwischen Verlustfaktor und Temperatur der ersten Zusammensetzung mit
einer Oberflächenabdeckung, Fig. 5 den Zusammenhang zwischen Verlustfaktor und Temperatur
der zweiten Zusammensetzung mit einer Oberflächenabdeckung, Fig. 6 den Zusammenhang
zwischen Schalldämmung und Frequenz einer erfindungsgemäßen usammensetzung einer
ersten Materialdicke,
Fig. 7 den Zusammenhang zwischen Schalldämmung
und Frequenz der erfindungsgemäßen Zusammensetzung einer zweiten Materialdicke,
Fig. 8 den Zusammenhang zwischen den Pegeldifferenzen und der Frequenz gemäß dem
Barytest-Verfahren, Fig. 9 perspektivisch eine Ansicht eines Schaumstoffs auf einem
Trägermaterial.
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Die in den Figuren dargestellten Kurven bezüglich erfindungsgemäßer
Schaumstoffe sind auf der Grundlage folgender Zusammensetzungen gewonnen: Zusammensetzung
1 Rizinusöl 100 Teile = 51,7% Diisocyanat(MDI) 65 Teile = 33,6% Polyglykol (Poliol
für die 5 Teile = 2,6% Vernetzung) Zellöffner 20 Teile = 10,3% Dibutylzinndilaurat(DBZDL)
0,5 Teile = 0,3% Wasser 1 Teil = 0,5% Frigen (Treibmittel) 2 Teile = 1,0% 193,5
Teile = 100,0% und Zusammensetzung 2 Rizinusöl 95 Teile = 42,0% Diisocyanat(MDI)
75 Teile = 33,4% Polyglykol 10 Teile = 4,4% Zellöffner 20 Teile = 8,8% Dibutylzinndilaurat(DBZDL)
0,5 Teile = 0,2% Wasser 1 Teil = 0,4% Frigen 4 Teile = 1,8% Dabco (Amin,Beschleuniger)
0,5 Teile = 0,2% Schwerspat (anorganischer 20 Teile = 8,8% Füllstoff) 226,0 Teile
= 100,0%
Die Materialdichte der Zusammensetzung 1 beträgt ca.
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175 kgm und die Materialdichte der Zusammensetzung 2 -3 beträgt ca.
180 kgm Die beiden Zusammensetzungen unterscheiden sich nicht nur durch die unterschiedlichen
Anteile, insbesondere des Polyalkohols, sondern auch dadurch, daß die Zusammensetzung
1 eine weichere Einstellung besitzt als die Zusammensetzung 2.
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Diese beiden Zusammensetzungen 1 und 2 sind in einer Prinzipzusammensetzung
enthalten mit (A): Rizinusöl 100 Teile Polyalkohol O .... 20 Teile Füllstoff O ...
200 Teile Treibmittel 0,5 .. 10 Teile.
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Beschleuniger, Zellregler nach Bedarf (B):Diisocyanat (MDI, NDI,
TDI od.dgl.)in stöchiometrischer Menge Kennzahlverschiebungen sind dabei üblich.
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Für den hier vorliegenden technischen Bereich gilt ferner A:B EY 2:1.
Dabei kann nicht nur die Einzelkomponente B im Verhältnis zurMischkomponente A geändert
werden, auch die Zusammensetzung der Mischkomponente A kann zur Veränderung des
Mischungsverhältnisses geändert werden.
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In den Fig. 1 bis 5 ist der Verlustfaktor bei einer Frequenz von 200
Hz mit konstantem Dickenverhältnis x als Parameter dargestellt. Das Dickenverhältnis
x = 20 bedeutet, daß eine Schaumstoffdicke von etwa 20 mm auf einem Stahlblech als
Trägermaterial von 1 mm aufgebracht und vermessen wurde. Geringfügige
Schwankungen
der Schichtdicke des Schaumstoffes (19 mm oder 20 mm) zeigten in der Praxis keine
wesentlichen Differenzen. Ein Vergleich der Kurven 1.1 für x = 10,0 und 1.2 für
x = 20,0 in Fig. 1 für die Zusammensetzung 1 zeigt ferner, daß geringfügige Schwankungen
der Schichtdicke keine wesentiiche Rolle spielen. Ferner zeigt die Kurve 1.2 in
Fig. 1, daß für die Zusammensetzung 1 bei einem Schichtdickenverhältnis x = 20,0
der Verlustfaktor d seinen Maximalwert im Bereich unter 20 OC erreicht.
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Die Kurven 2.2 und 2.1 in Fig. 2, die für die Zusammensetzung 2'bei
im übrigen gleichen Bedingungen ermittelt worden sind, zeigen, daß bei dieser Zusammensetzung
2 der Verlustfaktor d für das Schichtdickenverhältnis x = 20,0 gemäß Kurve 2,2 ihr
Maximum etwas unter 40 OC besitzt. Diese Verschiebung des Dämpfungsmaximums in Richtung
höherer Temperaturen ist durch den höheren Polyglykolanteil der Zusammensetzung
2 erreicht.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verschiebung des Dämpfungsmaximums
durch Änderung des Polyalkohols insbesondere des Polyglykolanteils mit dieser änderung
in im wesentlichen linearen Zusammenhang steht.
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Die Kurven 3.1, 3.2 und 3.3 gemäß Fig. 3 wurden dagegen für den bekannten
Schaumstoff gemäß der DE-OS 28 35 329 ermittelt. Die Kurven für die verschiedenen
Schichtdickenverhältnisse 10,0, 20,0 und 30,0 zeigen, daß der Verlustfaktor ein
Dämpfungsmaximum besitzt, das zumindest unter 0 OC liegt, was für praktische Anwendungsfälle
von geringer Bedeutung ist.
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Ferner ist gezeigt, daß, um einen gleichen Verlustfaktor bei höheren
Temperaturen zu erreichen, erheblighe Schichtdicken erforderlich sind, was für die
Praxis ungünstig ist.
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Der erfindungsgemäße Schaumstoff kann bezüglich seines Verlustfaktors
durch örtlich unterschiedliche- Zusammensetzung derart geändert werden, daß der
Verlustfaktor sein Maximum im Bereich einer bestimmten durch den jeweiligen Anwendungsfall
vorgegebenen Temperatur erreicht. Im übrigen kann der Schaumstoff die gleiche Zusammensetzung
besitzen. In der Praxis wird zunächst eine Zusammensetzung auf der Basis von (nur)
Rizinusöl gebildet, bei der der Rizinusölanteil im wesentlichen den Verlustfaktor
derart bestimmt, daß dessen Maximum im Bereich von etwa 20 °C liegt. Dann wird durch
entsprechende Änderung des Polyalkoholanteils, d.h. durch Zusetzen des Polyalkohols,
insbesondere Polyglykols, das Maximum des Verlustfaktors in den entsprechenden jeweils
erwünschten Temperaturbereich verschoben. Dies kann - wie erwähnt - gezielt erfolgen.
Dabei kann auch zur Verschiebung des Maximums des Verlustfaktors nach unten zu einer
bereits Polyalkohol enthaltenden Ausgangs-Zusammensetzung Fremdmaterial zugesetzt
werden, durch das der Polyalkoholanteil insgesamt verringert wird.
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Durch Aufbringen einer Oberflächenabdeckung kann der Verlustfaktor
bei dem erfindungsgemäßen Schaumstoff stark erhöht werden wie das in den Fig. 4
und 5 für die Zusammensetzungen 1 bzw. 2 im einzelnen dargestellt ist. Dabei wurden,
um einwandfreie Messungen durchführen zu können, wesentlich geringere Schichtdicken
des Schaumstoffes verwendet. Fig. 4 betrifft den Fall von Schichtdickenverhältnissen
1 : 7 : 2, entsprechend einem Stahlblech von 1 mm als Trägermaterial, einem Schaumstoff
gemäß der Zusammensetzung 1 von etwa 7 mm und einer Oberflächenabdeckung aus Polypropylen
von etwa 2 mm. Es zeigt sich ein deutliches Maximum des Verlustfaktors bei 20 OC,
wobei der Wert des Maximums trotz geringerer Gesamtdicke größer ist als bei den
anhand Fig. 1 erläuterten Anordnungen.
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Die Kurve 5.1 in Fig. 5 zeigt für ein entsprechendes Dickenverhältnis
von 1 : 6 : 2, daß für die Zusammensetzung 2 der Verlustfaktor sein Maximum im Bereich
von 400 C besitzt, wobei ebenfalls die Gesamtdicke niedriger ist als bei einem Schaumstoff
ohne Oberflächenabdeckung wie dies anhand der Kurven in Fig. 2 erläutert worden
ist.
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Die Fig. 6 und 7 zeigen die Abhängigkeit der Schalldämmung von der
Frequenz gemäß DIN 52 210. Die Kurven 6.1 bzw. 7.1 zeigen den Zusammenhang für unbedämpftes
Trägermaterial, hier für ein 1 mm starkes Stahlblech mit einer FlächerPnasse von
7,8 kgm Die Kurve 6.2 zeigt den Zusammenhang für das Stahlblech, das mit einer 15
mm starken Schicht des erfindungsgemäßen Schaumstoffes beschichtet ist, wobei die
Anord--2 nung eine Flächenmasse von 11,3 kgm 2 besitzt. Die Kurve 7.2 zeigt den
gleichen Zusammenhang für eine 30 mm starke Schaumstoffschicht und einer Gesamtflächenmasse
von 14,2 kgm Die Kurve 6.3 zeigt den Zusammenhang, wenn bei der Anordnung, die anhand
der Kurve 6.2 erläutert ist, eine 2,5 mm starke flexible Oberfläc.henabdeckung auf
der Schaumstoffschicht aufgetragen ist, wobei sich eine Gesamtflächenmasse von 18,3
kgm 2 ergibt. Die Kurve 7.3 zeigt den vergleichbaren Zusammenhang, wenn die 2,5
mm starke flexible Oberflächenabdeckung auf der 30 mm starken Schaumstoffschicht
aufgetragen ist, wodurch sich eine Gesamtflächenmasse von 21,3 kgm 2 ergibt.
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Fig. 8 zeigt den ermittelten Verlauf der Pegeldifferenzen eines 30
mm starken erfindungsgemäßen Schaumstoffes bei unterschiedlichem Mischungsverhältnis,
gemessen nach dem Verfahren gemäß der DE-PS 22 12 828. Dabei zeigt
die
Kurve 8.3 die sich aufgrund der Flächenmassen eigebende theoretische Differenz,
die linear ware. Von dieser theoretischen Differenz weicht die tatsächlich ermittelte
Differenz abhängig vom jeweiligen Mischungsverhältnis und abhängig von der Frequenz
ab und ist wesentlich größer. Die Kurve 8.1 wurde bei einem Mischungsverhältnis
von 2,25 : 1 und die Kurve 8.2 bei einem Mischungsverhältnis von 2,00 : 1 ermittelt.
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Bei den Kurven gemäß den Fig. 6, 7 und 8 ist zu bemerken, daß für
den qualitativen Verlauf der Kurven die tatsächliche Zusammensetzung keine wesentliche
Rolle spielt. Lediglich quantitativ andere Schalldämmwefte sind bei Änderungen des
Mischungsverhältnisses festzustellen.
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Die Kurven 6.2, 7.2 und 8.2 beziehen sich daher auf den erfindungsgemäßen
Schaumstoff ohne Deckschicht.
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Die Kurven 6.3 und 7.3 zeigen gegenüber den Kurven 6.2 bzw. 7.2 ein
Masse-Feder-Dämmverhalten, also eine mehr oder weniger deutliche Resonanzfrequenz
und daran anschließend einen relativ steilen Anstieg.
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Die Kurven in Fig. 8 zeigen Pegeldifferenzen, die auf unterschiedlicher
Weichheit bzw. Harte des erfindungsgemäßen Schaumstoffes beruhen.
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Insgesamt ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Schaumstoff erhebliche
Vorteile gegenüber herkömmlichen Schaumstoffen besitzt. Darüberhinaus ist er kostengünstig
herstellbar, beispielsweise können kostengünstige Werkstoffe wie Schwerspat zur
Gewichtserhöhung und zur Kostenherabsetzung verwendet werden. Ferner kann,wie erwähnt,
das örtliche Dämpfungsmaximum abhängig von den jeweils gegebenen Einflüssen, wie
insbesondere der Temperatur, optimal und von vorneherein,
d.h.
bereits fertigungsseitig bestimmt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn
der erfindungsgemäße Schaumstoff als selbsttragendes Formteil oder Platineteil ausgebildet
ist, wie beispielsweise bei der Bedampfung von Karosserieteilenin Kraftfahrzeugen.
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Material und damit Kosten können ferner eingespart werden, wenn Schaumstoff.aussparungen
in solchen Bereichen vorgenommen werden, in denen der zugehörige Bereich des Trägermaterials
keiner örtlichen Bedämpfung bedarf, unabhängig davon, daß das Trägermaterial insgesamt
zu bedämpfen ist.
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Ferner kann, insbesondere bei der Verwendung von biegesteifen Oberflächenabdeckungen,
der Platzbedarf gegenüber herkömmlichen bedämpfenden Beschichtungen herabgesetzt
werden.
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Figur 9 zeigt perspektivisch und im Schnitt einen Ausschnitt eines
auf ein dünnwandiges Trägermaterial 9.1 aufgeklebten erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaumstoffs 9.2 unterschiedlicher Dicke. Ferner ist der Schaumstoff 9.2 mit einer
flexiblen Oberflächenabdeckung 9.3 versehen.
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Die Darstellung gemäß Figur 9 zeigt, daß der Schaumstoff 9.2 örtlich
unterschiedliche Mischungsverhältnisse 9.4 bzw. 9.5 besitzt. zur Anpassung an örtlich
unterschiedliche vorgegebene Temperaturen (insbesondere des Trägermaterials 9.1).
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem dünnwandigen Trägermaterial
9.1 um ein profiliertes Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs.
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Ferner ist in dem Schaumstoff 9.2 eine Aussparung 9.6 in einem Bereich
des Trägermaterials 9.1 vorgesehen, der keiner örtlichen Bedämpfung bedarf. Andererseits
kann,
wie auf der linken Seite der Figur 9 dargestellt, der Schaumstoff 9.2 örtlich auch
unterschiedliche Dicke besitzen.