DE102005021299A1

DE102005021299A1 - Element zur Schallisolation

Info

Publication number: DE102005021299A1
Application number: DE102005021299A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Freser-Wolzenburg; Ulrich Milbradt; Manfred Hoffmann
Original assignee: Dr Alois Stankiewicz GmbH
Current assignee: International Automotive Components Group GmbH
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2006-11-16
Also published as: US20080245608A1; WO2006119963A3; ZA200707468B; EP1879771A2; KR20080009678A; WO2006119963A2; JP2008543625A

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Element zur Schallisolation, das den äußeren Abschluss einer zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion bildet, in der sich mindestens ein Schallstrahler befindet, welches aus einem verformten thermoplastischen Werkstoff gebildet ist, der durch einen Glasfaseranteil von mehr als 35 Gew.-% verstärkt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Element zur Schallisolation, das den äußeren Abschluss einer zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion bildet, in der sich mindestens ein Schallstrahler befindet. Dieses Element zur Schallisolation eignet sich beispielsweise insbesondere als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge, wie PKW.

Unterbodenverkleidungen für Kraftfahrzeuge dienen zum einen dazu, die Aerodynamik des Unterbodens zu verbessern, und zum anderen zur Schallisolierung bzw. Schalldämmung. Dieser Schallschutz ist insbesondere bei Dieselmotoren von Bedeutung, da diese starke Motorengeräusche verursachen, wobei in vielen Fällen maximal zulässige Geräuschemissionen überschritten werden.

Aus der DE 199 20 969 A1 ist ein schallisolierendes Einbauteil bekannt, das unter anderem als Bodenabdeckung des Motorraums oder auch als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge verwendet wird und aus einer gelochten bzw. perforierten Platte besteht, die als Träger für eine poröse Abdeckschicht dient. Diese Abdeckschicht kann beispielsweise ein geschäumter Kunststoff sein. Offensichtlich ist aber die akustische Wirkung des Einbauteils allein, insbesondere als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge, nicht ausreichend, weil die Verwendung zusätzlicher poröser Abdeckschichten gelehrt wird, die innenseitig auf dem Einbauteil befestigt werden müssen.

In der WO 04/089592 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer zweiteiligen Dachverkleidung für Fahrzeuge beschrieben, welche sich durch sehr gute Eigenschaften hinsichtlich der Dämpfung eines Kopfaufpralls an der Dachverkleidung sowie durch Schalldämpfung auszeichnet. Das Dämpfungsmaterial kann glasfaserverstärktes Polypropylen sein. Die Dachverkleidung besteht aus einem ersten Teil, welcher die Sichtseite zum Fahrgastraum bildet und einem zweiten Teil, das zur Dachseite zeigt und der mechanischen Verstärkung dient. Beide Teile werden in verschiedenen Werkzeugen geformt und miteinander nach üblichen Verfahren verbunden, wie beispielsweise durch die Verwendung von Heißschmelzklebern. Die Dachverkleidung wird in der Weise am Karosseriedach befestigt, dass ein Hohlraum zwischen Verkleidung und Dach entsteht, wodurch die Schalldämpfung erreicht wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schallisolationselemente in der Weise zu verbessern, dass sie ein außerordentlich niedriges Einsatzgewicht aufweisen, einfach herstellbar sind und ohne zusätzliche luftschallabsorbierende Zusatzelemente auskommen, wobei ein höchstes Maß an Luftschallabsorption gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Element zur Schallisolation gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Element zur Schallisolation, das den äußeren Abschluss einer zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion bildet, in der sich mindestes ein Schallstrahler befindet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einem verformten thermoplastischen Werkstoff gebildet ist, welcher durch einen Glasfaseranteil von mehr als 35 Gew.-% verstärkt ist.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Elements zur Schallisolation.

Die Figuren dienen zur Erläuterung der Erfindung. Es zeigen
1 ein Diagramm zur Beurteilung der Luftschalldämmung eines erfindungsgemäßen Schallisolationselements und eines herkömmlichen Elements;
2 eine Anordnung zur Messung der Luftschalldämmung und
3 ein Diagramm zur Beurteilung der Äquivalenten Absorptionsfläche eines erfindungsgemäßen Elements im Vergleich zu bekannten Schallisolationselementen.
Das erfindungsgemäße Element weist einen relativ hohen Anteil an Glasfasern von mehr als 35 Gew.-% auf, wobei der Glasfaseranteil bis zu 65-Gew.-% betragen kann. In der Regel verwendet man relativ lang geschnittene Glasfasern mit einer Länge von mindestens 1 cm, die mit dem thermoplastischen Kunststoff umhüllt sind.
Durch die Art der Wechselwirkung der Glasfasern mit dem thermoplastischen Werkstoff im Komposit erreicht man eine hohe Biegesteifigkeit mit einem überraschend niedrigen Flächengewicht.
Der thermoplastische Werkstoff des erfindungsgemäßen Elements zur Schallisolation ist normalerweise ein Polyolefin. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polyolefin aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Derivate davon und/oder Mischungen daraus gewählt, wobei ein thermoplastischer Werkstoff aus Polypropylen besonders bevorzugt ist.
Das erfindungsgemäße Element zur Schallisolation liegt einteilig vor und ist als solches luftschallabsorbierend, ohne dass, wie im Stand der Technik üblich, Löcher vorgesehen werden müssen. Überraschenderweise ist das Element zur Schallisolation auch in solcher Qualität luftschalldämmend, dass es die aus der Differenz der Flächengewichte, bezogen auf herkömmliche Schallisolationselemente, rechnerisch resultierende Verschlechterung im Schalldämmmaß kompensiert.
Das erfindungsgemäße Element zur Schallisolation kann bevorzugt in Form einer Platte oder Schale vorliegen. Beispielsweise wird eine luftschallabsorbierende Unterbodenverkleidung einteilig aus einer gleichmäßigen Platte des erfindungsgemäßen Elements zur Schallisolation zu Dicken zwischen 5 und 10 mm geformt. Die Verformung im Werkzeug erfolgt unter Druck und/oder Vakuum und Wärme nach üblichen Verfahren in der Weise, dass einerseits die konstruktiv geforderte Formgebung hergestellt wird und andererseits durch Verpressen zu örtlich unterschiedlichen Dicken ein optimal an das Motorraumgeräusch angepasstes Luftschallabsorptionserhalten erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann eine Erhöhung der Werte der Luftschallabsorption durch Aufkaschieren von marktüblichen Folien erreicht werden, insbesondere durch Folien mit einem Flächengewicht im Bereich von 100 g/m² bis 150 g/m².
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass das Element zur Schallisolation eine extrem hohe Biegesteifigkeit aufweist und somit eine Verdichtung an den Rändern bis zu etwa 2 mm zulässt, so dass optimale Voraussetzungen für die Montage an der gehäuseartigen Konstruktion gegeben sind. Trotz dieser geringen Dicke reißen die Befestigungslöcher nicht aus.
In der Regel ist die gehäuseartige Konstruktion aus einem Kunststoff oder Blech gebildet. Der Mindestabstand des den äußeren Abschluss bildenden Elements zu dem mindestens einen Schallstrahler innerhalb der gehäuseartigen Konstruktion sowie der maximale Abstand sind normalerweise konstruktiv vorgegeben. In einer bevorzugten Ausübungsform der Erfindung kann der Schallstrahler ein Motor sein.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein plattenförmiges Element zur Schallisolation zu einem Formteil ausgeformt und zumindest auf einer Seite, bevorzugt außenseitig, mit einer Folienkaschierung versehen, zweckmäßigerweise, aus Recyclinggründen, mit einem Polyoletin-Vlies, insbesondere Polypropylenvlies.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Element als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge verwendet. Die aus einer Platte geformte schalenförmige Unterbodenverkleidung hat aufgrund ihrer Kompositstruktur luftschallabsorbierende Eigenschaften, wobei der herkömmlicherweise übliche zusätzliche Absorber auf der Innenseite der Verkleidung entfällt. Bei unterschiedlich starker Verpressung kann man in Abhängigkeit der Konstruktionsdicken, welche der PKW-Hersteller zulässt, ein frequenzmäßig breitbandiges Absorptionsverhalten erzeugen.
Aufgrund der luftschallabsorbierenden Eigenschaften bewirkt die Unterbodenverkleidung nicht nur eine Verminderung der Geräusche im Fahrgastraum sondern auch hinsichtlich des Außengeräuschs. Die hohe Biegesteifigkeit beziehungsweise der hohe Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 0,8 × 10⁹ und 2 × 10⁹ N/m² lassen eine durch Pressen unter Wärme bewirkte Verdichtung an den Randzonen bis zu etwa 2 mm zu, wodurch optimale Voraussetzungen für die Befestigung an der Karosserie mit nur wenigen Punkten gegeben sind, so dass auch die zur Befestigung notwendigen Löcher nicht ausreißen.
Das erfindungsgemäße Element zur Schallisolation, insbesondere eine Unterbodenverkleidung für beispielsweise Kraftfahrzeuge, zeichnet sich durch eine extrem hohe Biegesteifigkeit bei sehr geringem Flächengewicht und günstige luftschallabsorbierende Eigenschaften aus, wobei auf einen zusätzlich innenseitig auf das geformte Teil aufgebrachten Luftschallabsorber verzichtet werden kann.
Wegen der beidseitigen Absorptionswirkung des erfindungsgemäßen Elements zur Schallisolation wird das Außengeräusch straßenseitig und motorraumseitig deutlich vermindert, wobei gleichzeitig die Geräusche im Fahrgastraum abgesenkt werden. Die an sich zu erwartende verminderte Luftschalldämmung wegen der Gewichtsreduzierung gegenüber konventionellen Elementen zur Schallisolation wird durch die luftschallabsorbierenden Eigenschaften des Elements ohne weiteres kompensiert.
Es wurde im folgenden eine erfindungsgemäße Unterbodenverkleidung im Hinblick auf ihre Schalldämmeigenschaften untersucht.
Es wurde eine Unterbodenverkleidung mit lokal unterschiedlichen Dicken zwischen 6 und 10 mm hergestellt. Die Unterbodenverkleidung besteht aus glasfaserverstärktem Polypropylen mit beidseitiger Vliesabdeckung. Diese Unterbodenverkleidung wurde in einer Testreihe zum Bestimmen der Luftschalldämmung mit einer serienmäßigen, konventionellen Unterbodenverkleidung verglichen. Diese Messungen erfolgten in einem modifizierten Schalldämmungsprüfstand, der Messungen an Originalteilen ermöglicht, welche üblicherweise flächenmäßig erheblich kleiner sind, als nach DIN Messungen erforderlich. Eine solche Vorrichtung ist in 2 dargestellt.
Um möglichst realistische Einbausituationen zu simulieren, wurden die Versuchsteile, wie in 2 gezeigt, mit 40 mm-Abstand vor einem Stahlblech montiert, welches in einem Rahmen mit sehr hoher Schalldämmung (Maske) eingepasst war. Dadurch wurde erreicht, dass der im Senderaum erzeugte Luftschall ausschließlich über die Prüffläche in den Empfangsraum gelangen kann.
Die Schalldämmung einer erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung und einer herkömmlichen Unterbodenverkleidung wurde in dB in Abhängigkeit der Terz-Mittenfrequenz (Hz) gemessen. Die Messwerte und die daraus resultierenden Kurven sind in 1 gezeigt. Die konventionelle Unterbodenverkleidung „Serie", gekennzeichnet mit Kurve 1, hatte ein Gewicht von 1.170 g, verglichen mit einer erfindungsgemäßen „leichten Unterbodenverkleidung", gekennzeichnet mit Kurve 2, mit einem Teilegewicht von 881 g. Daraus resultiert rechnerisch eine Verschlechterung im Schalldämmmaß von 2,5 dB, wobei sich im Versuchsergebnis allerdings nahezu Gleichheit zeigte.
Es wurden vergleichende Untersuchungen zur Luftschallabsorption, wobei die so genannte äquivalente Absorptionsfläche gemessen wurden, in einer so genannten Alpha-Kabine vorgenommen. Diese Alpha-Kabine entspricht einem räumlich verkleinerten Hallraum und ist für Messungen ab 400Hz geeignet. Die gemessene äquivalente Absorptionsfläche ist das (mathematische) Produkt aus Prüffläche × Absorptionsgrad.
Bei diesem Test wurden folgende Unterbodenverkleidungen getestet. Eine erfindungsgemäße, leichte Unterbodenverkleidung A (Polypropylen-Glasfaserverstärkt, beidseitig absorbierend mit einer Masse von 645g) eine Mischfaservlies-Unterbodenverkleidung B (beidseitig absorbierend mit einer Masse von 1.151g), eine Unterbodenverkleidung „Serie" C mit luftschallabsorbierenden Elementen („Vlies in Folie", Zusatzgewicht ungefähr 190g) und eine Unterbodenverkleidung „Serie" D mit einer Masse von 1.170g.
Im Test wurden die Teile in einem Abstand von 20 cm in der Alpha-Kabine zum Boden montiert, um die Einbausituation in einem Fahrzeug realistisch zu simulieren. Die Unterseite entspricht der Fahrbahnseite zum Boden.
Es wurden die Serienteile in konventioneller Ausführung (siehe Verkleidungen B bis D oben), auch mit eingelegtem luftschallabsorbierenden Zusatzelementen, mit einer erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung (siehe A) verglichen. Hierzu wird auf die 3 verwiesen. Das Ergebnis zeigt eindeutig bessere Werte für die erfindungsgemäße Unterbodenverkleidung A, selbst im Vergleich mit einer üblichen Verkleidung aus Mischfaservlies B. Diese hatte ein Gewicht von 1.151g, verglichen mit der leichten, erfindungsgemäßen Unterbodenverkleidung mit einem Gewicht von nur 645g.

Claims

Element zur Schallisolation, das den äußeren Abschluss einer zu Schwingungen angeregten gehäuseartigen Konstruktion bildet, in der sich mindestens ein Schallstrahler befindet, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem verformten thermoplastischen Werkstoff gebildet ist, welcher durch einen Glasfaseranteil von mehr als 35 Gew.-% verstärkt ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasfaseranteil bis zu 65-Gew.-% beträgt.
Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Werkstoff aus der Gruppe der Polyolefine gewählt ist.
Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Derivate davon und/oder Mischungen daraus gewählt ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einteilig ist.
Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element in Form einer Platte oder Schale vorliegt.
Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Seite eine Folienkaschierung vorgesehen ist.
Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienkaschierung ein Polyolefinvlies ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es örtlich unterschiedliche Dicken aufweist.
Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dicke im Bereich von 5 bis 10 mm aufweist.
Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke bis zum Rand auf ca. 2 mm abnimmt.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäuseartige Konstruktion aus einem Kunststoff oder Blech gebildet ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Unterbodenverkleidung für Kraftfahrzeuge.