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Verfahren zur Herstellung eines Belages zur Dämpfung der Biegeschwingungen
von dröhnenden Bauteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Belages zur Dämpfung von Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen, wie Blechen,
bestehend aus gemahlenen Mineralien, z. B. Vermiculit oder Glimmer, oder aus Kornschrot
oder dergleichen organischen Stoffen, mit Bindemitteln aus Kunststoff, Kautschuk
oder Bitumen.
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Derartige Beläge zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden
Bauteilen, insbesondere von Blechen, die man auch als Entdröhnungsmittel bezeichnet,
setzen infolge der Dämpfung der Blechschwingungen die Schallabstrahlung der Bleche
herab. Die Bleche unterscheiden sich grundlegend von Werkstoffen, die für andere
Maßnahmen der Lärmabwehr geeignet sind, z. B. für die Luftschallisolation, die Luftschallabsorption
und die Körperschallisolation.
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Zur Luftschallisolation, unter der man die akustische Trennung zweier
Räume versteht, sind schwere, biegeweiche Trennwände geeignet oder Doppelwände,
bei denen der Zwischenraum zwischen den beiden Wandschalen mit porigen und weichen
Werkstoffen ausgefüllt wird, z. B. mit leichten Faserstoffen oder auch mit leichten,
weichen, offenporigen Schaumstoffen. Da diese Werkstoffe die Luftbewegung zwischen
den zwei Wandschalen der Doppelwände bremsen soll, wirken sie ähnlich wie die Werkstoffe,
die zur Luftschallschluckung (Luftschallabsorption) verwendet werden.
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Für die Absorption des Luftschalles wurden außer Glas- und Mineralwollefasern
auch erfolgreich Schaumstoffe der verschiedensten Art verwendet. Die schallabsorbierende
Wirkung dieser Werkstoffe beruht darauf, daß die Schwingbewegung der Luft an den
Porenwänden der Schaumstoffe gebremst wird. Bei Schaumstoffen mit zelliger Struktur
beruht die luftschallabsorbierende Wirkung darauf, daß die einzelnen Luftbläschen
der Schaumstoffe zu Schwingungen erregt werden und diese Schwingungen Bewegungen
in den Zellwänden bewirken. Diese Bewegungen der Zellwände werden durch die Relaxationserscheinungen
in den Kunststoffen sehr stark gedämpft, und es wird dadurch dem erregenden Schallfeld
Energie entzogen. Zur Dämmung gegen Körperschall bzw. Erschütterung dienen federnd
wirkende Polster aus Gummi oder weichen Kunststoffen, seit einiger Zeit aber auch
Schaumstoffunterlagen, die je nach der Belastung verschieden weich oder groß gemacht
werden. Die Übertragung lästiger hochfrequenter Geräuschanteile auf dem Körperschallweg
wird durch solche Zwischenlagen unterbunden.
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Es ist auch bereits bekannt, im Bauwesen Dämmplatten herzustellen
und zu verwenden, die aus geschäumten oder schäumungsfähigen Kunststoffen mit Füllstoffen
aus gemahlenen Mineralien bestehen, wobei der Füllstoff etwa 50°/a des Volumens
ausmachen soll.
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In allen diesen Fällen sind Schaumkunststoffe wegen ihres niedrigen
spezifischen Gewichtes beliebte Werkstoffe.
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Die Wirkungsweise der Entdröhnungsmittel beruht aber darauf, daß durch
sie die Schwingungen großer Blechflächen, die die Geräusche in der Hauptsache abstrahlen,
infolge hoher innerer Dämpfung vermindert werden und dadurch die Abstrahlung nachläßt.
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Von ihnen verlangt man folgende Eigenschaften: a) möglichst hohe innere
Verluste, b) möglichst hohe Steifigkeit und c) möglichst geringes spezifisches Gewicht.
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Die Einstellung maximaler Steifigkeit wird durch geeignete Dosierung
der Füllstoffzugabe erhalten, wodurch der Füllstoffgehalt der Mischung festgelegt
ist. Als Grundlage für derartige Mittel haben sich Kunststoffe, z. B. Polyvinylacetat,
Polyacrylsäureester, Polyisobutylen, Neopren u. a., besonders bewährt. Aus preislichen
Gründen wurden aber auch Naturkautschuke, Gummiregenerate und bituminöse Stoffe
als Bindemittel erfolgreich eingesetzt. Als Füllstoffe wurden verschiedene mineralische
Füllstoffe verwendet, z. B. expandiertes Vermiculit, Glimmer, Kreide oder Talkum.
Unter anderem wurden auch organische Füllmittel, z. B. Korkschrot, verwendet. Verschiedentlich
wurden auch Gemische mehrerer Füllstoffe verwendet, z. B. ist ein Entdröhnungsmittel
bekannt, welches als Füllstoff Vermiculit und die Kristalliten von Polyurethan enthält.
Hierbei handelt es sich aber nicht um auftragbare plastische Beläge.
Schaumstoffe
sind als körperschallschluckender, d. h. schwingungsdämpfender Werkstoff auf Blechen
allein nicht verwendbar, dagegen wurden Schaumstoffe zur Schwingungsdämpfung von
Blechen in folgender Kombination benutzt: Man hat Bleche mit Schaumstoffen beklebt
und diesen Schaumstoff mit einer schweren Schicht bedeckt. Es entsteht auf diese
Weise ein schwingungsfähiges Gebilde, bestehend aus zwei Massen und einer Feder,
das eine ausgeprägte Resonanzfrequenz hat. Als eine Masse wirkt dabei das Blech,
die zweite Masse ist der schwere Belag, mit dem der Schaumstoff abgedeckt ist, und
als Feder zwischen diesen beiden Massen wirkt der Schaumstoff. Aus der Wirkungsweise
dieser Kombination ist deutlich zu erkennen, daß ihre dämpfende Wirkung auf einen
schmalen Frequenzbereich beschränkt bleibt, im Gegensatz zu Entdröhnungsmitteln,
die bei geeigneter Zusammensetzung über den gesamten Bereich der Hörfrequenzen praktisch
gleichmäßig dämpfen können. Während also bei der Kombination von Schaumstoffen mit
schweren Belägen zu verlangen ist, daß der Schaumstoff möglichst weich und der Belag
möglichst schwer sein soll, müssen Entdröhnungsmittel dagegen sehr steif und leicht
sein.
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Die Kombination aus Schaumstoff und schwerem Belag ist aber insgesamt
keineswegs leichter als ein in seiner Wirkung vergleichbarer Entdröhnungsbelag.
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Mit den bekanntgewordenen Entdröhnungsmitteln ist man bisher an eine
gewisse Grenze der Wirksamkeit gekommen. Diese Grenze wird durch die Kunststoffe
gesetzt, da ihr Elastizitätsmodul nicht mehr wesentlich gesteigert werden kann,
aber auch die Relaxationserscheinungen in den Kunststoffen sind bei den besten Entdröhnungsmitteln
bereits in voller Stärke ausgenutzt worden.
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Die Forderung, Entdröhnungsmittel so leicht wie möglich zu machen,
hat ihre Begründung darin, daß in die Theorie der Schwingungsdämpfung durch Entdröhnungsmittel
das spezifische Gewicht nicht eingeht. Diese Möglichkeit, das spezifische Gewicht
eines Entdröhnungsmittels so gering wie möglich machen zu können, kommt dem Leichtbau
in der Fahrzeugtechnik sehr weit entgegen, und man verlangt daher, daß die Entdröhnungsmittel
bei einer bestimmten Anwendungsstärke, nach der sich ihre Dämpfung richtet, bestimmte
Gewichte nicht überschreiten sollen.
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Es besteht daher die Aufgabe, Entdröhnungsmittel so leicht wie möglich
zu machen, ohne dabei ihre dämpfende Wirkung zu verringern. Diese Aufgabe könnte
einem leichten Füllstoff übertragen werden, da mit zunehmender Füllung das spezifische
Gewicht bekanntlich abnimmt. Um aber extrem niedrige Gewichte zu erhalten, müßte
die Mischung so hoch gefüllt werden, daß sie an Steifigkeit und Dämpfung wieder
verliert.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen entdröhnenden, auftragbaren
plastischen Belag zu schaffen, bei welchem der Schaumstoffanteil in der Weise zugesetzt
ist, daß optimale Ergebnisse bezüglich der Dämpfung der Biegeschwingungen der dröhnenden
Bauteile erzielt werden.
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Demzufolge schlägt die Erfindung bei dem eingangs erwähnten Belag
zur Dämpfung der Biegeschwingungen von dröhnenden Bauteilen vor, daß diese noch
plastische Masse mit geschäumten oder schäumungsfähigen Kunst- oder Naturstoffen
(z. B. Perlit, Polyurethan, Polystyrol od. dgl.) geringer Korngröße (< 6 mm)
vermischt wird und durch Zugabe von Verdünnungsmitteln spritz- bzw. spachtelfähig
gemacht wird.
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Der erfindungsgemäße Belag besitzt durch die vorgeschlagene Schaumstoffzugabe
nach dem Auftragen auf dem zu entdröhnenden Bauteil ein sehr niedriges spezifisches
Gewicht. Außer dieser Verminderung des spezifischen Gewichtes weist aber auch der
erfindungsgemäße Belag zusätzlich als neue physikalische Eigenschaft eine niedrige
Wärmeleitung auf, ohne daß die bereits vorhandene akustische Eigenschaft durch die
neue thermische Eigenschaft verschlechtert wird.
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Insbesondere besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Belages darin,
daß die Korngröße der geschäumten oder schäumungsfähigen Kunststoffe oder Naturstoffe
verhältnismäßig gering, z. B. kleiner als 6 mm ist, denn einerseits wird hierdurch
in einwandfreier Weise ein Verspritzen des erfindungsgemäßen Belages ermöglicht,
da die Düsenweite der bekannten Spritzpistolen bzw. Spritzmaschinen eine größere
Korngröße nicht zuläßt, und andererseits zeichnet sich der erfindungsgemäße Belag
durch gute Festigkeit und guten Zusammenhalt des Belages aus. Bei Verwendung größerer
Korngrößen würde die Festigkeit bzw. der Zusammenhalt des Belages leiden und auch
die Verarbeitbarkeit erschwert oder sogar unmöglich gemacht, selbst wenn man den
Belag aufspachteln würde.
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Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß der Anteil des zugesetzten
geschäumten oder schäumungsfähigen Stoffes bei Verwendung von Perlit od. dgl. 40
bis 50 %
des Volumens der Dämmschicht, bei Polystyrol oder ähnlichen
Kunstschaumstoffen weniger als 200/, des Volumens beträgt, wobei die Kunstschaumstoffe
mit höherem spezifischem Gewicht mit höheren Volumenanteilen beteiligt sind.
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Als Schaumstoff, der in Form von Körnern oder Flocken der bekannten
Entdröhnungsmischung zugegeben werden kann, kann z. B. vorgeschäumtes Polystyrol
verwendet werden. Dieses hochpolymerisierte Styrol liegt in Form kleiner, fester
Körner vor und enthält ein Treibmittel, das durch Reaktion in der Hitze geschäumte
Körner erzeugt, die in das Entdröhnungsmittel entsprechend der Erfindung eingerührt
werden können.
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An Stelle des vorgeschäumten Polystyrols können genausogut Schaumstoffabfälle
in Form von Flocken oder Körnern verwendet werden, wie z. B. Abfälle von geschäumtem
Polyurethan, geschäumtem Polyvinylchlorid usw.
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Mischungen der beschriebenen Art sind z. B.: I. 10 kg Polyvinylchlorid,
10 kg expandiertes Vermiculit, 30 kg Wasser, 5 kg Weichmacher (Dibutylphtalat),
51 geschäumtes Polystyrol; 1I. 10 kg Polyvinylchlorid, 10 kg expandiertes Vermiculit,
30 kg Wasser, 5 kg Weichmacher, 0,15 kg ungeschäumtes Polystyrol; 111. 7
kg Polyacrylsäureester, 13 kg Glimmer, 25 kg Wasser, 3 kg Weichmacher, 8 1 geschäumtes
Polyurethan;
IV. 10 kg Polyvinylacetat, 4 kg Weichmacher, 6,5 kg
expandiertes Vermiculit, 24 kg Wasser, 7 kg Perlit; V. 10,0 kg Polyvinylacetat,
4,0 kg Weichmacher, 6,5 kg expandiertes Vermiculit, 45,0 kg Wasser, 50,01 Perlit.
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An Stelle der geschäumten Kunststoffe können auch geschäumte Naturstoffe
verwendet werden, wie z. B. Perlit. Dieser Perlit ist eine Abart von Obsidian, also
ein vulkanisches Glas, und enthält nicht chemisch gebundenes Wasser, weswegen er
bei schneller Erhitzung auf seinen Schmelzpunkt stark schäumt. Dadurch entstehen
nach der Erkaltung kleine blasige Perlchen, die dem Mineral den Namen gegeben haben.
Dieser mineralische Schaum kann für die neuen Mischungen ebenso verwendet werden
wie die Schäume aus Kunststoff.
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Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, ungeschäumte, aber
schäumungsfähige Stoffe' in gekörnter oder flockiger Form der Entdröhnungsmischung
zuzusetzen und nachträglich erst zum Schäumen zu bringen. Dies kann z. B. dadurch
geschehen, daß der Entdröhnungsmischung ungeschäumte Polystyrolkörner beigemischt
werden, die entweder beim Trocknen in der Hitze oder nach dem Trocknen bei erhöhter
Temperatur aufschäumen und auf diese Weise nachträglich die erfindungsgemäße Wirkung,
nämlich Verminderung des spezifischen Gewichtes und der Wärmeleitzahl, erzeugen.
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Besonders geeignet ist diese spezielle Mischung z. B. auch zur Herstellung
feuerhemmender Bauteile. Von einem feuerhemmenden Bauteil wird verlangt, daß er
über einen längeren Zeitraum eine solche Temperaturdifferenz aufrechterhält, daß
auf der dem Feuer abgewandten Seite die Temperaturen so niedrig bleiben, daß keine
Entzündung der dort vorhandenen Gegenstände möglich ist. In diesem. Sinne ist also
die Feuerhemmung im wesentlichen von der Wärmeisolation des feuerhemmenden Bauteils
abhängig. Es ist besönders vorteilhaft, daß für diesen Anwendungsfall die benötigte
niedrige Wärmeleitzahl erst dann erzeugt wird, wenn der Gefahrenfall eintritt. Außer
der niedrigen Wärmeleitzahl muß aber das Belagmaterial, das den Bauteil feuerhemmend
macht, selbst nicht brennbar oder wenigstens schwer entflammbar sein. Kunststoffe
können aber heute ohne weiteres schwer entflammbar oder unbrennbar eingestelltwerden,
so daß diese zweite Anforderung des Brandschutzes ohne weiteres erfüllbar ist. Bedeutungsvoll
ist diese neue, zusätzliche Eigenschaft der Entdröhnungsmittel z. B. bei der Entdröhnung
von Klimaanlagen in Gebäuden mit erhöhtem Brandschutz, wie Theatern, Lichtspielhäusern,
oder auch im Schiffbau.
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Vielfach werden bei der Serienproduktion die mit Entdröhnungsmittel
gespritzten Bleche, z. B. Autokarosserien, zur schnelleren Trocknung durch Trockenöfen
geleitet, so daß die Trocknung bei verhältnismäßig hohen Temperaturen erfolgt. In
diesen Fällen kann die Trocknungstemperatur oberhalb des Schmelzbereiches der verwendeten
Schaumstoffe liegen. Dieses Schmelzen der Schaumstoffe stört aber den der Erfindung
entsprechenden Effekt nicht, weil 1. durch das Schmelzen der Schaumstoffkörner Hohlräume
bleiben, die zur Herabsetzung des spezifischen Gewichtes beitragen, 2. durch die
so entstandenen Hohlräume die Luft ein bestehendes Temperaturgefälle nicht ausgleichen
kann und daher auch die Wärmeleitzahl der gesamten Schicht niedrig bleibt, 3. die
geschmolzenen Schaumstoffe eine feste, harte Kruste um den Hohlraum bilden, der
die Nachgiebigkeit der Belagschicht durch die Hohlräume verhindert und dadurch die
Steifigkeit des löcherigen Belages erhält bzw. sogar erhöht.
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Das gleiche Ergebnis wird z. B. auch dann erzielt, wenn das Entdröhnungsmittel
bei Temperaturen unter dem Schmelzbereich der Schaumstoffe trocknet, die entdröhnten
Bleche aber nachträglich im Betrieb auf Temperaturen erhitzt werden, die oberhalb
des Schmelzbereiches der Schaumstoffe liegen. Dieser Fall kann z. B. dann eintreten,
wenn in einer Ventilatorenfabrik keine Ofentrocknung der gespritzten Ventilatoren
möglich ist, die gespritzten Ventilatoren aber später für die Förderung von Heißluft
oder Heißdampf eingesetzt werden.
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Die praktische Verarbeitung dieser Werkstoffe ist im übrigen mit den
gleichen einfachen Verarbeitungsverfahren möglich wie bei den bekannten Entdröhnungsmitteln.
Sie können also im Spritzverfahren auf die Bleche aufgetragen oder aufgespachtelt
werden. Eventuell ist für das eine oder andere dieser Verfahren eine geringfügige
Veränderung der Konsistenz durchzuführen, die aber durch Zugabe von Verdünnungsmitteln,
bei wäßrigen Dispersionen z. B. Wasser, bei Produkten mit leichtflüchtigen organischen
Flüssigkeiten durch weitere Zugabe dieser, spritz- oder spachtelfähig eingestellt
werden kann.
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Zweckmäßig wird die Korngröße der Zusatzstoffe bis auf etwa 6 mm beschränkt,
um die Mischung verspritzen zu können.
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Mit der Zugabe von schäumungsfähigen Stoffen läßt sich auch noch eine
besondere Art der Dichtung erzeugen. Während die bisherigen Entdröhnungsmittel und
mit ihnen alle landläufigen Dichtungsmittel, insbesondere sogenannte Punktschweißpasten,
wenn sie z. B. über Punktschweißnähte oder Fugen gespritzt wurden, diese abdeckten
und nach dem Trocknen einen dichten Film bildeten, können mit der neuen Kombination
völlig andersartige Dichtungseffekte erzielt werden, indem man die Volumenvergrößerung
beim Aufschäumen ausnutzt. Zu diesem Zweck werden Löcher oder Durchbrüche ganz oder
teilweise mit dem beschriebenen Material ausgefüllt und der Schäumungsprozeß beispielsweise
durch Erhitzen eingeleitet. Auf diese Weise wird der Durchbruch vollständig ausgefüllt
und damit abgedichtet. Dadurch, daß die Schaumstoffkörner aber in einem Bindemittel
großer Steifigkeit und guter Haftung eingebettet sind, hält dieser durch nachträgliches
Schäumen hergestellte Dichtungspfropfen auch hohe Druckbeanspruchungen aus.