NL8402976A - Plaatvormig element voor trillingsdemping in stijve voorwerpen, alsmede gedempt stijf voorwerp. - Google Patents

Description

845127/vdV/ki

Plaatvormig element voor trillingsdemping in stijve voorwerpen, alsmede gedempt stijf voorwerp.

Door Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd André Wieme te Zwevegem, België.

De uitvinding betreft een plaatvormig element voor het dempen van mechanische trillingen in stijve voorwerpen waarbij het stijve voorwerp met genoemd element wordt bekleed, alsmede het aldus gedempte voorwerp.

Het is uit de Amerikaanse octrooischriften 4 278 726, 4 4 12 687 en 5 4 420 523 van aanvraagster bekend om trillingen te dempen in stijve voor werpen (bijv. platen, latten, profielen, laminaten, skis) door op of nabij hun oppervlak als plaatvormig dempingselement een laag visko-elastisch materiaal aan te brengen waarin getwiste vezelbundels zijn ingebed. De demping in deze bekende voorwerpen is reeds heel behoorlijk, doch het gewicht en 10 de prijs van de dempende elastomeerstroken is voor bepaalde toepassingen nogal hoog voor het geboden dempingsvermogen.

Verrassenderwijze werd nu gevonden dat een bijzonder hoge demping verkregen kan worden door in het plaatvormig dempingselement een plaatstruk-tuur in te voegen in de laag visko-elastisch materiaal in aanvulling op de 15 vezelbundels daarin. De plaatstruktuur wordt volgens de uitvinding ingébracht tussen de vezelbundels en het kontaktvlak met het te dempen voorwerp als het plaatvormig denpinGselement od het voorwerp wordt aanaebracht. Als het plaatvormiij demoihgselement wordt aangebracht nabij het oppervlak van het te dempen voorwerp zullen de vezelbundels dichter aanliggen tegen het 20 nabijgelegen buitenoppervlak van het voorwerp dan de stijve plaatstruktuur. Deze plaatstruktuur zal dan dichterbij het centrum (neutrale as) van het voorwerp gelegen zijn dan de vezelbundels. Wanneer deze plaatstruktuur relatief goedkoop is ten opzichte van het toegepaste visko-elastisch materiaal, zal daardoor de kostprijs van het dempend element kunnen dalen, 25 daar de bewerking voor het aanbrengen van de plaatstruktuur geen noemenswaardige meerkosten met zich meebrengt.

Door aanbrengen van de plaatstruktuur wordt overigens ook de ligging van de vezelbundels op een zo groot mogelijke afstand gebracht van de neutrale as van het te dempen voorwerp.'Dit bevordert ten zeerste het dempend 30 vermogen. Wanneer tenslotte de plaatstruktuur relatief licht is t.o.v. het visko-elastisch materiaal, dan zal dit het totaalgewicht van het plaatvormig element laag houden.

Onder verwijzing naar bijgaande tekeningen zullen thans een aantal uitvoeringsvormen van de uitvinding nader beschreven worden: 35 - Fig. 1 toont een perspectief en dwarsdoorsnede van een stijf voor- 8402976 -2- werp en van een plaatvormig element volgens de uitvinding dat op het voorwerp is aangebracht;

Fig. 2 geeft een dwarsdoorsnede weer van een skilichaam waarin een plaatvormig element volgens de uitvinding is opgenomen; 5 - Fig. 3 geeft schematisch een proefopstelling weer voor het onderzoeken van de trillingsdemping;

Fig. 4 stelt in perspectief een andere uitvoeringsvorm voor van het plaatvormig element volgens de uitvinding.

De uitvoeringsvorm volgens figuur 1 betreft een plaatvormig element 2 10 bijv. in de vorm van een lat (strook of strip) voor het dempen van mechar nische trillingen. Dit element wordt met een van zijn vlakke zijden op een oppervlak van het te dempen stijve voorwerp 1 aangebracht en daarmee verenigd, bijv. cjoor opkleven. Het element 2 zelf omvat een visko-elastisch materiaal 3 waarin een aantal draadvormige elementen 4 zijn ingebed en tevens tenr 15 minste één plaat 5. Deze plaat 5 bevindt zich ,tussen draden 4 en het voorwerp 1. Wanneer het materiaal 3 zelfklevend is zal het element 2 vanzelfsprekend met beschermfoelies 6 en 7 bekleed zijn. De foelie 7 zal dan vlot verwijderd moeten kunnen worden om de kleefbare stof 3 in direkt kontakt te kunnen brengen met het oppervlak van het voorwerp 1. Dergelijke foelies 20 zijn op zichzelf bekend; bijv. kan hiervoor gesiliconiseerd papier toegepast worden. De afdekfoelie 6 kan bijv. kraftpapier zijn, licht karton, cellofaan of een andere kunststoffoelie of aluminiumfoelie.

De draadvormige elementen 4 kunnen monofilamenten zijn of vezelbun-dels, in het bijzonder getwiste multifilamentbundels. Bij voorkeur zullen 25 deze draden 4 een elasticiteitsmodulus hebben die tenminste van dezelfde grootte-orde is als die van het voorwerp 1. Textieldraden of garens zullen dus gemiddeld weinig dempingseffect uitoefenen in elementen 2 die bijvoorbeeld op staalplaten gekleefd worden. Staaldraden hierin zullen een gevoelig beter dempingsresultaat opleveren. Relatief dikke staaldraden verlagen 30 echter de flexibiliteit van de elementen 2.

Wanneer de te dempen voorwerpen 1 een oppervlak bezitten met bijvoorbeeld een ingedrukt reliëf of gebogen delen, zoals bijv. koetswerkplaten van voertuigen, dan mag de stijfheid van de elementen 2 niet te hoog oplopen. De elementen 2 moeten immers voldoende het reliëf kunnen volgen van 35 het voorwerpoppervlak zonder in verloop van de tijd op bepaalde plaatsen met sterkere kromming in het oppervlak van het te dempen voorwerp los te laten.

Als bijvoorbeeld staalplaten of staalprofielen gedempt moeten worden zullen de draadvormige elementen 4 dus bij voorkeur staalkoorden zijn.

8402976 -3-

Staalkoorden met hetzelfde gewicht per m lengte als een bepaalde staaldraad zijn immers veel buigzamer dan de draad, wat de flexibiliteit van het element 2 ten goede komt. Staalkoorden zijn ook gemakkelijker door te snijden dan staaldraden met hetzelfde gewicht per meter. Overigens bevordert de ge-5 twiste struktuur in koorden ook nog het dempingseffekt.ten opzichte van draden met hetzelfde metergewicht, onder meer door de vermeerdering van het specifiek kontaktoppervlak tussen koord 4 en het omringende materiaal 3 en door de spiraalvorm van de filamenten in het koord. Ook voor stijve voorwerpen 1 met een lagere modulus dan staal is de toepassing van staal-10 koorden in het visco-elastisch materiaal aangewezen daar het intrinsieke dempend vermogen van het plaatvormig element 2 dan bijzonder effectief is, zodat men met een kleinere hoeveelheid van het plaatvormig element 2 kan volstaan.

Het visko-elastisch materiaal 3 kan een of ander elastomeer zijn zo-15 als bijvoorbeeld gevulkaniseerde rubber. Het kan ook een goedkopere mastiek-achtige stof zijn, bijvoorbeeld op basis van butylrubber, zoals bijv. Exxon butyl 268 en gemengd met geschikte toevoegstoffen o.a. tegen veroudering. Deze stoffen bieden het voordeel dat ze de hoogfrekwente trillingscomponen-ten meestal beter dempen dan bijvoorbeeld gevulkaniseerde rubber. Als deze 20 stóf zelfklevend moet zijn zal ze vanzelfsprekend vermengd worden met een kleefbevorderende stof, bijv. op basis van Escorez(polyisobutyleen) of van Vistanex MML 100 (merknaam van BASF). Bij voorkeur zal het materiaal 3 feegelijk bestand zijn tegen oventemperaturen tot 190°C gedurende 30 min of 160°C gedurende 1 uur zonder uit te harden (waardoor het zijn uitgesproken 25 visko-elastische eigenschappen zou verliezen).

De plaat 5 kan in principe uit elk materiaal bestaan dat een zekere stijfheid heeft, zoals bijvoorbeeld karton, houtfineer, kunkststof, aluminium, enz. Een kartonplaat 5 kan desgewenst vooraf met een geschikte harsoplossing behandeld worden en gedroogd ter versteviging van het karton. Het 30 is evenwel niet uitgesloten vellen met een meer uitgesproken soepelheid (bijvoorbeeld grove textielweefsels of vezelvliezen, al dan niet verstevigd), in te voegen in plaats van relatief stijve platen 5 voor zover de vervaardigingswijze en de dempincpeisen van element 2 dit toelaten.

De plaat 5 kan zich uitstrekken over het hele oppervlak van het ele-35 ment 2, doch bij voorkeur zal ze een kleiner oppervlak hebben zodat op tenminste enkele plaatsen het visko-elastisch materiaal langs één zijde van plaat 5 in verbinding staat met het visko-elastisch materiaal aan de andere zijde. De brugverbindingen in doorgangen 8 in of tussen platen 5 of in doorgangen 9 om randen van de plaat 5 heen die zodoende ontstaan verhogen 40 het dempingsvermogen aanzienlijk. Er werd vastgesteld dat de gezamenlijke 8402976 -4- oppervlakte van de doorgangen 8 en 9 (volgens dwarsdoorsnede evenwijdig aan plaat 5) bij voorkeur 8 tot 20?ó bedraagt van de totale kontaktopper-vlakte tussen element 2 en plaat 1.

Teneinde trillingen in verscheidene frekwentiegebieden tegelijk optimaal 5 te kunnen dempen kan het aangewezen zijn de plaat 5 zo op te vatten dat ze twee of meer naast elkaar liggende stroken omvat met tussenruimten 8 waarbij de stroken dan uit verschillend materiaal bestaan: bijv. een uit karton en een (of meer) uit een geschikt textielvezelvlies, houtfineer, relatief dikke PVC-folie, enz.

10 De dikte a van het element 2 zal gekozen worden als funktie van de dikte en vorm van het te dempen voorwerp in de onderlinge kontaktzone. Voor een metaalplaat, bijv. een klassieke vlakke staalplaat, met een dikte b tussen 0,5 mm en 1,5 mm zal de dikte a van het opgekleefde element 2 ongeveer 1,5 mm bedragen. Uit een oogpunt van kostprijs ligt een optimale 15 verhouding a/b tussen 1 en 2,5. Een hogere dikteverhouding (tot 4) bevordert echter nog de dempingscapaciteit en kan nuttig zijn mits de kostprijs of het gewicht en/of de dikte van het element 2 niet te hoog worden.

Vanzelfsprekend kan een plaat 1 ook weerszijden over tenminste een deel van haar oppervlak met een of meer elementen 2 bekleed worden. Om dem-20 ping in meerdere richtingen te verkrijgen kan de richting van de vezel-bundels 4 in het element 2 langs de ene zijde van plaat 1 dan verschillend gekozen worden van de bundelrichting in eht element 2 of de andere zijde van plaat 1. Wanneer de elementen 2 strookvormig zijn, hetgeen vaak van toepassing is, kunnen twee of meerdere stroken kruisgewijze op het element 25 2 bevestigd worden waarbij deze stroken in de kruisingszone dan met elkaar verbonden zijn. Hierdoor wordt in het algemeen ook demping in meerdere richtingen verkregen. Natuurlijk kunnen de stroken 2 ook in verschillende richtingen op eenzelfde zijde van het voorwerp aangebracht worden zonder elkaar te kruisen. Netwerken van dempende strookelementen 2 kunnen 30 ook toegepast worden, analoog aan het bekende uit het Amerikaanse octrooi-schrift 4 420 523. Wenst men anderzijds bijvoorbeeld een T-profiel te dempen met stroken 2 volgens de uitvinding, dan kan een van deze stroken op het been van het profiel gekleefd worden en een op het andere deel.

De draden 4 zullen dan volgens de lengterichting van het profiel 35 verlopen. De stroken moeten daarbij niet over de gehele lengte van het profiel verlopen. De strooklengte zal bij voorkeur echter groter zijn dan 10 cm.

Ook kan men zich voorstellen een of meer dempende elementen 2 in een laminaat op te nemen nabij een of beide van haar oppervlakken. In een 40 gelaagde wand of plaat bijvoorbeeld of in containerwanden, in profielen, 8402976 -5- buiswanden of in een skilichaam kan men stroken 2 inbedden tijdens de vervaardiging van het laminaat. Desgewenst zullen beschermfolies 6 en 7 dan verwijderd worden voor het opnemen van het element 2 in het laminaat.

Figuur 2 toont in doorsnede een skilichaam omvattende bijvoorbeeld 5 een harde schuimstofkern 14 gevat in een versterkte kunststofkoker 10, een afdekplaat 12 en hoekranden 11, waartussen zich een glijzool 13 bevindt.

In het oppervlak van de kern 9 wordt nabij de glijzool 13 een dempings-strook 2 volgens de uitvinding ingebed zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4 420 523. Vanzelfsprekend kan ook een netstruktuur uit deze 10 dempingsstroken worden opgenomen zoals beschreven in hetzelfde octrooischrift. De dempende struktuur 2 kan dan naar wens worden opgenomen nabij de top en/of staart van de ski of in het middendeel onder de hechtingen voor de skischoenen.

De hierboven vermelde temperatuursbestendigheid van het visko-elas-15 tsich materiaal 3 is nodig in gevallen van warmte vormgeving in matrijzen. Dit kan bijvoorbeeld van toepassing zijn bij het uitharden van de skiko-ker 10 bij de vorming van een ski. Ook is deze eigenschap nodig wanneer men bijv. dempingselementen 2 op stalen koetswerkplaten kleeft die achteraf gelakt worden en vervolgens door een oven worden gevoerd voor het uit-20 harden van de lak. Het bekleden met een laklaag kan overigens de demping nog enigszins doen toenemen.

VOORBEELD I

Er werd een plaatvormig element 2 in strookvorm samengesteld met de volgende bijzonderheden: 25 lengte 380 mm breedte 30 mm dikte (a) 1,5 mm (ongeveer) gewicht 29 g

In de onderste helft van het element 2 werden over de totale lengte 30 en evenwijdig naast elkaar twee kartonstroken 5 met een dikte van elk 0,5 mm en elk een breedte van 13 mm ingebed in een mastiekachtig visko-elastisch materiaal 3 (firma Henkel) op basis van een mengsel dat een butylrubber bevat. Het materiaal 3 bevatte ook een kleefbevorderende stof zodat het materiaal zelfklevend werd. De rechthoekige doorgang 8 uit materiaal 3 35 tussen de twee stroken 5 was 2 mm breed terwijl de rechthoekige randdoor-gangen 9 elk 1 mm breed waren. De gezamenlijke doorsnede-oppervlakte van de doorgangen 8, 9 bedroeg dus ongeveer 12,5% van de totale oppervlakte van folie 7. De onderzijde van het element 2 was bekleed met een loslaat-bare beschermfolie 7 uit gesiliconiseerd papier. De laag materiaal 3 tussen 40 de onderkant van de stroken 5 en de folie 7 was nagenoeg 0,2 mm dik.

8402976 -6-

De bovenste helft van het element 2 omvatte een laag van hetzelfde materiaal 3 als in de onderste helft. Die laag was nagenoeg 0,8 mm dik en omvatte een reeks van 27 onderling evenwijdig gerangschikte staalkoorden van het type 4 x 0,25 (vier samengetwiste staaldraden uit hoog-koolstof 5 staal met een hechtingsbevorderende messingdeklaag t.o.v. rubber en met een draaddiameter van elk 0,25 mm). De naast elkaar liggende koorden hebben afwisselend een linkse en een rechtse twijning. Op de bovenzijde was tenslotte een kraft-papierstrook 6 gekleefd.

De folie 7 werd afgetrokken en het element 2 met de vrijkomende zelf-10 klevende onderkant in de lengterichting aangedrukt op een stalen lat 1 met een breedte van 30 mm, een dikte van 4 mm en een lengte van 500 mm. Zoals weergegeven in fig. 3 werd vervolgens de lat 1 symmetrisch ondersteund op twee punten 15 met een onderlinge afstand c van 276 mm.

Deze oplegpunten 15 komen overeen met de knooppunten van lat 1 wan-15 neer deze aan een trilling wordt onderworpen door deze halverwege tussen de punten 15 door te buigen en vervolgens los te laten. De doorbuiging wordt verwezenlijkt door de lat halverwege tussen de steunpunten 15 aan te trekken tegen een magneet 16 op een bepaalde doorbuigingsafstand onder lat 1. In de trillingsproef volgens de voorbeelden werd een doorbuigings-20 afstand toegepast van 0,8 mm. Het element 2 was vanzelfsprekend in zijn lengte,* en breedterichting symmetrisch over de oplegpunten 15 op het bovenvlak van lat 1 bevestigd zoals geschetst in figuur 3. Onderaan lat 1 was dan een accelerometer 16 bevestigd ter registratie van de uitstervende trilling die teweeggebracht werd door lat 1 met element 2 naar onderen door 25 te buigen met behulp van elekctromagneet 16 en vervolgens los te laten door uitschakelen van de magneet 16.

De dempingswaarden van dit systeem werden berekend volgens de formules )it = 8,68¾ metl)|. = ln ^ waarin aQ de gemeten amplitude is van de eerste trilling (afgelezen op de oscilloscoop verbonden met de 50 accelerometer ) en a^. de amplitude van de uitstervende trilling na de tijd t die voor deze proeven werd gekozen op 100 msec. Voor de trillingsdemping van de uitstervende trilling van het systeem lat 1 met element 2 zoals hierboven beschreven, werden met t = 0,1 volgende relatieve waarden gevonden: aQ = 58, a^. = '6 hetgeen resulteerde in een dempingswaarde van ït =196,92 55 dB/sec. Deze waarde is bijzonder hoog in vergelijking met de dempingswaarden die gevonden werden voor alternatieve plaatvormige elementen 2 zoals in de voorbeelden hierna omschreven.-.

VOORBEELD 2 ^ De staallat 1 met afmetingen zoals hierboven omschreven werd vervol- 8402976 -7- gens bekleed met een element 2 volgens de symmetrische opleggingsvoorwaar-den zoals hierboven aangegeven. De uitstervende trilling van het aldus gedempte systeem werd opgenomen overeenkomstig de hierboven vermelde methode. De opbouw van element 2 was als volgt: 5 lengte 380 mm breedte 30 mm dikte (a) 1,5 mm

In plaats van de twee kartonstroken 15 uit vorig voorbeeld was nu evenwel over de breedte van de strook 2 een kartonlaag aangebracht met een 10 totaalbreedte van 29 mm en met twee rijen rechthoekige perforaties 18 zoals weergegeven in figuur 4. Deze perforaties waren elk 8 mm lang en 3 mm breed, terwijl de afstand tussen elke twee opeenvolgende perforaties in eenzelfde rij 20 mm bedroeg. Zodoende bedroeg het gezamenlijk dwarsopper-vlak van de doorgangen 8,9 ongeveer 9% van het oppervlak van de afdekfolie 7. 15 De opgemeten dempingswaarde bedroeg yt = 178,3 dB/sec.

VOORBEELD 3

Ter vergelijking werd vervolgens in dezelfde trillingsproef het plaatvormig element volgens figuur 1, en met de afmetingen hierboven aangegeven, omgekeerd op de stalen lat 1 gekleefd, d.w.z. met de staalkoorden 4 tussen 20 de kartonstroken 5 en lat 1. Dit resulteerde in een dempingswaarde = 115,33 dB/sec. Hieruit kan men dus duidelijk afleiden dat een afname van de afstand van de koorden 4 tot de neutrale as 9 van voorwerp (1) het dem-pingsvermogen gevoelig doet dalen.

VOORBEELD 4 25 In de plaats van de twee kartonstroken 5 volgens voorbeeld 1 werd voor deze proef een volle kartonlaag over de breedte van het element 2 ingébracht (breedte kartonlaag 30 mm). Alle overige karakteristieken van opbouw van element 2 en testvoorwaarden van het systeem waren dezelfde als in voorbeeld 1. De dempingswaarde bedroeg thans 87 dB/sec. Hieruit 30 blijkt dat de aanwezigheid van doorgangen 8, 9, opgevuld met visko-elastisch materiaal 3 (zoals in voorbeeld 1, 2 en 3) een gunstige invloed hebben op de demping.

VOORBEELD 5

Onder dezelfde voorwaarden als hierboven werd een strookvormig dem-35 pend element 2 met een dikte van 1,5 mm op de stalen lat 1 aangebracht waarbij de staalkoorden 4 tussen de kartonplaat 5 lagen en het kontaktvlak met lat 1. Overigens lag de kartonplaat 5 (met dikte 0,5 mm) helemaal bovenaan in het element 2. Er was dus geen disko-elastische materiaallaag 3 meer aanwezig bovenop de kartonplaat 5, noch een afdekfolie 6. De dempings-40 waarde bedroeg nu = 62 dB/sec. Uit dit resultaat zou men ten opzichte van voorbeeld 3 kunnen afleiden dat een volledige inbedding van de plaat 5 8402976 -8- aanwezig. De dempingswaarde ^ klom hier op tot 97,8 dB/sec, wat hoger is dan in voorbeeld 4. Niettegenstaande de strook hier dunner was dan in vorige voorbeelden bevat ze absoluut gezien toch + 10 % meer materiaal 3. Het is niet uitgesloten dat in de kartonplaat 5 volgens voorbeeld 4 een gedeelte-5 lijk interne delaminering optreedt tijdens het trillen. Deze delaminering zou dan verantwoordelijk kunnen zijn voor de lagere dempingswaarden.· Tevens zou men hieruit kunnen afleiden dat deze delamineringsneiging tegengegaan wordt door de aanwezigheid van met materiaal 3 opgevulde doorgangen 8 en 9, zoals in voorbeelden 1 en 2, die aanmerkelijk hogere dempingswaarden 10 opleveren.

8402976

Claims (9)

1. Plaatvormig element voor het dempen van mechanische trillingen in een stijf voorwerp waarbij genoemd element op of nabij een oppervlak van het voorwerp is bevestigd en een aantal draadvormige elementen omvat die ingebed zijn in een visko-elastisch materiaal, met het k e n - 5 merk dat in dit visko-elastisch materiaal (3) tevens tenminste één plaat (5) is ingebed die zich na bevestiging van het element (2) bevindt tussen de neutrale as (19) van het voorwerp (1) en de draadvormige elementen (4).

2. Elementen volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 10 de elementen (4) getwijnde filamentbundels zijn met een elasticiteitsmo- dulus van tenminste dezelfde grootte-orde als de modulus van het voorwerp (1).

3. Element volgens conclusie 2,met het kenmerk dat del getwijnde filamentbundels staalkoorden zijn.

4. Element volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk dat het visko-elastische materiaal (3) zelfklevend is en aan zijn van het voorwerp (1) afgekeerde zijde met een beschermfolie (6) is bekleed.

5. Element volgens conclusie 1 tot en met 4, met het ken merk dat in de ingebedde plaat (5) doorgangen (8) en/of om de rand 20 van deze plaat (5) heen doorgangen (9) aanwezig zijn die opgevuld zijn met visko-elastisch materiaal (3). - Element volgens conclusie 5,met het kenmerk dat de gezamenlijke oppervlakte van de doorgangen (8, 9) 8¾ tot 20?ί bedraagt van de totale kontaktoppervlakte tussen element (2) en plaat (1).

7. Element volgens conclusie 1 tot en met 6,met het ken merk dat de verhouding van zijn dikte a tot de dikte b van een metaalplaat (1), waarop het bevestigd is in de onderlinge kontaktzone,ligt tussen 1 en 4.

8. Gedempt stijf voorwerp met het kenmerk dat nabij of 30 op tenminste één van zijn oppervlakken tenminste één plaatvormig element (2) is bevestigd en waarbij het element (2) zich uitstrekt over tenminste een deel van het oppervlak van het voorwerp (1).

9. Skilichaam volgens conclusie 8, met het kenmerk dat hierin tenminste één plaatvormig element (2) is bevestigd nabij de glij- 35 zool (13).

10. Metaalplaat volgens conclusie 8,met het kenmerk -dat de verhouding van haar dikte b tot de. dikte a van de erop bevestigde elementen (2) ligt tussen 1 en 4. 8402976 -lo ll. Metaalplaat volgens conclusie 10, met het kenmerk dat genoemde verhouding a/b ligt tussen 1 en 2,5. 8402976