Die vorliegende Erfindung betrifft ein schalldämpfendes Ver¬ bundwerk zur Lärmreduktion, mit mindestens einem schwing¬ fähigen Bauteil vorzugsweise aus Blech oder Kunststoff und einer schwingungsdämpfenden Dämpfungsfolie, sowie eine für die Verwendung in diesem Verbundwerk besonders geeignete schwingungsdämpfende Dämpfungsfolie.

Solche schalldämpfenden Verbundwerke finden sich im wesent¬ lichen im Automobilbau, wo Bodenbleche, Stirnwände, Türen, Dächer usw. mit Dämpfungsfolien beschichtet werden, um den von diesem Karosserieteil erzeugten Lärmpegel zu reduzieren. Massnahmen zur Reduktion von Schallimmissionen sind von besonderer Bedeutung, da die durch Lärm auftretenden Beein¬ trächtigungen anerkanntermassen zu subjektivem Unwohlsein, beispielsweise Kopfschmerzen, Herzklopfen oder erhöhtem Blutdruck führen. Es ist deshalb das Bestreben der modernen Automobilindustrie, den Geräuschpegel der Fahrzeuge so weit wie möglich zu reduzieren.

Die bekannten Massnahmen zur Reduktion des von vibrierenden Bau- oder Karosserieteilen erzeugten Lärmpegels beschränken sich auf Versteifungen und Dämpfung der fraglichen Bau- oder Karosserieteile und auf zusätzliche Massnahmen zur Schall¬ isolation. So bestehen bekannte schalldämpfende Verbundwerke im wesentlichen aus einem Karosserieteil und einer darauf aufgeklebten bzw. aufgeschmolzenen biegesteifen, verlust¬ behafteten Dämpfungsfolie, auf welche üblicherweise wiederum schallisolierende Schichten, sowie eine Dekor- oder

Teppichlage aufgebracht sind. Die dabei verwendeten biege¬ steifen Dämpfungsfolien sind jedem Fachmann unter den verschiedensten Handelsnamen bekannt, beispielsweise Bitu¬ menfolie X999/3-UKN.

Diese biegesteifen Dämpfungsfolien weisen verschiedene für ihre Verwendung nachteilige Eigenschaften auf. Einerseits bedingt die Applikation der verschiedenen zugeschnittenen Folien viel Platz in der Fertigungslinie und beansprucht eine aufwendige Logistik. Andererseits neigen diese Dämpfungsfolien dazu, beim Zuschneiden und bei der Verarbei¬ tung abzubröckeln und Krümel zu bilden. Diese Krümel ver¬ schmutzen jedoch die bei der Fertigung von Fahrzeugen ver¬ wendeten Tauchbäder, insbesondere Farbbäder, in untolerier- barer Weise und machen zusätzliche Reinigungsmassnahmen erforderlich, welche die Herstellungskosten zusätzlich erhöhen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser biegesteifen Dämpfungsfolien liegt auch in ihren temperaturabhängigen Ma¬ terialeigenschaften.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schalldämpfendes Verbundwerk zu schaffen, welches die tech¬ nischen Mängel der bekannten Verbundwerke nicht aufweist.

Insbesondere soll ein schalldämpfendes Verbundwerk geschaf¬ fen werden, dessen Schalldämpfungswirksamkeit gegenüber den herkömmlichen Verbundwerken verbessert ist, eine kostengün¬ stige Montage ohne Verschmutzung der bei der Fertigung von Fahrzeugen verwendeten Tauchbäder erlaubt und auch nach län¬ gerem Gebrauch keine wesentlichen Ermüdungs- und Ver-

schleisserscheinungen aufweist, d.h. seine Schalldämpfungs¬ wirksamkeit unvermindert beibehält.

Darüberhinaus wird den Forderungen der Industriegesellschaft nach Wiederverwendbarkeit (Recycling) Rechnung getragen. Insbesondere lässt sich das vorliegende Verbundwerk ausserst einfach demontieren.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem schalldämpfen¬ den Verbundwerk der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die schwingungsdämpfende Dämpfungsfolie mindestens aus einer biegeweichen Schwerfolie und einer damit fest verbundenen visko-elastischen Auf¬ lage-Lage besteht, welche Auflage-Lage eine Vielzahl kantig strukturierte Auflageelemente umfasst,

- die Dämpfungsfolie mit ihrer Auflage-Lage lose auf dem schwingfähigen Bauteil aufliegt,

- und die einzelnen Auflageelemente derart geformt und ange¬ ordnet sind, dass sie zusammen mit dem schwingfähigen Bauteil und der biegeweichen Schwerfolie ein zusammen¬ hängendes Hohlraumlabyrinth mit akustisch wirksamen Kavi- täten bilden.

Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemässe Verbundwerk ein gegenüber den bekannten schalldämpfenden Verbundwerken erheblich verbessertes Dämpfungsverhalten aufweist, insbe¬ sondere in den im Automobilbau störenden Frequenzbereichen. Damit können die akustischen Eigenschaften des schalldämp¬ fenden Verbundwerks wesentlich verbessert werden, ohne die Dicke der Dämpfungsfolie weiter zu erhöhen, bzw. das Flä¬ chengewicht des Verbundwerks zu vergrössern.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verbundwerks liegt in seiner Herstellung bei der Verwendung im Automobil¬ bau. Da die schalldämpfende Dämpfungsfolie für das vorlie¬ gende Verbundwerk nicht aufgeklebt oder aufgeschmolzen wird, kann diese ins Fahrzeug eingelegt werden, nachdem die Fahr¬ zeugkarosserie ins Tauchbad getaucht und im Ofen getrocknet worden ist. Damit wird vermieden, dass Krümel der Dämpfungs¬ folie das Tauchbad verschmutzen. Insbesondere kann die Folie auch in dem schallisolierenden Aufbau integriet sein, wo¬ durch der Arbeitsgang des Einlegens der Folie entfällt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verbundwerks ergibt sich aus der Verwendung einer biegewei¬ chen Schwerfolie, welche die erwünschten akustischen Wir¬ kungen in einem wesentlich breiteren Temperaturintervall aufweist als herkömmliche biegesteife Bitumen-Folien. Aus- serdem wird durch das beabstandete Auflegen der Schwerfolie die Temperaturkopplung zwischen dem Karosserieteil und der Schwerfolie verringert, was die Wirksamkeit des Verbundwerks auch bei extremen Temperaturen weiter verbessert.

Die verbesserte Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verbund¬ werks ist für den Fachmann insofern überraschend, als einer¬ seits der Materialverlustfaktor einer biegeweichen Schwer¬ folie kleiner ist als bei biegesteifen Materialien und an¬ dererseits durch blosses Auflegen der Dämpfungsfolie das Verbundwerk, gegenüber den Verbundwerken mit aufgeklebter oder aufgeschmolzener Dämpfungsfolie, keine relevante Ver¬ steifung aufweist.

Die deutlich verbesserte akustische Dämpfungswirksamkeit liegt wesentlich im Verhalten der Grenzschicht zwischen

Dämpfungsfolie und schwingendem Bau- oder Karosserieteil. Einerseits sorgt die äussere Reibung an dieser Grenzschicht (durch Umwandlung von Schwingungsenergie in Wärme) für offenbar höhere Energieverluste als bei den üblichen ver¬ klebten bzw. verschmolzenen Verbundwerken, andererseits können die Dämpfungsfolie und das Bau- oder Karosserieteil mindestens in Teilbereichen auch gegenläufig frei schwingen und ermöglichen somit einen mechanischen Impulsaustausch mit ausserst wirksamem Dämpfungseffekt.

Wesentlich für die Verbesserung des Verlustmechanismus ist die kantig-strukturierte Auflage-Lage, welche einerseits durch die Ausgestaltung der leicht verformbaren Auflageele¬ mente die Materialverluste der Dämpfungsfolie durch vergrös- serte Deformationen in diesen Elementen in verbesserter Weise anspricht und andererseits durch die besondere Anord¬ nung dieser Auflageelemente ein zusammenhängendes Hohlraum¬ labyrinth mit akustisch wirksamen Kavitäten bildet, welche die Reibungs- und Reflexionsverluste der hin- und her¬ schwingenden Luft drastisch erhöhen.

In einer bevorzugten Ausführungsform haben diese Auflageele¬ mente ein sternförmiges Profil und sind so angeordnet, dass sich dreieckförmige Kavitäten bilden.

In einer anderen Ausführungsform sind die Auflageelemente derart ausgeformt und angeordnet, dass sich kreisförmige Ka¬ vitäten bilden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale des erfin- dungsgemässen Verbundwerks ergeben sich aus den Ansprüchen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Ver- bundwerk, Fig. 2 eine besondere Anordnung und Ausformung von Auflage- elementen in der Auflage-Lage des erfindungsgemässen

Verbundwerks,

Fig. 3 eine bevorzugte Anordnung und Ausformung von Auflage- Elementen in der Auflage-Lage des erfindungsgemässen Verbundwerks.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbundwerk 1 umfasst ein schwingfähiges Bauteil 2, auf welchem die schwingungs¬ dämpfende Dämpfungsfolie 3 aufgelegt ist. Dabei ist es für die Erfindung unwesentlich, ob das Bauteil 2 aus Blech oder Kunststoff gefertigt ist. Als Dämpfungsfolie 3 kann jedes in der Fahrzeugindustrie üblicherweise verwendete Schwer¬ schichtmaterial verwendet werden. Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind eine Vielzahl solcher Produkte bekannt. In einer erprobten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verbund¬ werks wird eine EPDM-Folie als Dämpfungsfolie verwendet. Ueblicherweise weisen diese Dämpfungsfolien eine Dicke von 3 bis 6 mm auf.

Die für das vorliegende Verbundwerk verwendete Dämpfungsfo¬ lie 3 besteht erfindungsgemäss aus einer biegeweichen Schwerfolie 5 und einer damit fest verbundenen Auflage-Lage 4. Unter einer biegeweichen Schwerfolie soll im folgenden eine Folie verstanden werden, deren Biegesteifigkeit bei

Raumtemperatur wesentlich kleiner ist als diejenige einer Bitumenfolie mit grossem E-Modul, insbesondere ist bei Zimmertemperatur (ca. 23°) der statische Biegewiderstand pro Einheit der Querschnittsfläche und pro Einheit des Biege¬ winkels um etwa einen Faktor 4 - 6 kleiner als bei den üblicherweise verwendeten biegesteifen Dämfpungsfolien.

Die mit der biegeweichen Schwerschicht 5 fest verbundene Auflage-Lage 4 setzt sich aus einer Vielzahl Auflageelemente 6 zusammen. Diese Auflageelemente 6 können aus irgendeinem Material bestehen, welches einerseits einen hohen Gleitrei¬ bungskoeffizienten und andererseits einen hohen Verlustfak¬ tor aufweist, um eine befriedigende akustische Wirksamkeit durch direkte Reibungsverluste und durch visko-elastische Deformationsverluste zu erzielen. Diese Auflageelemente 6 können direkt aufgeklebt oder mit Hilfe einer Trägerfolie an der Schwerfolie befestigt oder durch Prägung direkt in die Schwerfolie eingeprägt werden. In einer erprobten Ausfüh¬ rungsform wurde eine 6 mm dicke biegeweiche Schwerfolie so geprägt, dass diese Auflageelemente 6 als ungeprägte Teilbe¬ reiche bestehen blieben und eine Dicke von 1 bis 2 mm auf¬ wiesen.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Ver¬ bundwerks ist auf der Schwerfolie 5 eine schallisolierende Schicht 7 aufgebracht. Solche schallisolierenden Schichten 7 sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise eine als Masse-Feder-System funktionierende Sandwich-Struktur aufwei¬ sen. In der Regel weisen diese schallisolierenden Schichten eine Dicke von ca. 20 mm auf.

üeber der schallisolierenden Schicht 7 liegt insbesondere auch eine Dekor- oder Teppichschicht, wie sie in der Automo¬ bilindustrie üblich ist.

Für besondere Anwendungen, beispielsweise als Bodenbelag im Bausektor mit hoher lokaler Belastbarkeit (Teppichfliesen, PVC- oder andere Beläge) kann die schallisolierende Schicht aus Hartschaum oder verdichteten textilen oder mineralischen Vliesen bestehen oder ganz entfallen.

Ein derart aufgebautes Verbundwerk dämpft gleichzeitig so¬ wohl die senkrecht zum Bauteil stehenden Schwingungs¬ komponenten, im folgenden als Normalkomponenten bezeichnet, als auch die parallel zum Bauteil stehenden Schwingungs¬ komponenten, im folgenden als Transversalkomponenten be¬ zeichnet. Die direkt von dem Bauteil 2 auf die Dämpfungs¬ folie 3 übertragenen Normalkomponenten verursachen innere Deformationen und Biegeschwingungen der Folie, deren hoher Verlustfaktor wesentlich zur Dämpfung beiträgt. Dadurch, dass die Dämpfungsfolie 3 nur lose auf dem Bauteil 2 auf¬ liegt, wird es der Folie ermöglicht, sich unter Umständen teilweise von dem Bauteil 2 abzuheben und beim Zurückfallen das Bauteil 2 mit einem entgegengerichteten Impulsstoss stark zu dämpfen.

Ein weiterer schalldämpfender Mechanismus zeigt sich bei Vi¬ brationen in transversaler Richtung und besteht hauptsäch¬ lich in Scherdeformationen bei Biegeschwingungen. Diese Vibrationen deformieren die einzelnen stegförmigen Auflage¬ elemente 6, wodurch wiederum Bewegungsenergie in Deforma¬ tionsenergie umgewandelt wird. Dabei erweist es sich als wesentlich, dass die einzelnen Auflageelemente 6 kantig

strukturiert sind, um damit erhöhte visko-elastische Verluste in den Bereichen der einzelnen Kanten zu erzielen.

Eine wesentliche Dämpfungswirkung wird aber durch die äusse- re Reibung zwischen der Auflage-Lage 4 und dem Bauteil 2 bewirkt, welche Reibung die Schwingungsenergie unmittelbar in Reibungswärme umwandelt und somit dem schwingenden System entzieht.

Das erfindungsgemässe Verbundwerk schenkt den dissipativen Mechanismen in der Grenzschicht und Auflage-Lage erhöhte Aufmerksamkeit. Insbesondere wird auch ein Grossteil der Schwingungsenergie der zwischen dem Bauteil 2 und der biegeweichen Schwerfolie 5 schwingenden Luft vernichtet. Dazu sind die Auflageelemente 6 in besonderer Art und Weise geformt und angeordnet. Insbesondere bilden die Auflageele¬ mente 6 zusammen mit dem Bauteil 2 und der Schwerfolie 5 ein Hohlraumlabyrinth, welches es der schwingenden Luft erlaubt, sich in transversaler Richtung über die ganze schwingfähige Fläche zu bewegen. Dabei verliert die schwingende Luft insbesondere durch Reibungs- und Reflexionsverluste in erhöhtem Mass Schallenergie. Wesentlich für die vorliegende Erfindung sind die durch die besondere Ausformung und Anordnung der Auflageelemente 6 gebildeten Kavitäten 12. Diese offenen Kavitäten sind derart dimensioniert, dass die für den Automobilbau relevanten Schallfrequenzen optimal re¬ sorbiert werden. Die schalldämpfenden Wirkungen dieser Hohl¬ räume erweisen sich als überraschend hoch.

Fig. 2 und 3 zeigen Ausformungen und Anordnungen von erprob¬ ten Auflageelementen 6, welche in ihrer Gesamtheit die Auf¬ lage-Lage 4 bilden. In den erprobten Ausführungsformen wei-

- lö ¬

sen die akustisch wirksamen Kavitäten 12 eine Grundfläche

2 von ca. 1 bzw. 5 cm auf und haben eine Hohe von ca. 1 mm.

Dabei ist es aus den oben näher erläuterten Gründen wichtig, dass die einzelnen Kavitäten 12 untereinander direkt und/ oder indirekt verbunden sind. Diese Verbindungsöffnungen weisen in der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration mit kreis¬ förmiger Grundfläche eine lichte Weite von ca. 3 mm auf und eine Länge von 5 mm.

Bei der. in Fig. 3 dargestellten Konfiguration der Auflage¬ elemente zeigt sich, dass. bei normalen Temperaturen von 23°C und einer für den Automobilbau charakteristischen Eigenfre¬ quenz des Bodenblechs von ca. 130 Hz, die Dämpfungskonstante für das Abklingen der Plattenschwingung um bis zu einem Fak¬ tor 2 besser war als für eine vergleichbare unstrukturierte Bitumenfolie. Die Seitenlängen dieser dreieckförmigen Kavi¬ täten betragen in dieser Ausführungsform ca. 2 cm, während die Breite der einzelnen Stege dieser sternförmigen Auflage¬ elemente 6 etwa 5 mm beträgt.

Es versteht sich von selbst, dass andere Dimensionierungen der vorliegenden Auflageelemente 4 und/oder deren Konfigura¬ tionen vom Fachmann ohne erfinderisches Zutun vorgenommen werden können, um das Verbundwerk an den jeweiligen Verwen¬ dungszweck optimal anpassen zu können. Inbesondere sind für den Fachmann auch Auflage-Lagen 4 denkbar, bei welchen die Auflageelemente 6 aus verschiedenen Materialien bestehen können und insbesondere unterschiedliche Dichte aufweisen können. Es versteht sich von selbst, dass auch Massnahmen zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten zwischen Auflage-Lage 4 und Bauteil 2 im allgemeinen technischen Können des Fachmanns liegen.

Der vorliegende Erfindungsgegenstand und damit alle im ge¬ wöhnlichen Handeln des Fachmanns liegenden Modifikationen desselben zeichnen sich durch die Kombination der bean¬ spruchten Merkmale und durch die dadurch erzielte akustische Wirksamkeit aus.

Das oben beschriebene schalldämpfende Verbundwerk kann an Motorfahrzeugen jeder Art ebenso verwendet werden, wie an Bau- oder Industriemaschinen, deren Lärmpegel untolerierbare Werte aufweisen.

Das schalldämpfende Verbundwerk kann aber auch im Baubereich als schalldämpfender Bodenbelag verwendet werden. Bei beson¬ deren Anforderungen an die lokale Belastbarkeit kann die Federschicht durch einen Hartschaum oder verdichtete textile oder mineralische Vliese ersetzt werden oder ganz entfallen. Man erreicht damit eine verbesserte Trittschalldämmung und durch teilweise Abkopplung von der Gebäudedecke eine Vermin¬ derung der Schallübertragung in benachbarte oder darunter¬ liegende Räume.

Schliesslich kann die Dämpfungsfolie 3 des schalldämpfenden Verbundwerkes 1 als effektiver Schwingungsdämpfer für hohe Flächenpressungen ausgelegt werden. Man hat dazu die Stege der Auflage-Lage 4 und die Schwerfolie 5 aus gefüllten Elastomeren (Gummi) herzustellen und zur Erhöhung der flächenspezifischen Belastbarkeit die Schwerfolie 5 mit Langfasern (Stahl-, Kevlar-, Glas-, Kohlefasern etc.) einschichtig oder mehrschichtig im rechtwinkligen oder schiefwinkligen Kreuzverbund zu verstärken. Verstärkung durch Kurzfasern mit statistischer Richtungsverteilung in der Ebene der Schwerfolie erhöht ebenfalls die flächen-

spezifische Belastbarkeit. Solche faserverstärkten Schwer¬ folien mit einseitigen oder beidseitigen offenen Steg¬ strukturen gemäss Fig. 2 und Fig. 3 gestatten Stauch¬ deformationen in Dickenrichtung und Scherdeformationen, d.h. Stegstauchungen, in der Schichtebene. Biegedeformationen hingegen sind nur bei erheblichen Biegemomenten möglich. Diese faserverstärkten Schwerfolien resp. Dämpfungsschichten mit offenen Stegstrukturen an einer oder an beiden Ober¬ flächen besitzen ein wesentlich verbessertes Dämpfungs¬ verhalten bei Stauch- und Scherschwingungen, als gleich dicke Schichten mit kompakter Oberfläche. Sie sind deshalb als effektive Schwingungsdämpfer mit hoher Flächenpressung im Baubereich zur Unterbrechung von Körperschal1- Ausbreitungswegen einsetzbar.

Durch Aufbringen solcher Dämpfungsschichten an Mauerwerk erzielt man eine wirksame akustische Entkopplung von Gebäudeteilen bei gleichzeitiger machanischer Belastbarkeit und Dauerstauchfestigkeit.