DE7722545U1 - Formteil als Ve rkleidung für die Schalldämmung und -dämpfung von schaUabstrahtenden Flächen - Google Patents

Description

U EXKUl.J-, &.STCTI.&B&G ' I PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4
2000 HAMBURG 52

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

DR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

Teroson GmbH (14163)

Hans-Bunte-Straße 4

6900 Heidelberg 1 Hamburg, 18. Juli 1977

Formteil als Verkleidung für die Schalldämmung und -dämpfung von schallabstrahlenden Flächen

Verformte Bauteile elastischer Strukturen, insbesondere Karosseriebleche an Fahrzeugen und Gehäuse von Maschinen aller Art, werden häufig gleichzeitig durch Luft- und Körperschall unterschiedlicher Frequenzen und Energie angeregt, so daß sie, abhängig von ihrer Größe, ihrem Spannungszustand, ihren Freiheitsgraden der Befestigung und der jeweiligen Dämpfung des Werkstoffs, die zugeführte Energie als Luftschall abstrahlen, wobei unter Umständen eine resonanzartige Verstärkung eintreten kann. Auf den schwingenden Flächen bilden sich dabei sogenannte Quellen, welche Schallenergie in den Raum entsenden und sogenannte Senken, welche im Raum befindliche Luftschallenergie zu absorbieren vermögen.

Zur Lärmminderung ist es bekannt, derartige schallabstrahlende Flächen ohne besondere örtliche Unterscheidung von Quellen und Senken sowie des örtlichen Schwingungsverhaltens mit einer

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Verkleidung zu versehen, welche aus einem selbsttragenden

Formteil aus biegeweicher Schwerfolie und einer an der Fläche * anliegenden Schaumstoff- oder Vliesschicht besteht. Dabei dient die Schwerfolie aufgrund ihrer biegeweichen Eigenschaften und ihres hohen Flächengewichtes in erster Linie der Schalldämmung, die Schaumstoff- oder Vliesschicht aber als Feder, deren dynamische Verformungseigenschaften maßgeblich die Masse-Federwirkung dieser sogenannten Doppelwand- oder Sandwichisolation bestimmen. Derartige Materialien sowohl als biegeweiche selbsttragende Schwerschicht direkt auf dem Blech als auch mittels einer Zwischenschicht aus Schaum oder Vlies federnd damit verbunden, sind beispielsweise aus der DT-AS 19 40 838, insbesondere Anspruch 4, bekannt.

Während die biegeweichen Schwerschichten ohne federnde Zwischenschicht nur in Sonderfällen und engeren Frequenzbereichen bezüglich ihrer Schalldämmwirkung die Werte des Massengesetzes zu übertreffen vermögen, wird unter Ausnutzung des Masse/ Federeffektes bei Schwerschichten mit weichfedernder Zwischenschicht in höheren Frequenzbereichen über 1 kHz eine wesentlich höhere Isolationswirkung erreicht, als sie nach dem Massengesetz zu erwarten wäre. Wegen der Resonanzverluste der Sandwichmaterialien in üblicher Dicke von 10 bis 20 mm werden jedoch besonders die niedrigen, pegelbestimmenden Frequenzen von Motorgeräuschen und die Auswirkungen unausgeglichener

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Masserikräfte des Motors praktisch ungedämpft in den Innenraum weitergeleitet, häufig sogar noch verstärkt.

Aus der DT-OS 25 26 325 ist es darüber hinaus bekannt, bei derartigen Laminaten die Schaumstoffschicht mit einer dämpfend wirkenden viskosen Masse zu tränken, welche zumindest die Wände der Poren benetzt. Auf diese Weise wird eine Verkleidung erhalten, welche zwar eine verbesserte Schalldämpfung von niedrigeren Frequenzen ergibt, doch verändern sich gleichzeitig die Eigenschaften des Sandwich derart, daß sich die erzielbare Schalldämmung für höhere Frequenzen verschlechtert.

Maßnahmen zur Erhöhung der Dämpfung von Strukturen sind bei Beachtung der kritischen Grenzfrequenz fg (auch Koinzidenzoder Spuranpassungsfrequenz) nur dann sinnvoll, wenn bei einer vorgenommenen Dämpfungsmaßnahme die erhöhte Steifigkeit der Struktur nicht zu einer starken Erhöhung der Abstrahlung führt. Dies könnte der Fall sein, wenn im Zuge einer Dämpfungs- < maßnahme an einer Quelle gleichzeitig daneben befindliche

Senken mitgedämpft und damit der abgestrahlte Luftschallpegel einer größeren Fläche sogar erhöht wird.

Dies ist dann der Fall, wenn z.B. durch die dämpfende Verkleif! dung die Biegesteifigkeit der Struktur, von der die kritische

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Grenzfrequenz (Koinzidenzfrequenz) abhängt, so stark gesteigert wird, daß die fg der gedämpften Struktur nun in den Hörbereich fällt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen neuen Weg für die Schalldämmung und -dämpfung bei schallabstrahlenden Flächen zu finden, welche gleichzeitig einer Körper- und Luftschallanregung unterliegen, ohne daß eine verbesserte Schalldämpfung von Quellen gleichzeitig mit einer verschlechterten Schalldämmung und mit Verlusten wegen Überbedämpfung von Senken erkauft wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Formteil als Verkleidung für die Schalldämmung und -dämpfung von schallabstrahlenden Flächen, insbesondere Karosserieteilen von Fahrzeugen und Gehäuseteilen von Maschinen, bestehend aus einem selbsttragenden Formteil aus biegeweicher Schwerschicht und einer zur Anlage an der Fläche dienenden - mit Dämpfungsmasse behandelten, gegebenenfalls mit einer viskoelastischen Kleber- oder Haftkleberschicht versehenen Schaumstoffschicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaumstoffschicht bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten von viskoelastischer Dämpfungsmasse versehen ist.

Vorzugsweise weisen die Schaumstoffschicht und/oder die Schwerfolie bereichsweise unterschiedliche Schichtdicke auf.

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Die Schaumstoffschicht wird in Abhängigkeit von den an der eingebauten schallabstrahlenden Fläche unter Betriebsbedingungen gemessenen Schwinqungsamplituden an Quellen und Senken bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten von viskoelastischer Dämpfungsmasse versehen, so daß in Bereichen höherer Beschleunigungswerte und Quellenabstrahlung die Dämpfung erhöht wird.

Das Maß der erforderlichen Dämpfung wird über die Beschleunigungswerte der Oberfläche der Struktur an einer größeren Anzahl von Meßpunkten auf der zu verkleidenden Fläche in g (g = Erdbeschleunigung) gemessen; daneben erfolgt über Intensitätsanalysen die Identifizierung von akustischen Quellen und Senken. Auf die Schaumstoffschicht wird erfindungsgemäß eine

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Menge von etwa 2 bis 6 . χ kg/m Dämpfungsmasse aufgebracht, wobei χ die Beschleunigung in g im entsprechenden Bereich der zu verkleidenden Fläche ist. Vorzugsweise beträgt die Menge an

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Dämpfungsmasse etwa 3 bis 5 . x, insbesondere etwa 4 . χ kg/m .

Die Erfindung geht aus von der Beobachtung, daß schallabstrahlende Karosserie- oder Gehäuseteile keineswegs über die gesamte Fläche gleichmäßig angeregt werden und demgemäß schwingen und abstrahlen. Vielmehr gibt es neben stark schwingenden und abstrahlenden Bereichen auch schwächer schwingende und

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annähernd ruhige Bereiche, die sich wieder jeweils in zu dämpfende oder dämmende Quellen und in möglichst ungedämpft zu belassende Senken aufteilen. Eine maximale Dämpfung über die gesamte Fläche durch Tränken der Schaumstoffschicht mit einer an der Sättigungsgrenze liegenden Menge an Dämpfungsmasse führt gleichzeitig in den schwach oder gar nicht schwingenden Bereichen der Fläche zu einer solchen Versteifung des Materials, daß Koinzidenzeinbrüche auftreten. Daneben tritt zwangsläufig in den Schall schluckenden Senken eine geringere Schluckung, d.h. eine erhöhte Abstrahlung auf. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in solchen verhältnismäßig ruhigen Bereichen die Tränkung der Schaumstoffschicht mit Dämpfungsmasse relativ zu den stark schwingenden Bereichen vermindert und in sehr ruhigen Bereichen und in Senken gegebenenfalls bis auf Null reduziert wird. Auf diese Weise lassen sich die optimale Dämpfung und Dämmung innerhalb eines einzigen Verkleidungsteils einstellen, wobei, abhängig vom jeweiligen Frequenzbereich der Anregung sowie vom positiven oder negativen Abstrahlungsvektor (Que_len oder Senken) von der speziellen Niederfrequenzdämpfung bis zum extrem weich schwingenden Sandwich bei hohen Frequenzen alle Möglichkeiten offenstehen. Dabei läßt sich eine gute Schalldämmung nicht nur durch eine verminderte Tränkung der Schaumstoffschicht mit Dämpfungsmasse, sondern auch durch eine Erhöhung der Schichtdicke des Schaumstoffs und/oder der Schwerschicht (und

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damit deren Gewicht) in solchen Bereichen erzielen. Selbsttragende biegeweiche Formteile hohen spezifischen Gewichts mit unterschiedlicher Schichtstärke lassen sich beispielsweise im Spritzgußverfahren herstellen. Die akustischen Werte der Isolation werden durch Lärmpegelmessung mittels Mikrophonen an der eingebauten Verkleidung im Betriebszustand ermittelt. Ir. Bereichen mit noch unzureichender Lärmdämmung wird dann die Schichtdicke der Schwerschicht erhöht.

Durch Wahl geeigneter Dämpfungsmassen mit unterschiedlichen Erweichungstemperaturen (Glaseinfrier^emperaturen) lassen sich die Schalldämpfungueigenschaften ferner bereichsweise auf
unterschiedliche Temperaturanforderungen für den späteren
Einsatz einstellen. Die maximale Dämpfung wird in der Regel in dem Temperaturbereich etwas oberhalb der Erweichungstemperatur erzielt. Durch Mischen von Massen mit unterschiedlicher Glastemperatur können gute Dämpfungseigenschaften über breite Anwendungs-Temperaturbereiche erhalten werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile geht man so vor, daß man die Schwingungswerte und Abstrahlungsintensitäten der schallabstrahlenden Fläche im Einbauzustand unter Betriebsbedingungen ermittelt. Dies bedeutet, daß man beispielsweise ein Karosserieteil im Fahrzeug untersucht, indem man bei bestimmten Motordrehzahlen die Beschleunigungswerte an einer

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größeren Anzahl von Meßpunkten der Fläche in Abhängigkeit von der Frequenz und dem Phasenwinkel ermittelt. Aufgrund dieser Meßwerte und einer Quellen/Senken-Analyse wird die erforderliche Tränkung der Schaumstoffschichtverkleidung mit Dämpfungsmasse hinsichtlich Art und Menge festgelegt.

Die Herstellung der Verkleidungsteile erfolgt in besonders günstiger Weise derart, daß die Schaumstoffschicht bereichsweise mit Dämpfungsmasse in Form von Folienzuschnitten oder -stanzteilen belegt wird. Dabei bleiben Senken und Bereiche niedriger Schwingungsanregung frei von Dämpfungsmasse, während in stark schwingenden Bereichen sogar mehrere Lagen von Dämpfungsmassenfolie aufgebracht werden. Wenn beispielsweise eine Sättigung der Schaumstoffschicht hinsichtlich ihrer Aufnahmefähigkeit bei gegebener Dicke bei vier übereinander aufgebrachten Lagen von Dämpfungsmassefolie bestimmter Stärke erreicht ist, so kann man auf diese Weise die Schaumstoffschicht z.B. mit Teilmengen von 0/4 bis 4/4 der Sättigungsmenge bereichsweise tränken. Dabei ist es, wie oben bereits dargelegt, darüber hinaus möglich, auch unterschiedliche Arten von Dämpfungsmassen, z.B. Massen unterschiedlicher Erweichungstemperatur und damit unterschiedlich hoher und gezielter Dämpfung, nebeneinander bzw. übereinander oder im Gemisch zu verarbeiten.

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Die eigentliche Tränkung der Schaumstoffschicht mit der Dämpfungsmasse geschieht besonders vorteilhaft in der Weise, daß man die bereichsweise mit Dämpfungsmassenfolie belegte Schaumstoffschicht auf die Erweichungstemperatur der Masse erhitzt und das Material anschließend verpreßt. Wenn man das Material in komprimiertem Zustand erkalten läßt, bleibt die Schaumstoff schicht mit Tränkung in verdichtetem, gespanntem Zustand. In dieser Form läßt sich die daraus hergestellte schalldämpfende und -dämmende Verkleidung besonders leicht einbauen. Es reicht aus, die Verkleidung an der schallabstrahlenden Fläche mittels weniger Klammern oder Bolzen lose zu befestigen, da die Schaumstoffschicht anschließend durch Erhitzen unter Erweichen der Dämpfungsmasse wieder expandiert, ihre frühere Stärke annimmt und dadurch zur Anlage an der Fläche gelangt. Im Hinblick auf die üblichen Ofentemperaturen einerseits und die beim Transport der Teile auftretenden Höchsttemperaturen sollte die Expansion vorteilhafterweise erst oberhalb von etwa 55 C eintreten. Durch geeignete Wahl der Erweichungstemperatur der Dämpfungsmasse kann man die Temperatur einstellen, bei welcher der Schaumstoff expandiert. Falls man als Dämpfungsmasse ein Kunstharz verwendet, welches gleichzeitig als Haftkleber dienen kann, oder einen wärmeaktivierbaren Kleber aufgebracht hat, tritt bei einer solchen Wärmebehandlung zugleich eine feste Klebverbindung der Verkleidung mit der schallabstrahlenden Fläche ein.

Als Schwerschicht für die Verkleidung sind insbesondere mit schweren anorganischen Füllstoffen (Bariumsulfat, Calciumcarbonat usw.) hoch gefüllte Kunststoffe, z.B. Ethylen/Vinylacetatcopolymere (EVA) (vergl. DT-AS 1 940 838) geeignet. Ebenfalls brauchbar sind Mischungen von hochgefüllten Polyolefinen mit EVA-Typen oder Mischungen aus Polyolefinen und synthetischem Kautschuk (EPDM-Polymere).

Die Schaumstoffschicht kann z.B. aus Polyurethan-, Polyvinylchlorid- oder Polyolefinschaum bestehen.

Als viskoelastische Dämpfungsmassen für die Tränkung der Schaumstoff schicht sind besonders Gemische von Wachsen (z.B.. natürlichen Wachsen oder synthetischen Paraffinwachsen), Harzen (z.B. Erdharzen oder synthetischen Kohlenwasserstoffharzen), EVA-Typen und Acrylaten geeignet.

Zum Verkleben der erfindungsgemäßen Verkleidungsteile mit der schallabstrahlenden Fläche kann u.U. die Dämpfungsmasse selbst dienen, welche beim Erhitzen der gesamten Struktur aktiviert wird. Andererseits ist es möglich, die Schaumstoffoberfläche der Verkleidungsteile mit einem Selbstkleber auszurüsten, der in üblicher Weise durch ein Abdeckpapier geschützt wird. Diese Ausführungsform ist vor allem dann günstig, wenn die mit

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Dämpfungsmasse getränkte Schaumstoffschicht nicht komprimiert

ist und der Einbau ohne Erhitzen erfolgen soll. Schließlich

\ kann auch auf die Schaumstoffschicht ein wärmeaktivierbarer

Kleber aufgebracht werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet als Kleber eine Masse Verwendung, deren viskoelastische Eigenschaften besonders abgestimmt sind und die dadurch ihrerseits zur Schalldämmung nicht unwesentlich beiträgt.

Die speziellen viskoelastischen Eigenschaften des Verbundklebers ergeben sich aus der Abmischung von synthetischem Kautschuk, Acrylaten und Polyolefin-Mischpolymeren.

Die Bestimmung der Besohleunigüngswerte (Schwingungsamplituden) und Phasenwinkel an den einzelnen Meßpunkten der schallabstrahlenden Fläche erfolgt z.B. mittels piezoelektrischer Schwingungsaufnehmer, die Analyse der Quellen und Senken durch Intensitätsmessungen des Nahfeldes der Blechstruktur.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen die beiliegenden Figuren dienen. Es zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf eine Schaumstoffschicht mit bereichsweise unterschiedlicher Belegung mit Dlchtungs-

\ massenfolie;

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Figur 2 einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Verkleidung gemäß Erfindung.

Die in Figur 1 gezeigte Schaumstoffschicht ist in den Bereichen 1 frei von Dämpfungsmasse, so daß ein weiches Masse/Feder-Sandwich erhalten wird. In den Bereichen 2, 2¹, 2" ist eine einfache Lage einer Dämpfungsmassenfolie aufgebracht. In den Bereichen 3, 3' ist die Dämpfung erhöht durch Verwendung einer doppelten Lage entsprechend einer doppelten Menge an Dämpfungsmasse. Im Bereich 4 schließlich ist eine dreifache Lage der Dampfungsmassenfolie entsprechend einer extrem hohen Dämpfung aufgelegt.

Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Verkleidung bestehend aus einer Schwerschicht 15 und einer Schaumstoff schicht 11. Im Bereich 12 ist die. Schaumstoff schicht

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mit 1,2 kg/m , im Bereich 13 mit 2,0 kg/m Dämpfungsmasse getränkt, so daß die Verkleidung in diesen Bereichen eine entsprechend erhöhte Dämpfung aufweist, in den ungetränkten Bereichen dagegen eine optimale Schalldämmung liefert.

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Claims (5)

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1. Formteil als Verkleidung für die Schalldämmung und -dämpfung von schallabstrahlenden Flächen, insbesondere Karosserieteilen von Fahrzeugen und Gehäuseteilen von Maschinen, bestehend aus einem selbsttragenden Formteil aus biegeweicher Schwerschicht und einer zur Anlage an der Fläche dienenden, mit Dämpfungsmasse behandelten, gegebenenfalls mit einer viskoelastischen Kleber- oder Haftkleberschicht versehenen Schaumstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschicht bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten von viskoelastischer Dämpfungsmasse versehen ist.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschicht und/oder die Schwerfolie bereichsweise unterschiedliche Schichtdicke aufweisen.

3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffschicht durch Verpressen komprimiert und durch die Dämpfungsmasse als Bindemittel in verdichtetem, gespanntem Zustand gehalten ist.

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4. Formteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse ein Kunststoffharz ist, welches gleichzeitig als Kleber dient.

5. Formteil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber eine viskoelastisch abgestimmte Masse dient.

ugs:kö

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