DE3316652C2

DE3316652C2 -

Info

Publication number: DE3316652C2
Application number: DE19833316652
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dr Alois Stankiewicz GmbH
Current assignee: Dr Alois Stankiewicz GmbH
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1989-05-11
Also published as: DE3316652A1; JPS6051710A; JPH0458040B2

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines offenporigen PU-Schaumstoffs auf der Basis eines Diisocyanats und von Ricinusöl, der eine Materialdichte von mindestens 120 kg/m³ aufweist und gegebenenfalls einen Füllstoff enthält, zur Geräuschminderung bzw. als geräuschminderndes selbsttragendes Formteil oder Platinenteil.

Aus der DE-OS 28 35 329 ist ein offenporiger Polyurethanschaum mit viskoelastischen Eigenschaften bekannt, der durch OH-Zahlen unter 150 bestimmt ist.

Aus der US-PS 42 64 743 ist ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen PU-Schaumstoffen bekannt, bei dem u. a. Ricinusöl mit einem Polyisocyanat zu einem Schaumstoff umgesetzt wird. Bei dem dortigen Verfahren können beliebige Mengen an Treibmitteln und Füllstoffe mitverwendet werden. Die Polyisocyanate und aktive Wasserstoffatome enthaltenden Verbindungen werden dabei in einem NCO/OH-Verhältnis von 0,9 und mehr, insbesondere von 0,95 bis 1,1, umgesetzt.

Gemäß "Römpps Chemie-Lexikon", 1975, S. 2750/51 und 2758 werden Polyglykole als Polyethylenglykole oder Polypropylenglykole definiert, wobei die Polyethylenglykole Molekulargewichte von ca. 200 bis 35 000 aufweisen.

Aus der DE-OS 26 05 592 sind Teppich-Schwerschicht-Kombinationen zur Geräuschminderung bei Kraftfahrzeugen bekannt, wobei die akustischen Eigenschaften als "Schallreflektierend" umschrieben werden.

In der DE-OS 23 19 431 wird ein geformtes Geräuschkontroll-Verbundmaterial bestehend aus einem schwergefüllten Polymerblatt und einem darauf aufkaschierten Blatt Füllmaterial beschrieben. Dieses Verbundmaterial soll vorzugsweise mittels eines Vacuum-Formverfahrens in eine vorbestimmte Form verformt werden. Gemäß der DE-OS 23 19 431 ist das besonders schwergefüllte Polymerblatt, das vacuumverformbar ist, wesentlich, wobei die als Füllblatt bezeichnete Schaumfolie lediglich konturausgleichende Funktionen und Paß-Funktionen übernimmt. Als Füllmaterial wird vorzugsweise Polyurethanschaum eingesetzt, der eine Dichte von 0,02 g/cm³ (=28 kg/m³) besitzt.

Schaumstoffe der oben beschriebenen Art werden zur unterschiedlichen Bedämpfung verschiedener Bereiche einer schallabstrahlenden Fläche, z. B. einer Fahrzeugkarosserie, verwendet. 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.

Die Körperschalldämpfung handelsüblicher ungefüllter Polyurethanschäume ist vernachlässigbar klein. Andererseits sind aus den eingangs genannten Druckschriften körperschalldämpfende Schäume bekanntgeworden. 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.

Darüber hinaus wird von offenporigen oder im wesentlichen offenporigen Schäumen im allgemeinen keine brauchbare Luftschalldämmung erwartet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Geräuschminderung auf der Grundlage von zumindest überwiegend offenporigen PU-Schaumstoffen zu ermöglichen, also einen solchen PU-Schaumstoff zur Verfügung zu stellen, der viskoelastisch ist, günstige körperschalldämpfende und luftschalldämpfende Eigenschaften aufweist und zur Verwendung bei der Geräuschminderung, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen bzw. als selbsttragendes Formteil oder Platinenteil geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird ein PU-Schaumstoff mit einem Aufbau auf der Basis eines Diisocyanats und von Ricinusöl, der eine Materialdichte von mindestens 120 kgm^-3 aufweist, zur Geräuschminderung bzw. als geräuschminderndes selbsttragendes Formteil oder Platinenteil verwendet.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Vorteilhaft erfolgt der Aufbau auf der Basis von Ricinusöl und Polyalkohol.

Vorzugsweise weist der Schaumstoff ferner eine hohe OH-Anzahl im Bereich zwischen 150 und 250 auf.

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.

Durch einen Aufbau auf der Basis von Ricinusöl 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.

Zur Erhöhung der Materialdichte können, was für Schaumstoffe nicht selbstverständlich ist (Änderungen der Treibmittelzusätze können eine Dichteverringerung bewirken), organische und/oder anorganische Füllstoffe zugesetzt werden, um die gewünschte Mindestdichte zu erreichen bzw. einen günstigen Preis zu erzielen.

Bei erfindungsgemäßer Verwendung des PU-Schaumstoffes ist die Körperschalldämpfung relativ hoch und kann im Bereich für Schaum üblicher Dickenverhältnisse von Belag zu Trägermaterial Verlustfaktoren d bis 0,3 erreichen.

Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung des PU-Schaumstoffes 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.

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 Ricinusöl, wobei ferner die Verschiebung des Dämpfungsmaximums in linearem Zusammenhang mit der Änderung des Polyalkohol - insbesondere Polyglykolanteils erfolgt. Dabei wird zunächst das Ricinusöl allein als Material für die Einstellung des Dämpfungsmaximums auf eine bestimmte Temperatur, insbesondere 20°C 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.

Der erfindungsgemäß verwendete offenporige PU-Schaumstoff wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Kennlinien näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Zusammenhang zwischen dem 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 erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung einer ersten Materialdicke,

Fig. 7 den Zusammenhang zwischen Schalldämmung und Frequenz der erfindungsgemäß verwendeten 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.

Die in den Figuren dargestellten Kurven bezüglich der erfindungsgemäß verwendeten Schaumstoffe sind auf der Grundlage folgender Zusammensetzungen gewonnen:

Zusammensetzung 1

Zusammensetzung 2

Die Materialdichte der Zusammensetzung 1 beträgt ca. 175 kgm^-3, und die Materialdichte der Zusammensetzung 2 beträgt ca. 180 kgm^-3.

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.

Diese beiden Zusammensetzungen 1 und 2 sind in einer Prinzipzusammensetzung enthalten mit

Kennzahlverschiebungen sind dabei üblich.

Für den hier vorliegenden technischen Bereich gilt ferner A : B≈2 : 1. Dabei kann nicht nur die Einzelkomponente B im Verhältnis zur Mischkomponente A geändert werden, auch die Zusammensetzung der Mischkomponente A kann zur Veränderung des Mischungsverhältnisses geändert werden.

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) zeigen in der Praxis keine wesentlichen Differenzen. Ein Vergleich der Kurven 11 für x =10,0 und 12 für x =20,0 in Fig. 1 für die Zusammensetzung 1 zeigt ferner, daß geringfügige Schwankungen der Schichtdicke keine wesentliche Rolle spielen. Ferner zeigt die Kurve 12 in Fig. 1, daß für die Zusammensetzung 1 bei einem Schichtdickenverhältnis x =20,0 der Verlustfaktor d seinen Maximalwert im Bereich unter 20°C erreicht.

Die Kurven 22 und 21 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 22 ihr Maximum etwas unter 40°C besitzt. Diese Verschiebung des Dämpfungsmaximums in Richtung höherer Temperaturen ist durch den höheren Polyglykolanteil der Zusammensetzung 2 erreicht.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verschiebung des Dämpfungsmaximums durch Änderung des Polyalkohols insbesondere des Polyglykolanteils mit dieser Änderung in im wesentlichen linearen Zusammenhang steht.

Die Kurven 31, 32 und 33 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°C liegt, was für praktische Anwendungsfälle von geringer Bedeutung ist.

Ferner ist gezeigt, daß, um einen gleichen Verlustfaktor bei höheren Temperaturen zu erreichen, erhebliche Schichtdicken erforderlich sind, was für die Praxis ungünstig ist.

Der erfindungsgemäß verwendete 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) Ricinusöl gebildet, bei der der Ricinusölanteil 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.

Durch Aufbringen einer Oberflächenabdeckung kann der Verlustfaktor bei dem erfindungsgemäß verwendeten Schaumstoff stark erhöht werden wie das in den Fig. 4 und 5 für die Zusammensetzung 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. Gemäß Kurve 41 zeigt sich ein deutliches Maximum des Verlustfaktors bei 20°C, wobei der Wert des Maximums trotz geringerer Gesamtdicke größer ist als bei den anhand Fig. 1 erläuterten Anordnungen.

Die Kurve 51 in Fig. 5 zeigt für ein entsprechendes Dickenverhältnis von 1 : 6 : 2, daß für die Zusammensetzung 2 der Verlustfaktor sein Maximum im Bereich von 40°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.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Abhängigkeit der Schalldämmung von der Frequenz gemäß DIN 52 210. Die Kurven 61 bzw. 71 zeigen den Zusammenhang für unbedämpftes Trägermaterial, hier für ein 1 mm starkes Stahlblech mit einer Flächenmasse von 7,8 kgm^-2.

Die Kurve 62 zeigt den Zusammenhang für das Stahlblech, das mit einer 15 mm starken Schicht des erfindungsgemäßen Schaumstoffes beschichtet ist, wobei die Anordnung eine Flächenmasse von 11,3 kgm^-2 besitzt. Die Kurve 72 zeigt den gleichen Zusammenhang für eine 30 mm starke Schaumstoffschicht und einer Gesamtflächenmasse von 14,2 kgm^-2.

Die Kurve 63 zeigt den Zusammenhang, wenn bei der Anordnung, die anhand der Kurve 62 erläutert ist, eine 2,5 mm starke flexible Oberflächenabdeckung auf der Schaumstoffschicht aufgetragen ist, wobei sich eine Gesamtflächenmasse von 18,3 kgm^-2 ergibt. Die Kurve 73 zeigt den vergleichbaren Zusammenhang, wenn die 2,5 mm starke flexible Oberflächenabdeckung auf der 30 mm starken Schaumstoffschicht aufgetragen ist, wodurch sich eine Gesamtflächenmmasse 21,3 kgm^-2 ergibt.

Fig. 8 zeigt den ermittelten Verlauf der Pegeldifferenzen eines 30 mm starken erfindungsgemäß verwendeten Schaumstoffes bei unterschiedlichem Mischungsverhältnis, gemessen nach dem Verfahren gemäß der DE-PS 22 12 828. Dabei zeigt die Kurve 83 die sich aufgrung der Flächenmasse ergebende theoretische Differenz, die linear wäre. 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 81 wurde bei einem Mischungsverhältnis von 2,25 : 1 und die Kurve 82 bei einem Mischungsverhältnis von 2,00 : 1 ermittelt.

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 Schalldämmwerte sind bei Änderungen des Mischungsverhältnisses festzustellen.

Die Kurven 62, 72 und 82 beziehen sich daher auf den erfindungsgemäß verwendeten Schaumstoff ohne Deckschicht. Die Kurven 63 und 73 zeigen gegenüber den Kurven 62 bzw. 72 ein Masse-Feder-Dämmverhalten, also eine mehr oder weniger deutliche Resonanzfrequenz und daran anschließend einen relativ steilen Anstieg.

Die Kurven in Fig. 8 zeigen Pegeldifferenzen, die auf unterschiedlicher Weichheit bzw. Härte des erfindungsgemäß verwendeten Schaumstoffes beruhen.

Insgesamt ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung des PU-Schaumstoffes erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Schaumstoffen resultieren. Darüber hinaus ist der oben beschriebene PU-Schaumstoff 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 oben beschriebene Schaumstoff als selbsttragendes Formteil oder Platineteil erfindungsgemäß Verwendung findet, wie beispielsweise bei der Bedämpfung von Karosserieteilen in Kraftfahrzeugen. Material und damit Kosten können ferner eingespart werden, wenn Schaumstoffaussparungen 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. Ferner kann, insbesondere bei der Verwendung von biegesteifen Oberflächenabdeckungen, der Platzbedarf gegenüber herkömmlichen bedämpfenden Beschichtungen herabgesetzt werden.

Fig. 9 zeigt perspektivisch und im Schnitt eine erfindungsgemäße Verwendung eines auf ein dünnwandiges Trägermaterial 91 aufgeklebten offenporigen PU-Schaumstoffs 92 unterschiedlicher Dicke. Ferner ist der Schaumstoff 92 mit einer flexiblen Oberflächenabdeckung 93 versehen.

Die Darstellung gemäß Fig. 9 zeigt schematisch, daß der Schaumstoff 92 örtlich unterschiedliche Mischungsverhältnisse 94 bzw. 95 besitzt zur Anpassung an örtlich unterschiedliche vorgegebene Temperaturen (insbesondere des Trägermaterials 91). Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem dünnwandigen Trägermaterial 91 um ein profiliertes Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs.

Ferner ist in dem Schaumstoff 92 eine Aussparung 96 in einem Bereich des Trägermaterials 91 vorgesehen, der keiner örtlichen Bedämpfung bedarf. Andererseits kann, wie auf der linken Seite der Fig. 9 dargestellt, der Schaumstoff 92 örtlich auch unterschiedliche Dicke besitzen.

Claims

1. Verwendung eines offenporigen PU-Schaumstoffs (92) auf der Basis eines Diisocyanats und von Ricinusöl, der eine Materialdichte von mindestens 120 kg/m³ aufweist und gegebenenfalls einen Füllstoff enthält, zur Geräuschminderung.

2. Verwendung nach Anspruch 1 durch Aufkleben des PU-Schaumstoffs (92) auf ein dünnwandiges Trägermaterial (91).

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der PU-Schaumstoff (92) zur Erhöhung der Körperschalldämpfung und der Luftschalldämpfung eine flexible oder biegesteife Oberflächenabdeckung (93) aufweist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im PU-Schaumstoff (92) in Bereichen des Trägermaterials (91), die keiner örtlichen Bedämpfung bedürfen, Aussparungen (96) vorgesehen sind.

5. Verwendung eines offenporigen PU-Schaumstoffs (92) auf der Basis eines Diisocyanats und von Ricinusöl, der eine Materialdichte von mindestens 120 kg/m³ aufweist und gegebenenfalls einen Füllstoff enthält, als geräuschminderndes selbsttragendes Formteil oder Platinenteil.