DE3637334A1 - Schallschutzelement und verfahren zur herstellung eines schallschutzelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schallschutzelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Schallschutzelementes, bestehend aus einem Absorptionskörper, welcher beauf­ schlagungsseitig als Oberflächenschutz eine Abdeckfolie aufweist.

Für die Luftschalldämpfung (Absorption) in Frage kommen­ de Werkstoffe besitzen in der Regel keinen kompakten Aufbau, sondern haben meist eine faserige oder poröse Struktur. Es handelt sich vorwiegend um Materialien aus Natur- oder Synthesefaserprodukten sowie zellulare Werk­ stoffe. Die Absorption dieser Werkstoffe beruht aus­ schließlich auf der Umwandlung der Schallenergie in Wärmeenergie durch äußeren Reibungsverlust. Die Palette der in Frage kommenden Werkstoffe wird vorwiegend durch offenporige, weichelastische Schaumstoffe, insbesondere Polyurethan-Schaumstoffe, ergänzt, deren Absorptions­ eigenschaft sowohl durch Umwandlung der Schallenergie durch äußere Reibung in Wärme als auch durch innere Reibung (Dämpfung) in Wärme besteht. Je nach Aufgaben­ stellung wird man reine Luftschalldämpfungsmaterialien verwenden oder sie mit Schalldämmaterialien kombinie­ ren.

Für den Außenbereich oder für den inneren Bereich mit starker Verschmutzungsgefahr wird deshalb die Oberfläche der Schalldämpfungsmaterialien abgedeckt, um Feuchtig­ keitseinflüsse, Verschmutzung und dergleichen, zu ver­ hindern. Dazu verwendet man u. a. dünne und elastische Beschichtungen, deren Dicke vorzugsweise <50 µm beträgt. Die so vollflächig beschichteten Absorptionsmaterialien sind nur in einem begrenzten Frequenzbereich wirksam. Sie werden als Resonanzabsorber bezeichnet und existie­ ren bisher nur bei flächigen Ausführungen von Schall­ schutzelementen, wo z. B. ein allseitiger Feuchtigkeits­ schutz nicht gefordert ist. Hierbei wird als Beschich­ tungswerkstoff vorzugsweise eine Folie aus linearem (thermoplastischem) Polyurethan eingesetzt. Soweit der Absorptionskörper merkliche dreidimensionale Form aufweist, ist eine Beschichtung mit dieser Folie nur bedingt möglich. Infolge des hohen Rücksprungeffektes der hochelastischen Folie kann z. B. ungenügende Haftung zum Absorptionskörper oder Deformation des gesamten Elementes entstehen. Trotz der guten schalltransparenten Eigenschaften dieser Folie ist der Einsatz bei starken Ausformungen sehr problematisch.

Man hat auch versucht, das Problem des Oberflächen­ schutzes, insbesondere bei Polyurethan-Weichschaum­ stoffen, durch thermische Oberflächenverdichtung zu lösen. Der dadurch entstehende Volumenverlust bedingt einen höheren Materialeinsatz, wobei außerdem bei starker Verdichtung eine Herabsetzung der Absorptions­ eigenschaften entsteht. Dazu besteht keine absolute Sicherheit gegen Feuchtigkeits- und Schmutzaufnahme.

Auch das Beschichten der Absorptionskörper mit viskosen Massen durch Bestreichen oder Besprühen ist bekannt. Es wird sowohl an unbehandelten Absorptionsteilen als auch an bereits oberflächenmodifizierten Elementen zusätzlich angewendet. Der Nachteil der Streich- oder Sprühbe­ schichtung besteht darin, daß der Auftrag in seiner Menge und Schichtstärke nicht exakt kontrollierbar ist. Durch die Porigkeit des Absorptionskörpers treten häufig undichte Stellen auf; wählt man eine zu dicke Beschich­ tung (<50 µm) werden die Schallabsorptionseigenschaften negativ beeinflußt.

Es besteht die Aufgabe, ein Schallschutzelement so zu gestalten, daß der Absorptionskörper gegen äußere Ein­ flüsse, wie Feuchtigkeit und Schmutz, allseitig ge­ sichert ist, jedoch trotzdem einen hohen Wirkungsgrad bezüglich Absorption behält. Außerdem mangelt es an einem Verfahren, derartige Schallschutzelemente auf einfache Weise in entsprechender technischer Qualität herzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Absorptions­ körper auf einer Trägerunterlage angeordnet ist, die Abdeckfolie aus einer konturverformten, schwingbaren dünnen Folie besteht und mit der Trägerunterlage eine abdichtende Verbindung aufweist.

Als Folienwerkstoffe eignen sich insbesondere Polymere, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, Ethylen­ vinylacetat sowie weitere Copolymere. Die Stärke der Folie soll 0,06 mm nicht überschreiten. Die Trägerunter­ lage kann ebenfalls aus einer Folie bestehen, sie kann aber auch aus einem Metall-, Faserwerkstoff- oder Kunst­ stoffblech bestehen. Es versteht sich, daß auch sie die entsprechenden Schutzeigenschaften für den Absorber­ körper aufweisen muß. Außerdem dient die Trägerunterlage zum Befestigen des Schallschutzelementes auf Flächen, in Rahmenkonstruktionen usw. Die Verbindung zwischen Abdeckfolie und Trägerunterlage besteht aus Nieten, Clipsen oder insbesondere aus einer Klebe- oder Schweiß­ verbindung. Die Abdeckfolie muß konturverformbar sein, z. B. durch thermisches Tiefziehen. Gegebenenfalls findet auch eine Schrumpffolie Anwendung, sofern sie die notwendigen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit usw. aufweist. Die Trägerunterlage läßt sich flach geformt ausführen.

Vorzugsweise weisen sowohl Abdeckfolie als auch Träger­ unterlage über den Umfang des Absorptionskörpers hinaus einen Überstandsrand auf, und die Verbindung ist an diesem Überstandsrand angeordnet.

Der Überstandsrand kann entfernt werden oder auch zur Befestigung an Anschlußelemente dienen.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer besonders rationellen Fertigungsmöglichkeit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen Absorptions­ körper und Abdeckfolie zumindest stellenweise miteinan­ der Verbindungen auf. Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Schallschutzelement größere Ausdehnung besitzt. Auch hier ist eine Klebe- bzw. Schweißverbindung vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform besteht der Überstandsrand der Trägerunterlage aus einem ver­ dichteten Randbereich des Absorptionskörpers.

Das heißt, daß bei dieser Ausführungsform die Trägerun­ terlage Bestandteil des Absorptionskörper ist, um den sie einen Rahmen bildet. Es versteht sich, daß solche Schallschutzelemente nur dort zum Einsatz gelangen können, wo sie auf eine den Absorptionskörper von der Rückseite her schützende Konstruktion verlegt werden.

Vorzugsweise besteht die Abdeckfolie aus einer ver­ schweißbaren Folie.

Diese Maßnahme gestattet eine günstige Fertigung.

In besonders vorteilhafter Weise besteht die Abdeckfolie aus einer Verbundfolie.

Dies hat den Vorteil, daß die dem Absorptionskörper zugewandte Folienschicht beispielsweise gute Schweiß­ fähigkeit aufweist, während die äußere Folienschicht höhere Thermostabilität und gegebenenfalls höhere Festigkeitseigenschaften besitzt. Geeignete Mehr­ schichtfolien bestehen beispielsweise aus Polyamid für die Außenseite und Polyethylen für die Innenseite oder aus Polyamid/Polypropylen, Polypropylen/Polyethylen, Polyester/Polyethylen bzw. Polypropylen sowie Polyure­ thankombinationen.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform weist die Verbundfolie eine Metallschicht auf.

Hierzu enthält die Verbundfolie entweder eine z. B. aluminiumbedampfte Schicht oder eine dünne Metallfolie ist in den Folienverbund eingebaut. Anwendung finden solche Folien, sofern eine Temperaturisolation erfor­ derlich ist. Insbesondere eignen sich bei Anwendung der Schallschutzelemente im warmen Bereich Verbundfolien mit hochtemperaturstabilen Oberflächen, welche aus entspre­ chenden Polymerwerkstoffen, insbesondere halogenierten Polymeren, bestehen. Erforderlichenfalls enthalten die Verbundfolien auch Verstärkungen aus bestimmten Polyme­ ren oder aus Fasergebilden. Mit erhöhtem Wärmeschutz oder zur Wärmereflektion ausgerüstete Schallschutzele­ mente sind insbesondere zur Anwendung in Motorräumen bei Kraftfahrzeugen geeignet.

Das neue Verfahren zum Herstellen eines Schallschutzele­ mentes, wobei ein Absorptionskörper mittels einer Folie abgedeckt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine schwingbare Abdeckfolie entsprechend der Form des Absorptionskörpers konturgeformt wird und unter Ein­ schluß des Absorptionskörpers mit einer Trägerunterlage abdichtend verbunden wird.

Dabei wird die Abdeckfolie vorgeformt oder alternativ über den Absorptionskörper geformt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die Abdeck­ folie zumindest stellenweise mit dem Absorptionskörper verbunden.

Dieser Verfahrensschritt läßt sich vorzugsweise an geeigneter Stelle in den Verfahrensablauf einfügen; beispielsweise gleichzeitig mit dem Herstellen der Verbindung zwischen Abdeckfolie und Trägerunterlage. Auch hier bieten sich insbesondere Klebe- und Schweiß­ verbindungen an.

Gemäß einer weiteren besonderen Durchführungsform des Verfahrens wird die Trägerunterlage durch bleibende, rahmenartige Verdichtung der Randzone eines entsprechend überdimensionierten Absorptionskörpers gebildet.

Dieses Verfahren ist besonders rationell, weil gleich­ zeitig mit der Verdichtung die Verschweißung oder Ver­ klebung mit der als Trägerunterlage dienenden, rahmen­ artigen Randzone stattfinden kann. Die Verdichtung läßt sich in vorteilhafter Weise durch Thermobehandlung erzielen. Wie schon erwähnt, sind derartig hergestellte Schallschutzelemente nur dort einsetzbar, wo sie an einer den Absorptionskörper von der Rückseite her ent­ sprechend schützenden Fläche montiert werden.

In der Zeichnung ist das neue Schallschutzelement in den Fig. 1 bis 4 entsprechend vier Ausführungsbeispielen rein schematisch jeweils im Schnitt dargestellt und nachstehend näher erläutert:

In Fig. 1 besteht das Schallschutzelement aus einer Trägerunterlage 1, einem Absorptionskörper 2 und einer Abdeckfolie 3. Die Tragerunterlage 1 besteht aus einem gefüllten Polymer, und zwar aus Polypropylen in einer Stärke von 1 mm. Darauf befindet sich der Absorptions­ körper 2, welcher aus offenzelligem Polyurethan-Weich­ schaumstoff besteht. Seine nach außen gerichtete Fläche weist eine Profilierung 4 auf, seine Umfangsabmessungen sind geringer als diejenigen der Trägerunterlage 1, so daß ringsum ein Überstandsrand 5 von 15 mm verbleibt. Die Abdeckfolie 3 wurde im Tiefziehverfahren unter ther­ mischem Einfluß entsprechend der Kontur des Absorptions­ körpers 2 vorgeformt. Sie besteht aus einer Verbundfolie mit einer Polyamidschicht 6 von 0,02 mm Ausgangsstärke als Außenschicht, welche bis 180°C wärmebeständig ist, und einer zum Absorptionskörper 2 gewandten Polyethylen­ schicht 7 als Innenschicht, welche bei 120°C schmilzt und eine Ausgangsstärke von 0,03 mm besitzt. Die Ab­ deckfolie weist einen demjenigen der Trägerunterlage 1 entsprechenden Überstandsrand 8 auf. Die Überstands­ ränder 5, 8 sind miteinander zu einer abdichtenden Verbindung 9 verschweißt. Die Kuppen 10 der Profilierung 4 des Absorptionskörpers 2 weisen mit der Abdeckfolie 3 ebenfalls Schweißverbindungen 11 auf.

Das Schallschutzelement gemäß Fig. 2 ist hinsichtlich seines Einsatzortes so konzipiert, daß es den zur Ver­ fügung stehenden Raum voll einnehmen kann, wodurch sich die starke Konturierung erklärt. Das Schallschutzelement besteht auch hier aus einer Trägerunterlage 21, einem Absorptionskörper 22 sowie einer Abdeckfolie 23. Die Trägerunterlage 21 ist Bestandteil des ursprünglich überdimensionierten Absorptionskörpers 22, dessen Rand­ zone zu einem diese Trägerunterlage 21 bildenden Über­ standsrand 24 verdichtet worden ist. Der Verdichtungs­ grad des Überstandsrandes 24 ist so groß, daß er sozu­ sagen einen steifen Rahmen bildet. Der Absorptionskörper 22 besteht auch hier aus offenporigem Weichschaumstoff. Die Abdeckfolie 23 besteht aus einer Verbundfolie mit einer Außenschicht 25 aus Polyamid von 0,02 mm Ausgangs­ stärke, einer Zwischenschicht 26 aus 0,02 mm Aluminium­ folie und einer Innenschicht 27 aus 0,02 mm (Ausgangs­ stärke) Polypropylen. Die Abdeckfolie 23 weist ebenfalls einen Überstandsrand 28 auf. Die Überstandsränder 24, 28 stellen eine Schweißverbindung 29 dar.

Gemäß Fig. 3 ist das Schallschutzelement ebenfalls aus einer Trägerunterlage 31, einem Absorptionskörper 32 und einer Abdeckfolie 33 aufgebaut. Trägerunterlage 31 und Abdeckfolie 33 bestehen hier aus der gleichen Verbund­ folie 33, nämlich einer Außenschicht 34 von 0,025 mm Ausgangsstärke Polyester und einer 0,035 mm (Ausgangs­ stärke) starken Innenschicht 35 aus thermischem Poly­ urethan. Die Trägerunterlage 31 und Verbundfolie 33 sind spiegelsymmetrisch vorgeformt, so daß ihre Überstands­ ränder 36, 37, welche gleichzeitig eine Klebeverbindung 38 bilden, in der Mittelebene des Absorptionskörpers 32 liegen.

Auch in Fig. 4 besteht das Schallschutzelement aus einer Trägerunterlage 41, einem Absorptionskörper 42 und einer Abdeckfolie 43. Die Trägerunterlage 41 ist in jenem Be­ reich, auf dem der Absorberkörper 42 ruht, flach ausge­ bildet. Sie besitzt einen Überstandsrand 44, welcher in Halterungen 45 übergeht. Der Absorberkörper 42 besteht hier aus einem faserigem, zu einer Matte gebundenen Ma­ terial. Die Abdeckfolie 43 ist einschichtig, und zwar von 0,045 mm Ausgangsstärke und besteht aus Ethylen­ vinylacetat. Sie ist entsprechend dem Absorptionskörper 42 geformt und weist einen Überstandsrand 46 auf. Die beiden Überstandsränder 44, 46 besitzen eine Clip-Ver­ bindung 47. Außerdem ist die Abdeckfolie 43 noch durch eine weitere, durch den Absorberkörper 42 hindurch­ reichende, in der Trägerplatte 41 verankerte Clip-Ver­ bindung 48 wegen der großen Flächenausdehnung ge­ sichert.

Verfahrensbeispiel 1

Hergestellt werden soll ein Schallschutzelement gemäß Fig. 1. Die Verbundfolie 3 wird mittels Vakuum bei 110°C in einem Tiefziehwerkzeug entsprechend der Kontur des Absorptionskörpers 2 verformt, wobei die Verbundfolie mit ihrer Polyamidschicht 6 nach unten in dieses Tief­ ziehwerkzeug eingelegt wird. Anschließend werden die Ränder zugeschnitten, so daß ein Überstandsrand 8 von 15 mm über die Abmessungen von 200×200 mm des Absorp­ tionskörpers 2 hinaus stehen bleibt. Der Absorptions­ körper 2 besteht aus einem Zuschnitt aus weichem Poly­ urethan-Blockschaumstoff. Seine Profilierung 4 ist vorgefertigt worden. Der Absorptionskörper 2 wird auf die plattenartige Unterlage 1, welche die Abmessungen 230×230 mm besitzt, aufgelegt und die vorgeformte Abdeckfolie 1 darüber gestülpt. Sodann wird mittels thermischer Schweißelemente die Verbindung 9 zwischen den Überstandsrändern 5 und 8 hergestellt. Gleichzeitig werden mittels thermischer Schweißstifte die Verbin­ dungen 10 der Polyethylenschicht 7 mit den Kuppen 10 der Profilierung 4 des Absorptionskörpers 2 erzeugt.

Verfahrensbeispiel 2

Hergestellt werden soll ein Schallschutzelement gemäß Fig. 2. Die Verbundfolie 23 wird mit der später als Außenseite gedachten Polyamidschicht 25 nach unten in ein Tiefziehwerkzeug eingelegt, dessen Formhohlraum jene Kontur aufweist, welche der Absorptionskörper 22 er­ halten soll. Sodann wird ein überdimensionierter Zu­ schnitt aus Polyurethan-Blockschaumstoff für den Ab­ sorptionskörper 22 über den Formhohlraum gelegt und mittels einer Druckplatte, welche einen thermisch beaufschlagbaren Randbereich besitzt, in den Form­ hohlraum und mit dem aufgrund der Überdimensionierung überstehenden Randbereich auf den Rand des Tiefzieh­ werkzeuges gedrückt. Durch diese Verdichtung entsteht zum einen die rahmenartige Trägerunterlage 21 in Form eines verdichteten Überstandsrandes 24 des Absorptions­ körpers 22. Zum anderen wird gleichzeitig die Schweiß­ verbindung 29 zwischen diesem Überstandsrand 24 und dem Überstandsrand 28 der Abdeckfolie 23 hergestellt. Die Verdichtung des Überstandsrandes 24 ist so stark, daß seitlich weder Schmutz noch Feuchtigkeit eindringen können.

Verfahrensbeispiel 3

Hergestellt werden soll ein Schallschutzelement gemäß Fig. 3. Das gewählte Herstellungsverfahren ist für die Serienproduktion besonders günstig: Von einer Rolle läßt man Verbundfolie 33 ablaufen, führt sie über ein Tief­ ziehwerkzeug, stellt in einem ersten Schritt die Träger­ unterlage 31 aus dieser Verbundfolie 33 her, rückt damit im Takt zur nächsten Station weiter, formt im gleichen Tiefziehwerkzeug nun die eigentliche Abdeckfolie 33 in identischer Weise wie die Trägerplatte 31, perforiert genau zwischen den beiden gleichartigen Teilen quer und schneidet die Folie hinter dem zweiten Teil ab. Sodann bestreicht man den Überstandsrand 36 (oder den Über­ standsrand 38 oder beide) mit Kleber, legt den vorge­ fertigten Absorptionskörper 32 in eines der beiden Teile ein und klappt das andere Teil um die Perforationslinie darüber. Schließlich preßt man mittels Druckrahmen die Überstandsränder 36 und 37 zur Klebeverbindung 38 zu­ sammen.

Verfahrensbeispiel 4

Hergestellt werden soll ein Schallschutzelement gemäß Fig. 4.

Der Absorptionskörper 42 wird auf die vorgefertigte Trägerunterlage 41 aufgelegt und die Abdeckfolie 43 darüber plaziert. Sie wird von Hand lose angedrückt und anschließend mittels einer kurzzeitigen Wärmezufuhr unter 120°C angeschrumpft. Schließlich werden von Hand die Clip-Verbindungen 47 und 48 hergestellt.

Claims (13)

1. Schallschutzelement, bestehend aus einem Absorp­ tionskörper (2, 22, 32, 42), welcher beaufschlagungs­ seitig als Oberflächenschutz eine Abdeckfolie (3, 23, 33, 43) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionskörper (2, 22, 32, 42) auf einer Trägerunterlage (1, 21, 31, 41) angeordnet ist, die Abdeckfolie (3, 23, 33, 43) aus einer konturver­ formten, schwingbaren Folie (3, 23, 33, 43) besteht und mit der Trägerunterlage (1, 21, 31, 41) eine abdichtende Verbindung (9, 29, 38, 47) aufweist.

2. Schallschutzelement nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sowohl die Abdeckfolie (3, 23, 33, 43) als auch die Trägerunterlage (1, 21, 31, 41) über den Umfang des Absorptionskörpers (2, 22, 32, 42) hinaus einen Überstandsrand (5; 8, 24; 28, 36; 37, 44; 46) aufweisen und daß die Verbindung (9, 29, 38, 47) zwi­ schen diesen Überstandsrändern (5; 8, 24; 28, 36; 37, 44; 46) angeordnet ist.

3. Schallschutzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Absorptionskörper (1, 41) und Abdeckfolie (3, 43) zumindest stellenweise miteinan­ der Verbindungen (11, 48) aufweisen.

4. Schallschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Absorptionskörper (22, 42) und Trägerunterlage (21, 41) zumindest stellenweise miteinander Verbindungen (24,48) auf­ weisen.

5. Schallschutzelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstandsrand (24) der Trägerunterlage (21) aus einem verdichte­ ten Randbereich des Absorptionskörpers (22) be­ steht.

6. Schallschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (3, 28) aus einer verschweißbaren Folie besteht.

7. Schallschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (3, 23, 33) aus einer Verbundfolie besteht.

8. Schallschutzelement nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbundfolie (23) eine Metallschicht (26) aufweist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Schallschutzelemen­ tes, wobei ein Absorptionskörper (2, 22, 32, 42) mittels einer Folie (3, 23, 33, 43) abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwingbare Ab­ deckfolie (3, 23, 33, 43) entsprechend der Form des Absorptionskörpers (2, 22, 32, 42) konturgeformt wird und unter Einschluß des Absorptionskörpers (2, 22, 32, 42) mit einer Trägerunterlage (1, 21, 31, 41) abdichtend verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (3, 23, 33, 43) vorgeformt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (43) über den Absorptionskörper (42) geformt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie (3, 43) mindestens stellenweise (10, 48) mit dem Absorp­ tionskörper (2, 42) verbunden wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trägerunterlage (21) durch bleibende, rahmenartige Verdichtung der Rand­ zone (24) eines entsprechend überdimensionierten Absorptionskörpers (22) gebildet wird.