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Title:
VISCOELASTIC DAMPING BODY AND METHOD FOR PRODUCING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/207538
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a viscoelastic damping body (1, 20, 30), comprising at least one spring element (4) and at least one damping element coupled thereto, wherein the method is characterized in that the damping element and optionally also the spring element (4) are produced by means of a 3-D printing method. The invention further relates to a viscoelastic damping body (1, 20, 30) that is or can be produced according to such a method and to a volume body comprising or consisting of a plurality of such damping bodies (1, 20, 30).

Inventors:
BÜSGEN, Thomas (Düsseldorfer Str. 165, Köln, 51063, DE)
ACHTEN, Dirk (Salamanderweg 43, Leverkusen, 51375, DE)
DEGIORGIO, Nicolas (Oberbruchstr. 190, Krefeld, 47807, DE)
HÄTTIG, Jürgen (lm Kerberich 41c, Odenthal, 51519, DE)
REICHERT, Peter (Frau-Holle-Weg 2, Dormagen, 41541, DE)
Application Number:
EP2017/062986
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
May 30, 2017
Export Citation:
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Assignee:
COVESTRO DEUTSCHLAND AG (Kaiser-Wilhelm-Allee 60, Leverkusen, 51373, DE)
International Classes:
A47C27/06; B33Y10/00; B33Y80/00; F16F1/00
Attorney, Agent or Firm:
LEVPAT (Covestro AG, Gebäude 4825, Leverkusen, 51365, DE)
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Claims:
Ansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines visko-elastischen Dämpfungskörpers (1, 20, 30) umfassend mindestens ein Federelement (4) und mindestens ein damit gekoppeltes Dämp fungs el ement, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement sowie optional auch das Federelement über ein 3 D-Druck verfahren erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) oder das Dämpfungselement teilweise oder vollständig als mit mindestens einem mit Fluid gefüllter Hohlkörper (2) ausgestaltet und mit zumindest einer Durchlassöffnung (3, 14, 25, 34) versehen ist, wobei das Fluid insbesondere ausgewählt ist aus Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Ölen, Wasser, Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen, ionischen Flüssigkeiten, elektro-rheologischen, magneto-rheologischen, newtonischen, visko-elastischen, rheopexen, thixotropen Flüssigkeiten oder Mischungen von diesen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 0,01 bis 100 Durchlas sö ffnungen (3, 14, 25, 34) pro cm2 Auß enob ertliche des Dämpfungselements oder des Dämpfungskörpers (1, 20, 30) vorgesehen sind und / oder die Durchlassöffnungen (3, 14, 25, 34) unabhängig voneinander einen Durchmesser von 10 bis 5000 μιη aufweisen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffhungen (3, 14, 25, 34) erst nach der Herstellung des Hohlkörpers (2) erzeugt werden, insbesondere durch chemisches Herauslösen oder Schmelzen eines Opfermaterials aus der Wandung des Dämp fungs elements.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) derart ausgestaltet ist, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) eine Stauchhärte von 0,01 bis 1000 kPa aufweist, gemessen nach DIN EN ISO 3386-1 :2010-09, insbesondere von 0,1 bis 500 kPa, oder von 0,5 bis 100 kPa.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und das Dämpfungselement eines Dämpfungskörpers (1, 20, 30) in einem Bauteil realisiert ist, insbesondere in Form eines mit mehr als einer Einschnürung versehenen Hohlkörpers (10) mit wenigstens einer Durchlas sö f f ung (14).

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Federelementen (4) und Dämp fungs el ementen parallel und / oder sequentiell zueinander geschaltet und wenigstens teilweise untereinander gekoppelt sind.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) einen Druckverformungsrest nach einer 10 %igen Kompression von < 2 % aufweist, gemessen nach DIN ISO 815-1 :2010-09.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) bei einer Druck- oder Zugverformung in Wirkungsrichtung eine Dämpfung tan δ von 0,05 bis 2 aufweist, insbesondere von 0,1 bis 1, gemessen nach DIN 53535:1982-03.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SD- Druckverfahren ausgewählt ist aus Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF), Ink- Jet-Printing, Photopolymer- Jetting, Stereo Lithograhpy, Selective Laser Sintering, Digital Light Processing based additive manufacturing System, Continuous Liquid Interface Production, Selective Laser Melting, Binder Jetting based additive manufacturing, Multijet Fusion based additive manufacturing, High Speed Sintering Process und Laminated Object Modelling.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug- Modul der verwendeten Materialien des Dämpfungskörpers (1, 20, 30) < 250GPa ist, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1 :2009-12, insbesondere von 0,05 bis 150 GPa.

12. Verfahren nach einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und das Dämpfungselement aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Federelements (4) und des Dämpfungselements unabhängig voneinander ausgewählt ist aus Metallen, Kunststoffen und Kompositen, insbesondere aus thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffformulierungen auf Basis von Polyamiden, Polyurethanen, Polyestern, Polyimiden, Polyetherkethonen, Polycarbonaten, Polyacrylaten, Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyoxymethylen und / oder vernetzten Materialien auf Basis von Polyepoxiden, Polyurethanen, Polysilikonen, Polyacrylaten, Polyestern sowie deren Mischungen und Mischpolymerisate.

14. Visko-elastischer Dämpfungskörper (1, 20, 30), hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Dämpfungskörper (1, 20, 30) vorzugsweise als perforierter Hohlvolumenkörper (1) ausgebildet ist oder dessen Dämpfungselement als perforierter Hohlvolumenkörper (1) ausgebildet ist, wobei der perforierte Hohlvolumenkörper (1) insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:

• Hohl volumen: 1 μΐ, bis 1 L, bevorzugt 10 bis 100 mL

• Dicke des Materials: 10 μιη bis 1 cm, bevorzugt 50 μηι bis 0,5 cm

• Durchmesser der Durchlassöffnungen: 10 bis 5000 μηι

• Porenanzahl/cm2 Außenfläche: 0,01 bis 100

• Fläche Poren/cm2 Außenfläche: 0,1 bis 10 mm2

• E-Modul nach DIN EN ISO 604: 2003-12 des verwendeten Materials: < 2 GPa, insbesondere von 1 bis 1000 MPa, bevorzugt 2-500 MPa.

Ein Volumenkörper, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von Dämpfungskörpern (1, 20, 30) nach Anspruch 14, wobei der Volum enkörp er insbesondere eine Matratze ist.

Description:
V isko-elastiseher Dämpfungskörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines visko-elastischen Dämpfungskörpers umfassend mindestens ein Federelement und mindestens ein damit gekoppeltes Dämpfungselement. Die Erfindung betrifft ferner einen visko-elastischen Dämpfungskörper, hergestellt oder herstellbar nach einem solchen Verfahren sowie einen Volumenkörper, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von derartigen Dämpfungskörp ern . Dämpfungskörper der eingangs genannten Art können beispielsweise in Matratzen verwendet werden, wie in EP 1 962 644 A2 beschrieben ist. Darin ist eine Vielzahl von Dämpfungskörpern als Verbund in einer Matratze zusammengefasst.

Aus DE 20 2005 015 047 Ul ist eine Kombinationsmatratz e bekannt, die sich aus einer Vielzahl an Federelementen zusammensetzt, welche an ihren Umfangsflächen aneinander grenzen und mittels eines umlaufenden Bandes zusammengehalten werden. Um das Band zu befestigen, weisen die Federelemente eine Nut auf. Die Federelemente werden aus Latex hergestellt.

Weiterhin sind Federkernmatratzen bekannt, bei denen in Stofftaschen eingebrachte Metallfedern als Federelemente vorgesehen sind. Der so gebildete Metallfederkem wird auch als Bonnellfederkern oder Taschenfederkern bezeichnet. Oberhalb des Metallfederkerns wird eine aus Schaumstoff bestehende Polsterung positioniert, die in der Regel aus Blockschaum gefertigt ist und eine bestimmte Elastizität aufweist. Ferner sind S chaumstoffmatratzen mit in den Schaumstoffkern eingearbeiteten Drahtfedern bekannt.

Aus der DE 299 18 893 Ul ist ein Polsterelement für Möbel und Matratzen bekannt, bei dem eine Vielzahl von Federelementen zu einem flächigen Verbund zusammengestellt ist. Hierbei sind die Federelemente aus Schafwolle gefertigt und in vorzugsweise aus Baumwolle hergestellten Taschen eingefüllt, wobei die oberen Stirnseiten der Taschenfedern die spätere La st fläche bilden. Zur Schaffung eines großflächigen Polsterelementes wird eine Vielzahl der Federelemente nebeneinander angeordnet und in einzelnen Reihen jeweils miteinander verbunden, vorzugsweise miteinander vernäht.

Ferner ist aus der DE 39 37 214 AI ein Polsterelement zur Lagerung eines liegenden menschlichen Körpers bekannt. Ein Matratzenteil aus elastischem Werkstoff, wie beispielsweise Schaumstoff, weist eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Kanäle auf, in die Einsatzstücke unterschiedlicher Elastizität eingeschoben sind, so dass das Matratzenteil über seine Liegefläche lokal unterschiedliche Elastizitätsbereiche aufweist. Die Einsatzstücke können aus einem elastischen Werkstoff entsprechend demjenigen des Matratzenteils bestehen.

DE 10 2015 100 816 B3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines körperstützenden Elements, wie z.B. einer Matratze, anhand von Druckdaten mittels eines 3 D-Druckers. Anhand der Druckdaten können Bereiche unterschiedlicher Elastizität durch die Bildung von Hohlräumen unterschiedlicher Größen und/oder unterschiedlicher Anzahl durch den 3 D- Drucker erzeugt werden.

Aus WO 2007/085548 AI ist ferner bekannt, dass visko-elastische Polyurethan- Weichschaumstoffe als Material für Matratzen eingesetzt werden können.

Die vorgenannten Verfahren sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So sind bei der Herstellung von Matratzen aus visko-elastischen Polyurethan-Weichschaumstoffen die Möglichkeiten einer individuellen Anpassung der Dämpfungseigenschaften an die jeweiligen Bedürfnisse beschränkt. Bei den herkömmlichen Methoden zur Herstellung von Federkernmatratzen kommt hinzu, dass das Zusammenstellen der einzelnen Bauelemente aufwendig ist. Auch sind hier aufgrund der bauartbedingten Größe der eingesetzten Schraubenfedern die Möglichkeiten einer ortaufgelösten Anpassung der Dämpfungseigenschaften sehr begrenzt. Die wenig individualisierbaren Fertigungsprozesse erlauben auch hier kaum eine wirtschaftlich sinnvolle Einzelanfertigung.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, mindestens einen Nachteil des Standes der Technik wenigstens zu einem Teil zu überwinden. Weiterhin bestand eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines visko-elastischen Dämpfungskörpers zur Verfügung zu stellen, das die Herstellung von Dämpfungskörpern mit individuell einstellbarem visko-elastischem Verhalten bei gleichzeitig hoher Ortsauflösung erlaubt. Die erzeugten Dämp fungskörp er sollen sich beispielsweise als mechanischer Schwingungsdämpfer oder zum Einsatz für eine Matratze eignen.

Mindestens eine Aufgabe wird bei einem visko-elastischen Dämpfungskörper der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Dämpfungselement sowie optional auch das Federelement über ein 3 D- Druckverfahren erzeugt wird.

Gegenstand der Erfindung ist damit ein Verfahren zur Herstellung eines visko-elastischen Dämpfungskörpers umfassend mindestens ein Federelement und mindestens ein damit gekoppeltes Dämpfungselement, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dämpfungselement sowie optional auch das Federelement über ein 3 D-Druckverfahren erzeugt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mithilfe eines 3 D-Druck Verfahrens eine individualisierte Anpassung der Dämpfungseigenschaften möglich ist. Individualisiert bedeutet hierbei, dass nicht nur Einzelstücke wirtschaftlich sinnvoll erzeugt werden können, sondern dass auch die Dämpfungseigenschaften eines Dämp fungskörp er s an unterschiedlichen Punkten des Körpers wunschgemäß eingestellt werden können und das mit einer hohen Ortsauflösung. Damit kann beispielsweise eine Matratze auf einen Kunden nach den anatomischen Erfordernissen beziehungsweise Bedürfnissen individuell erstellt werden. Um beispielsweise eine optimale Druckverteilung beim Liegen auf der Matratze zu erreichen, kann zunächst ein Druckprofil des Körpers auf einer Sensorfläche aufgenommen und die so gewonnenen Daten für die Individualisierung der Matratze verwendet werden. Die Daten werden dann dem 3 D-Druckverfahren in an sich bekannter Weise zugeführt.

Das 3 D- Druckverfahren kann beispielsweise ausgewählt sein aus Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF), Ink-Jet-Printing, Photopolymer-Jetting, Stereo Lithograhpy, Selective Laser Sintering, Digital Light Processing based additive manufacturing System, Continuous Liquid Interface Production, Selective Laser Melting, Binder Jetting based additive manufacturing, Multijet Fusion based additive manufacturing, High Speed Sintering Process und Laminated Object Modelling oder einer Kombination aus mindestens zwei hiervon.

Der Begriff„Fused Filament Fabrication" ( FFF; deutsch: Schmelzschichtung, manchmal auch Plastic Jet Printing (PJP) genannt), wie hierin verwendet, bezeichnet ein F ertigungs verfahren aus dem Bereich der additiven Fertigung, mit dem ein Werkstück schichtweise beispielsweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff aufgebaut wird. Der Kunststoff kann mit oder ohne weitere Zusätze wie Fasern eingesetzt werden. Maschinen für das FFF gehören zur Maschinenklasse der 3 D- Drucker. Dieses Verfahren basiert auf der Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff- oder Wachsmaterials durch Erwärmung. Beim abschließenden Abkühlen erstarrt das Material. Der Materialauftrag erfolgt durch Extrusion mit einer in Bezug auf eine Fertigungsebene frei verfahrbaren Heizdüse. Dabei kann entweder die Fertigungsebene fix sein und die Düse ist frei verfahrbar oder eine Düse ist fix und ein Substrattisch (mit einer Fertigungsebene) kann verfahren werden oder beide Elemente, Düse und Fertigungseben, sind verfahrbar. Die Geschwindigkeit mit der Untergrund und Düse zueinander verfahrbar sind liegt bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 200 mm/s. Die Schichtdicke liegt je nach Anwendungsfall in einem Bereich von 0,025 und 1 ,25 mm, der Austrittsdurchmesser des Materialstrahls (Düsenauslassdurchmesser) von der Düse beträgt typischerweise mindestens bei 0,05 mm. Bei der schichtweisen Modellherstellung verbinden sich damit die einzelnen Schichten zu einem komplexen Teil. Der Aufbau eines Körpers erfolgt üblich indem wiederholt, jeweils zeilenweise eine Arbeitsebene abgefahren wird (Bildung einer Schicht) und dann die Arbeitsebene„stapelnd" nach oben verschoben wird (Bilden mindestens einer weiteren Schicht auf der ersten Schicht), sodass eine Form schichtweise entsteht. Die Austrittstemperatur der Stoffmischungen aus der Düse kann beispielsweise 80 °C bis 420 °C betragen. Es ist zudem möglich, den Substrattisch zu beheizen, beispielsweise auf 20 °C bis 250 °C. Hierdurch kann ein zu schnelles Abkühlen der aufgetragenen Schicht verhindert werden, sodass eine weitere, hierauf aufgetragene Schicht sich ausreichend mit der ersten Schicht verbindet.

Der erfindungsgemäße visko-elastische Dämpfungskörper kann seine Dämpfungseigenschaften in jeder beliebigen Räumrichtung besitzen. Auch die Art der Verformung ist nebensächlich. So kann der visko-elastische Dämpfungskörper unter anderem Druck-, Zug- Torsions- oder Biege-Verformung ausgesetzt werden und diese dämpfen.

Ein visko-elastischer Dämpfungskörper im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise aus einem mit Durchlas sö ffnungen versehenen Hohlvolumenkörper aus einem weitgehend energieelastischen Material mit einem tan δ< 0,5 bei Einsatztemp eratur, beispielsweise 25°C, aufgebaut sein. Die Durchlassöffnungen sind bevorzugt als schlauchförmige Ableitungen und Zuleitungen ausgestaltet und ermöglichen bei Verformung des Dämpfungskörpers einen Abfluss oder Zutritt eines Fluids aus oder in den Hohlraum des Hohlvolumenkörpers. Dadurch nimmt das Volumen des Dämpfungskörpers bei mechanischer Beanspruchung zu beziehungsweise ab. Bei einem solchen erfindungsgemäßen visko-elastischen 3D-Därnpfungskörper ist der perforierte Hohlvolumenkörper bevorzugt von einem Flüssigkeits- oder Gaskontinuum umgeben und gefüllt. Die im Raumvolumen wirkende Federkraft wird durch den Material -Moduln und Geometriefaktoren wie z.B. der Wanddicke des Körpers bestimmt. Die Dämpfung wird durch die Viskosität des Fluids sowie Lochgröße und Volumenverformungsgeschwindigkeit sowie Länge und Gestaltung der Fließwege (z.B. Schlauch/Kanal/Ventil-Form) des Fluids kontrolliert.

Die Anordnung verschiedener geometrischer Hohlvolumenkörper und anderer Feder- und/ oder Dämpfungselemente wie z.B. rein energieelastischer Federn sowie ggf. zusätzlicher verformungslimitierender Elemente im mit dem Fluid durchfluteten Raum (geschlossen oder offen) erlaubt die gezielte Konstruktion von symmetrisch aber auch asymmetrisch wirkenden visko- elastischen 3 D- Dämpfungskörpern. Die einzelnen Federelemente können dabei mechanisch gekoppelt oder mechanisch gekoppelt und ortsfest sein. Bevorzugt werden alle diese Federelemente mittels additiver 3D-Druck-Fertigungsmethoden hergestellt. Dabei können verschiedene additive Fertigungstechnologien parallel oder seriell eingesetzt werden. Der Modul bzw. die „Federkraft" der erfindungsgemäßen Dämpfungskörper wird durch ihre Stauchhärte nach DI EN ISO 3386-1 für weichelastische Schaumstoffe mit niedriger Dichte und DIN EN ISO 3386-2 für weichelastische Schaumstoffe mit hoher Dichte als Kompressionswiderstand in kPa angegeben.

Die Stauchhärte des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers liegt beispielsweise im Bereich von 0,01 bis 1000 kPa. Bevorzugt liegt die Stauchhärte nach DIN EN ISO 3386-1 :2010-09 des erfindungsgemäßen Dämp fungskörp ers bei einer Stauchung auf 40 % seiner ursprünglichen Höhe im Bereich von 0,1 bis 500 kPa, weiter bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 100 kPa.

Als Visko-Elastizität bezeichnet man ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Materialverhalten. Visko-elastische Stoffe vereinigen also Merkmale von Flüssigkeiten und Festkörpern in sich. Der Effekt ist zeit-, temperatur- und frequenzabhängig und tritt bei polymeren Schmelzen und Festkörpern wie z. B. Kunststoffen aber auch anderen Materialien auf.

Der elastische Anteil bewirkt grundsätzlich eine spontane, begrenzte, reversible Verformung, während der viskose Anteil grundsätzlich eine zeitabhängige, unbegrenzte, irreversible Verformung bewirkt. Der viskose und elastische Anteil ist bei verschiedenen visko-elastischen Materialien jeweils unterschiedlich stark ausgeprägt, auch die Art des Zu sammenwirkens differiert.

In der Rheologie wird elastisches Verhalten durch eine Feder, das Hook-Element, und viskoses Verhalten durch einen Dämpfungszylinder, das Newton -Element, dargestellt. Vi sko-elasti sehe s Verhalten kann durch die Kombination zweier oder mehrerer dieser Elemente modelliert werden. Eins der einfachsten visko-elastischen Modelle ist der Kelvin-Körper, bei dem Feder und Dämpfungszylinder parallel geschaltet sind. Bei Belastung, z. B. durch Dehnung, wird die Verformung durch den Dämpfungszylinder gebremst und durch die Feder in ihrem Ausmaß begrenzt. Nach einer Entlastung geht der Körper bedingt durch das Hook-Element wieder in seine Ausgangsposition zurück. Der Kelvin-Körper verformt sich also zeitabhängig wie eine Flüssigkeit, aber begrenzt und reversibel wie ein Festkörper.

Alle Flüssigkeiten und Feststoffe können wie visko-elastische Materialien betrachtet werden indem ihr Speicher- und Verlustmodul, G' und G", beziehungsweise ihr Verlustfaktor tan δ = G"/G' angegeben werden. Bei ideal-viskosen Flüssigkeiten (Newton' sch es Fluid) ist der Speichermodul sehr klein gegenüber dem Verlustmodul, bei ideal-elastischen Festkörpern, die dem Hookschen Gesetz gehorchen, ist der Verlustmodul sehr klein gegenüber dem Speichermodul. Visko-elastische Materialien weisen sowohl einen messbaren Speichermodul als auch einen messbaren Verlustmodul auf. Falls der Speichermodul größer ist als der Verlustmodul, spricht man von Feststoffen, andernfalls von Flüssigkeiten.

Der Verlustfaktor ist also ein Maß für die Dämpfung eines visko-elastischen Körpers. Die Dämpfung tan δ des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers liegt bei einer Druck- oder Zugverformung in Wirkungsrichtung vorzugsweise bei 0,05 bis 2, insbesondere bei 0,1 - 1 , gemessen nach DIN 53535:1982-03: Prüfung von Kautschuk und Elastomeren; Grundlagen für dynamische Prüfverfahren.

Für körper-relevante Anwendungen der erfindungsgemäßen Dämpfungskörper, beispielsweise für Matratzen, Helmen oder Protektoren liegt die Stauchhärte nach DIN EN ISO 3386-1 vorzugsweise im Bereich 0,5 - 100 kPa und die Dämpfung im Bereich 0, 1 - 1.

Die bleibende Verformung wird nach DIN ISO 815-1 :2010-09: Elastomere oder thermoplastische Elastomere - Bestimmung des Druckverformungsrestes bestimmt. Die Norm bestimmt den Druckverformungsrest (DVR) bei konstanter Verformung. Ein DVR von 0 % bedeutet, dass der Körper seine ursprüngliche Dicke wieder voll erreicht hat, ein DV'R von 100 % sagt, dass der Körper während des Versuchs völlig verformt wurde und keine Rückstellung zeigt. Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel: DVR (%) = ( L0 - L2 ) / ( L0 - LI ) x 100 %

wobei:

DVR = Druckverformungsrest in %

L0 = Höhe des Probekörpers vor der Prüfung

LI = Höhe des Probekörpers während der Prüfung (Distanz stück)

1.2 = Höhe des Probekörpers nach der Prüfung Der unbestimmte Ausdruck„ein" steht im Allgemeinen für„wenigstens ein" im Sinne von„ein oder mehr". Der Fachmann versteht je nach Situation, dass nicht der unbestimmte Artikel sondern der bestimmte Artikel„ein" im Sinne von„1 " gemeint sein muss bzw. der unbestimmte Artikel„ein" auch in einer Ausführungsform den bestimmten Artikel„ein" (1) mit umfasst. In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Dämpfungskörper einen Druckverformungsrest nach einer 10 %igen Kompression von < 2 % auf, gemessen nach DIN ISO 815-1 , insbesondere von < 1 ,5 %, bevorzugt von < 1 %. Dies ist von Vorteil, da ein solcher Dämpfungskörper bei jeder erneuten Belastung das weitestgehend gleiche Rückstellvermögen besitzt. Im Falle einer Matratze wird hierdurch eine sichtbare Druckstellenbildung weitestgehend vermieden. In bevorzugter Weiterbildung des erfindungsgemäß en Verfahrens ist der Dämpfungskörper oder das Dämpfungselement teilweise oder vollständig als mit einem Fluid gefüllter Hohlkörper ausgestaltet und mit zumindest einer Durchlas sö ffnung versehen und weist bei einer Druck- oder Zugverformung in Wirkungsrichtung vorzugsweise eine Dämpfung tan δ von 0,1 bis 1 auf, gemessen nach DIN 53535. Dies ist vorteilhaft, weil mithilfe des 3 D-Druckverfahrens auf diese Weise Bauelemente geschaffen werden können, bei denen beispielsweise Luft oder ein anderes Fluid die Dämpfungswirkung übernimmt, wobei das Dämp fungs verhalten durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren leicht angepasst werden kann. Das Hohlvolumen des Hohlkörpers kann beispielsweise 1 Mikroliter bis 1 L betragen, insbesondere 10 Mikroliter bis 100 Milliliter, ganz besonders 100 Mikroliter bis 1 Milliliter.

Bei dieser Ausführungsform können 0,01 bis 100 Durchlassöffnungen pro cm 2 Auß enob er fläche des Dämpfungselements vorgesehen sein. Die Durchlas sö ffnungen weisen bevorzugt unabhängig voneinander einen Durchmesser von 10 bis 5000 μιη, oder bevorzugt von 20 bis 4500 μιτι, oder bevorzugt von 50 bis 4000 μπι auf. Durch diese Variationsmöglichkeit kann das Dämpfungsverhalten an die gewünschte Dämpfungswirkung beziehungsweise das verwendete Dämpfungsfluid angepasst werden. Die Durchlassöffnungen können bei der Herstellung oder aber auch erst nach der Herstellung des Hohlkörpers erzeugt werden. Letzteres kann beispielsweise durch chemisches Herauslösen oder Schmelzen eines Opfermaterials aus der Wandung des Dämpfungselements realisiert werden. Mit Opfermaterial wird ein Material bezeichnet, das nicht Teil des fertigen Dämpfungskörpers ist, sondern nur während der Herstellung des Dämpfungskörpers eingesetzt wird, um zum Beispiel Strukturen während des schichtweisen Aufbaus mit dem den Dämp fungskörp er bildenden Baumaterial/Baumaterialien durch ein 3 D-Druckverfahren zu stützen oder die Erzeugung von Überhängen zu ermöglichen. Als Opfermaterialien werden zum Beispiel Wachse mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Baumaterial / die Baumaterialien genutzt oder aber Materialien, die in einem anderen Lösungsmittel löslich sind, als das Baumaterial / die Baumaterialien. Zum Beispiele lässt sich für nicht-wasserlösliche Baumaterialien wasserlösliches Polyvinylalkohol (PVA) als Opfermaterial einsetzen und für Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) als Baumaterial High Impact Polystyrol ( I I I S ) als Opfermaterial, das sich im Gegensatz zu ABS in Aceton löst.

Das Fluid kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Ölen, Wasser, Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen, ionischen Flüssigkeiten, elektro-rheologischen, magneto-rheologischen, newtonischen, visko-elastischen, rheopexen, thixotropen Flüssigkeiten oder Mischungen von mindestens zwei hiervon. Bevorzugt beinhaltet das Fluid Luft.

Ein mit zumindest einer Durchlassöffnung versehener Dämpfungskörper wird im Folgenden auch als perforierter Hohlvolumenkörper (pHVK) bezeichnet. Dabei können die Dur chlas sö ffnungen im Zusammenwirken mit dem Fluid das beziehungsweise die Dämpfungselemente bilden, wobei die bestehenden Wandungen oder andere Strukturelemente, in denen die Durchlassöffnungen vorgesehen sind, die Federelemente bilden. Ein als perforierter Hohlvolumenkörper (pHVK) ausgestalteter Dämpfungskörper kann vorzugsweise eine Stauchhärte nach DIN EN ISO 3386-1 bei einer Stauchung auf 40 % seiner ursprünglichen Höhe von 0,01 bis 1000 kPa und/ oder eine Dämp ung tan δ nach DIN 53535 von 0,1 bis 1 und/ oder einen Druckverformungsrest nach DIN ISO 815-1 nach 10 % Kompression von < 1% liegt; bevorzugt nach 20% Kompression von <2% und ganz bevorzugt nach 40% Kompression von < 10%> liegt.

Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform richtet sich auf die Herstellung eines 3 D- Dämpferelementes umfassend mindestens einen pHVK, wobei das 3D-Dämpferelement eine bleibende Verformung nach 40 % Kompression von < 10 % der ursprünglichen Bauteilhöhe aufweist. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des visko-elastischen Dämp fungskörp ers ist dieser als perforierter Hohlvolumenkörper ausgebildet oder dessen Dämpfungselement ist als perforierter Hohlvolumenkörper ausgebildet, wobei der perforierte Hohlvolumenkörper insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:

• Hohl volumen: 1 iL bis 1 L, bevorzugt 10 μΐ, bis 100 mL, besonders bevorzugt 100 xL bis 1 mL

• Dicke der Wandung des Hohlvolumenkörpers : 10 μπι bis 1 cm, bevorzugt 50 μπι bis 0,5 cm

• Durchmesser der Durchlassöffnungen: 10 μπι bis 5000 μπι

• Porenanzahl/ cm 2 in der Außenfläche: 0,01 bis 100

• Fläche Poren/cm 2 in der Außenfläche: 0,1 bis 10 mm2

· E-Modul nach DIN EN ISO 604: 2003-12 des verwendeten Materials: < 2 GPa, insbesondere von 1 bis 1000 MPa, bevorzugt 2-500 MPa.

Ein solcher perforierter Hohlvolumenkörper (pHVK) kann beispielsweise durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt werden, das den folgenden Schritt umfasst: I) 3 D-Druck eines perforierten Hohlvolumenkörpers, wobei der Hohlvolumenkörper ein

Hohlvolumen von 1 μΐ, bis 1 L, 0,01 bis 100 Durchlassöffnungen /'cm 2 Außenoberfläche des Hohlvolumenkörpers mit Durchmessern von 10 μιτι bis 5000 μιη aufweist.

Eine weitere bevorzugte Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst neben dem vorstehenden Schritt I) die weiteren Schritte: II) Einbringen einer Vielzahl der perforieren Hohlvolumenkörper in eine Umhüllung, wie beispielsweise ein Stoff- oder Polymergewebe oder ein Fluid-undurchlässiges Gebilde;

III) optional zumindest teil weises Verschließen der Umhüllung, sodass die Hohlvo lumenkörp er im Inneren der Umhüllung gehalten sind.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Dimensionierung der Umhüllung vorzugsweise so gewählt, dass deren Ausdehnung in wenigstens einer ihrer 3 Raumachsen dem wenigstens 2 fachen der Ausdehnung in dieser Raumachse eines einzelnen Hohlvolumenkörpers entspricht. Dabei können in die Umhüllung auch noch weitere Dämpfungskörper eingefügt werden, die keine perforierten Hohlvolumenkörper sind.

Alternativ zu einer Umhüllung kann eine Vielzahl von perforierten Hohlvolumenkörpern auch zwischen zwei vorzugsweise parallel zueinander beabstandeten Flächenelementen positioniert sein, wobei die mit den jeweiligen Flächenelementen in Kontakt stehenden Hohlvolumenkörper vorzugsweise mit den Flächenelementen verbunden sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Aus fuhrungs form ist der perforierte Hohlvolumenkörper aus einem elastischen Material mit einem E- Modul in Verformungsrichtung von < 2 GPa und einer materialspezifischen Dämpfung tan δ bei Einsatztemperatur, insbesondere bei 25 °C, von < 0,5 hergestellt, wobei der pHVK in seiner Gesamtheit einen Modul < I GPa und einen tan δ > 0,2 aufweist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Federelement derart ausgestaltet, dass der Dämpfungskörper eine Stauchhärte von 0,1 bis 500 kPa aufweist, gemessen nach DIN EN ISO 3386-1, insbesondere von 0 0,5 bis 100 kPa. Das Federelement selbst kann einen Elastizitätsmodul in Hauptverformungsrichtung von beispielsweise 10 Pa bis 2 GPa, bevorzugt von 50 Pa bis 1.5 GPa, oder bevorzugt von 100 Pa bis

1 GPa aufweisen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Federelement und das Dämpfungselement eines Dämpfungskörpers in einem Bauteil realisiert sind, insbesondere in Form eines mit mehr als einer Einschnürung versehenen Hohlkörpers mit wenigstens einer Durchlassöffnung oder als perforierter Hohlvolumenkörper. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise beide mechanischen Teileigenschaften, nämlich Federwirkung und Dämpfung, in einem Bauelement realisieren. Beispiele sind ein Faltenbalg oder ein Federschlauch. Das Federelement kann beispielsweise als Druckfeder, Zugfeder, Schenkelfeder, Torsionsfeder, Spiralfeder, Membranfeder, Blattfeder, Tellerfeder, Luftfeder, Gasdruckfeder, Ringfeder, Evolutfeder oder als Schraubenfeder ausgebildet sein. Bei dem Federelement kann es sich auch um eine Metallfeder handeln. Dabei können auch mehrere der vorgenannten Typen in einem Dämpfungskörper verwendet werden, beispielsweise um an unterschiedlichen Stellen des Dämpfungskörpers ein anderes F ederungs verhalten zu etablieren.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Federelementen und Dämpfungselementen parallel und /' oder sequentiell zueinander geschaltet und wenigstens teilweise untereinander gekoppelt sind. Hierunter werden Federelemente und Dämpfungselemente verstanden, die nicht unabhängig voneinander verformt werden können. Die Kopplung untereinander kann beispielsweise durch an sich bekannte Fügetechniken wie Kleben oder Schweißen oder aber bereits beim Herstellungsprozess in der Weise erfolgen, dass die einzelnen Elemente von vorherein miteinander in Verbindung stehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Zug-Modul der verwendeten Materialien des Dämpfungselements < 250 GPa betragen, gemessen nach DIN EN I SO 6892-1 :2009-12, insbesondere von 0,05 bis 150 GPa. Zum Beispiel kann das Material durch Carbon-, Aramid, oder Glasfasern in Zugrichtung verstärkt sein, um neben der Dämpfung in Hauptverformungsrichtung hervorragende Zugstabiliäten zu erreichen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gestalt des Hohlvolumenkörpers rotationssymmetrisch.

Der Dämp fungskörp er kann entweder aus einem oder aber auch aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein, beispielsweise aus 2 bis 10 unterschiedlichen Materialien, insbesondere aus mehr als 3 unters chiedli chen Materialien, beispielsweise aus 3 bis 8 unterschiedlichen Materialien. Das Federelement und das Dämpfungselement können aus gleichen oder verschiedenen Materialien aufgebaut sein.

Die Aushärtung der eingesetzten Materialien kann durch Abkühlen von Metallen oder Thermoplasten, durch Kalt- oder Heißpolymerisation, Polyaddition, Polykondensation, Addition oder Kondensation oder durch Elektronen- oder elektro-magnetische Strahlungen initiierte Polymerisation erfolgen.

Das Material des Federelements und des Dämpfungselements kann unabhängig voneinander ausgewählt sein aus Metallen, Kunststoffen und Kompositen, insbesondere aus thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffformulierungen auf Basis von Polyamiden, Polyurethanen, Polyestern, Polyimiden, Polyetherkethonen, Polycarbonaten, Polyacrylaten, Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyoxymethylen und / oder vernetzten Materialien auf Basis von Polyepoxiden, Polyurethanen, Polysilikonen, Polyacrylaten, Polyestern sowie deren Mischungen und Mischpolymerisate.

Besonders bevorzugt ist das Material des Federelements und des Dämpfungselements ausgewählt aus thermoplastischem Elastomeren (TPE), Thermoplastischen Polyurethan (TPU), Polycarbonat (PC), Polyamid (PA) , Polyethylentherephtalat (PET), Polybutylentherephthalat (PBT), Cycloolefinische Copolyester (COC), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetheramidketon (PEAK), Polyetherimid (PEi) (z.B. Ultem), Polyimid (PI), Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyoxymethylen (POM), Polyacrylnitril (PAN), Polyacrylat, Zelluloid bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus TPE, TPU, PA, PEI, und PC . besonders bevorzugt aus seiner Gruppe ausgewählt aus TPU und PC.

Ebenfalls eingesetzt werden können Materialien, die ausgewählt sind aus reaktiv -härtenden Systemen.

Das Material des Federelements und 7 oder des Dämpfungselements kann mindestens einen Zusatzstoff enthalten, wie z. B. Fasern, UV-Härter, Peroxide, Diazoverbindungen, Schwefel, Stabilisatoren, anorganische Füllstoffe, Weichmacher, Flammschutzmittel und Anti-Oxidantien. Beispiele solcher Zusatzstoffe sind Kevlar-, Glas-, Aramid- oder Kohle-Fasern Rayon, Celluloseacetat, und/oder gängige Naturfasern (z. B. Flachs, Hanf, Cocos, etc.). Neben oder anstatt von Fasern können die Stoffmischungen auch Verstärkungspartikel, insbesondere ausgewählt aus anorganischen oder keramischen Nanopulvem, Metallpulvern oder Kunststoffpulvern, beispielsweise aus S1O 2 oder AI 2 Q 3 , AIOH3, Ruß, T1O2 oder CaCO, enthalten. Weiterhin können Stoffmischungen z. B. Peroxide, Diazoverbindungen und/oder Schwefel enthalten.

Insbesondere bei Reaktionsharzen können Mischungen von zwei oder mehr Reaktionsharzen vorab gemischt sein oder werden auf dem Substrat vermischt. Der Auftrag kann im letzteren Fall beispielsweise aus unterschiedlichen Düsen erfolgen. Die aushärtbaren Stoffmischungen können unterschiedlicher Natur sein, müssen jedoch unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens flüssige beziehungsweise zähflüssige extrudi erbare oder flüssige verdruckbare Kunststoffmassen sein. Dabei kann es sich um Thermoplasten, Silikone oder auch um aushärtbare Reaktionsharze handeln, z. B. 2-K Polyurethan-, 2K Epoxid- oder feuchtigkeitshärtende Polyurethan- Systeme, lufthärtende oder radikalisch härtende ungesättigte Polyester oder UV -härtenden Reaktivharze auf Basis von z.B. Vinyl- und Acrylverbindungen, wie sie u.a. in EP 2 930 009 A2 und DE 10 2015100 816 beschrieben sind. Die Erzeugung des ernndungsgemäß en Dämpfungskörpers erfolgt in der Regel schichtweise. Nach Auftragen einer ersten Schicht und ggf. nach Auftragen weiterer Schichten zur Herstellung eines Flächenabschnitts kann bei Reaktivsystemen das aufgetragene Material z. B. durch kalte oder heiße Polymerisation bzw. Polyaddition oder Polykondensation, Addition (z. B. PU-Addition) oder Kondensation oder auch Initiierung durch Elektronen- oder elektro-magnetische Strahlungen, insbesondere UV- Strahlung, zum Aushärten gebracht werden. Thermisch härtende Kunststoffmischungen können durch eine entsprechende IR- Strahlungsquell e ausgehärtet werden.

Im Stand der Technik sind verschiedene Zwei- oder Mehrkomponentensyteme beschrieben, die verdruckt werden können. So ist beispielsweise aus der DE 199 37 770 AI ein Zweikomponentensystem bekannt, dass eine Isocyanat-Komponente und eine isoeyanat-reaktive Komponente umfasst. Von beiden Komponenten werden Tropfenstrahlen erzeugt, die so ausgerichtet werden, dass sie sich zu einem gemeinsamen Tropfenstrahl vereinigen. In dem gemeinsamen Tropfenstrahl setzt die Reaktion der Isocyanat-Komponente mit der isoeyanat-reaktiven Komponente ein. Der gemeinsame Tropfenstahl wird auf ein Trägermaterial gelenkt, wo er unter Ausbildung eines Polymeren Polyurethans zum Aufbau eines dreidimensionalen Körpers verwendet wird. In EP 2 930 009 A2 wird ein Verfahren zum Verdrucken eines Mehrkomponentensystems beschrieben, umfassend wenigstens eine Isocyanat-Komponente und wenigstens eine isoeyanat-reaktive Komponente, die aufgrund ihrer Reaktivität und Mischbarkeit besonders geeignet für Inkj etting- Verfahren sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen visko-elastischen Dämpfungskörper, hergestellt oder herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Erfindung betrifft zudem einen Volumenkörper, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Dämpfungskörpern, wobei der Volumenkörper insbesondere eine Matratze ist.

Der erfindungsgemäße Volumenkörper ist vorzugsweise aus mindestens zwei pHVK aufgebaut.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß en Volumenkörp ers umfasst dieser mindestens einen weiteren Schwingungsdämpfer, der kein erfindungsgemäßer Dämpfungskörper ist. Vorzugsweise liegt das Verhältnis des E-Moduls des pHVK zu einem oder der Summe aus mehreren weiteren Schwingungsdämpfern bei 0,01 : 1 bis 10:1.

Die Erfindung betrifft außerdem einen mechanischen Dämpfer, wie beispielsweise ein gedämpftes Federbein, umfassend mindestens einen erfindungsgemäßen Dämpfungskörper. Bevorzugte Ausführungsformen:

1) Gemäß einer ersten Aus führungs form betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines visko-elastischen Dämpfungskörpers (1, 20, 30) umfassend mindestens ein Federelement (4) und mindestens ein damit gekoppeltes Dämp fungs element, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement sowie optional auch das Federelement über ein 3 D-Druckverfahren erzeugt wird.

2) Nach einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform

1) , dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) oder das Dämpfungselement teilweise oder vollständig als mit mindestens einem mit Fluid gefüllter Hohlkörper (2) ausgestaltet und mit zumindest einer Durchlassöffnung (3, 14, 25, 34) versehen ist, wobei das Fluid insbesondere ausgewählt ist aus Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Ölen, Wasser, Kohlenwasserstoffen oder Kohlenwasserstoffgemischen, ionischen Flüssigkeiten, elektro-rheologischen, magneto- rheologischen, newtonischen, visko-elastischen, rheopexen, thixotropen Flüssigkeiten oder Mischungen von diesen. 3) Nach einer dritten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform

2) , dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlvolumen des Hohlkörpers (2) 1 Mikroliter bis 1 I. beträgt.

4) Nach einer vierten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Ausführungsform 2) oder 3), dadurch gekennzeichnet, dass 0,01 bis 100 Durchlassöffnungen (3, 14, 25, 34) pro cm 2 Außenoberfläche des Dämp fungsel ements oder des Dämpfungskörpers (1, 20, 30) vorgesehen sind und / oder die Durchlassöffnungen (3, 14, 25, 34) unabhängig voneinander einen Durchmesser von 10 bis 5000 μιη aufweisen.

5) Nach einer fünften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der Ausführungsformen 2) bis 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (3, 14, 25, 34) erst nach der Herstellung des Hohlkörpers (2) erzeugt werden, insbesondere durch chemisches

Herauslösen oder Schmelzen eines Opfermaterials aus der Wandung des Dämp fungs elements .

6) Nach einer sechsten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) derart ausgestaltet ist, dass der Dämp fungskörp er (1, 20, 30) eine Stauchhärte von 0,01 bis 1000 kPa aufweist, gemessen nach DIN EN ISO 3386-1 :2010-09, insbesondere von 0,1 bis 500 kPa, oder von 0,5 bis 100 kPa. ) Nach einer siebten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und das Dämpfungselement eines Dämpfungskörpers (1, 20, 30) in einem Bauteil realisiert ist, insbesondere in Form eines mit mehr als einer Einschnürung versehenen Hohlkörpers (10) mit wenigstens einer Durchlassöffnung (14). ) Nach einer achten Aus führungs form betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) als Druckfeder, Zugfeder, Schenkelfeder, Torsionsfeder, Spiralfeder, Membranfeder, Blattfeder, Tellerfeder, Luftfeder, Gasdruckfeder, Ringfeder, Evolutfeder oder als Schraubenfeder ausgebildet ist. ) Nach einer neunten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Federelementen (4) und Dämpfungselementen parallel und / oder sequentiell zueinander geschaltet und wenigstens teilweise untereinander gekoppelt sind. 0) Nach einem zehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 9), dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) einen Druckverformungsrest nach einer 10 %igen Kompression von < 2 % aufweist, gemessen nach DIN ISO 815-1 :2010-09. 1) Nach einer elften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 10), dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) bei einer Druck- oder Zugverformung in Wirkungsrichtung eine Dämpfung tan δ von 0,05 bis 2 aufweist, insbesondere von 0,1 bis 1, gemessen nach DIN 53535:1982-03. 2) Nach einem zwölften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 11), dadurch gekennzeichnet, dass das SD- Druckverfahren ausgewählt ist aus Schmelzschichtung (Fused Filament Fabrication, FFF), Ink- Jet-Printing, Photopolymer-Jetting, Stereo Lithograhpy, Selective Laser Sintering, Digital Light Processing based additive manufacturing System, Continuous Liquid Interface Production, Selective Laser Melting, Binder Jetting based additive manufacturing, Multijet Fusion based additive manufacturing, High Speed Sintering Process und Laminated Object Modelling. 3) Nach einer dreizehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Modul der verwendeten Materialien des Dämpfungskörpers (1, 20, 30) < 250GPa ist, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1 :2009-12, insbesondere von 0,05 bis 150 GPa. ) Nach einer vierzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 13), dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (1, 20, 30) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist. ) Nach einer fünfzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Aus führungs form 1) bis 14), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und das Dämpfungselement aus verschiedenen Materialien aufgebaut sind. ) Nach einer sechzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen 1) bis 15), dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Federelements (4) und des Dämpfungselements unabhängig voneinander ausgewählt ist aus Metallen, Kunststoffen und Kompositen, insbesondere aus thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffformulierungen auf Basis von Polyamiden, Polyurethanen, Polyestern, Polyimiden, Polyetherkethonen, Polycarbonaten, Polyacrylaten, Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyoxymethylen und / oder vernetzten Materialien auf Basis von Polyepoxiden, Polyurethanen, Polysilikonen, Polyacrylaten, Polyestern sowie deren Mischungen und Mischpolymerisate. ) Nach einer siebzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen visko-elastischen Dämp fungskörper (1 , 20, 30), hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1) bis 16), wobei der Dämpfungskörper (1 , 20, 30) vorzugsweise als perforierter Hohlvolumenkörper (1) ausgebildet ist oder dessen Dämpfungselement als perforierter Hohlvolumenkörper (1) ausgebildet ist, wobei der perforierte Hohlvolumenkörper (1) insbesondere eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweist:

- Hohl volumen: 1 μΐΐ, bis 1 L, bevorzugt 10 bis 100 mL;

- Dicke des Materials: 10 μιη bis 1 cm, bevorzugt 50 μηι bis 0,5 cm;

- Durchmesser der Durchlassöffnungen: 10 bis 5000 μιη;

- Porenanzahl/cm 2 Außenfläche: 0,01 bis 100;

- Fläche Poren/cm 2 Außenfläche: 0,1 bis 10 mm 2 ;

- E -Modul nach DIN EN ISO 604: 2003-12 des verwendeten Materials: < 2 GPa, insbesondere von 1 bis 1000 MPa, bevorzugt von 2 bis 500 MPa. ) Nach einer achtzehnten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Volumenkörper, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von Dämpfungskörpern (1, 20, 30) nach Ausführungsform 17), wobei der Volumenkörper insbesondere eine Matratze ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und den Figuren 1 bis 7, 8a bis 8c sowie 9a bis 9c näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang einer Raumachse,

Fig. 2 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang einer Raumachse,

Fig. 3 ein drittes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämp fungskörp ers und dessen

Verformung entlang einer Raumachse,

Fig. 4 ein viertes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang zweier Raumachsen,

Fig. 5 ein fünftes Beispiel eines erfindungsgemäß en Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang einer Raumachse,

Fig. 6 ein sechstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang zweier Raumachsen,

Fig. 6 ein siebtes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers und dessen

Verformung entlang zweier Raumachsen,

Fig. 8a ein achtes Beispiel eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers in dreidimensionaler

Ansicht von schräg oben,

Fig. 8b das achte Beispiel des erfindungsgemäßen Dämp fungskörp ers aus Fig. 8a in der

Draufsicht,

Fig. 8c das achte Beispiel des erfindungsgemäßen Dämp fungskörp ers entlang einer vertikal verlaufenden Schnittlinie A-A gemäß Fig. 8b.

Fig. 9a ein neuntes Beispiel eines erfindungsgemäß en Dämp fungskörp ers in dreidimensionaler Ansicht von schräg oben,

Fig. 9b das neunte Beispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers aus Fig. 9a in der

Draufsicht, sowie

Fig. 9c das neunte Beispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers entlang einer vertikal verlaufenden Schnittlinie B-B gemäß Fig. 9b.

In Fig. l ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß en Dämpfungskörpers 1 in seitlicher S chnittdar Stellung abgebildet. Der Dämpfungskörper 1 wurde über ein 3D-Druckverfahren erzeugt und ist vorliegend als poröser Hohlvolumen-Körper (pHVK) ausgeführt mit einem Hohlkörper 2, der eine Vielzahl von Durchlassöffnungen 3 aufweist, die mit einem Fluid, vorliegend Umgebungsluft, gefüllt sind. Das heißt, dass hierbei Federelement und Dämpfungselement in einem zusammenhängenden Bauteil realisiert sind. In der mittleren Abbildung der Fig. 1 wird der Dämpfungskörper 1 entlang der Z-Achse einer Druckbeanspruchung ausgesetzt. Hierbei wird das in den Durchlassöffnungen 3 enthaltene Fluid teilweise herausgepresst. Hierdurch wird eine Dämpfung der Deformationsgeschwindigkeit erreicht. In der rechten Abbildung der Fig. 1 wird der Dämpfungskörper 1 entlang der Z-Achse einer Zugbeanspruchung ausgesetzt. Hierbei wird Umgebungsluft in die Durchlassöffnungen 3 eingesogen, wodurch die Geschwindigkeit der Zugbeanspruchung gedämpft wird. Durch Kompression oder Dekompression verändert sich also die Form des pHVK 1 und damit das Hohlvolumen innerhalb des pHVKs 1 , so dass Fluid durch die Poren/Kanäle aus bzw. in den Hohlvolumenkörper gepresst wird.

In Fig. 2 ist eine weitere Aus führungs form eines erfindungsgemäßen visko-elastischen Dämpfungskörpers dargestellt. Darin sind eine Vielzahl von Dämpfungskörpern 1 gemäß Fig. 1 alternierend mit Federelementen 4 in Form von Spiralfedern in z -Ausrichtung gekoppelt und zwischen einem oberen und einem unteren Flächengebilde 5 angeordnet. Die Flächengebilde 5 können zum Beispiel starre Platten oder auch elastische Flächen - wie ein Textil - sein. Für einen Einsatz in Anwendungen mit Dekompression des Dämpfungskörpers müssen die an die Flächengebilde 5 angrenzenden Spiralfedern 4 und pHKVs 1 mit den jeweiligen Flächengebilden 5 verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform wird die Federwirkung der Dämpfungskörper 1 in z-Richtung durch die zusätzlichen Spiralfedern 4 verstärkt, wobei der Dämpfungsanteil der Gesamtanordnung im Wesentlichen durch das Dämpfungsverhalten der Dämpfungskörper 1 definiert ist. Durch die Flächengebilde 5 kann eine Verteilung der Lasteinwirkung erzielt werden.

Fig. 3 zeigt eine zu Fig. 2 analoge weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers. Im Unterschied zu Fig. 2 ist hierbei die Vielzahl an Dämpfungskörpern 1 und Spiralfedern 4 von einer Umhüllung 6 vollständig eingeschlossen. Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise als Matratze verwendet werden. Die Umhüllung 6 besteht aus einem elastischen Material das gewährleistet, dass die Volumenkontraktion durch Druck auf mindestens eine Oberfläche und daraus folgender Längenabnahme in mindestens einer Raumrichtung des dreidimensionalen Gebildes durch eine Längenausdehnung in mindestens einer anderen Raumrichtung kompensiert werden kann. Für einen Einsatz in Anwendungen mit Dekompression des Dämpfungskörpers müssen die an die Umhüllung 6 angrenzenden Spiralfedern 4 und pHKVs 1 mindestens in Hauptrichtung der Dekompression mit der Umhüllung 6 verbunden sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers. Darin sind perforierte Hohlvolumen-Körper 1 alternierend mit Spiralfedern 4 gekoppelt und in vertikal zueinander verlaufenden Raumachsen angeordnet. Ein solcher Dämpfungskörper zeigt demnach ein visko-elastisches Verhalten zumindest in Richtung dieser beiden Raumachsen. In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers dargestellt. Darin sind Spiralfedern 4 und perforierte Hohlvolumen-Körper 1 unsymmetrisch aufeinanderfolgend zwischen einer unteren Einfassung 7 und einer oberen Abdeckung 8 angeordnet. Bei dieser Aus führungs form zeigt der Dämpfungskörper in seiner Gesamtheit im linken Bereich ein im Wesentlichen Hooksches-Verhalten, welches zur rechten Seite hin in ein stark visko-elastisches Dämpfungsverhalten übergeht. Zudem wird die Stauchung dieses Dämpfungskörpers durch die äußere Einfassung 7 und die Abdeckplatte 8 insofern begrenzt, als dass der Dämp fungskörp er nicht zerstörungsfrei weiterverformt werden kann, wenn die Abdeckplatte 8 mit der Oberkante der Einfassung 7 in Kontakt tritt.

In Fig. 6 ist eine weitere Aus führungs form des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers 1 dargestellt, in der perforierte Hohlvolumen-Körper 1 mit unterschiedlicher Größe verbaut sind. In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers 10 dargestellt, der über ein 3 D -Druckverfahren erzeugt wurde. Hierbei ist der Dämpfungskörper 10 in Form eines Faltenbalgs realisiert mit einer Auß enwandung 11 , welche in seitlicher Schnitt darstellung entlang der Längsachse alternierende Einschnürungen 12 und Ausstülpungen 13 aufweist. Der Dämpfungskörper 10 ist zudem mit Durchlassöffnungen 14 ausgerüstet, durch die bei Kompression des Dämpfungskörpers 10 entlang seiner Längsachse das in der Kavität 1 5 des Dämpfungskörpers enthaltene Fluid, vorliegend Umgebungsluft, ausströmen beziehungsweise bei Expansion wieder einströmen kann.

Durch Wahl der Größe der Durchlassöffnungen 14 und / oder Wahl des in der Kavität 15 enthaltenen Fluides beziehungsweise dessen Viskosität kann das Dämpfungsverhalten des Dämpfungskörpers 10 eingestellt werden. Bei dieser Ausgestaltung wirkt die Ziehharmonika-artige Ausgestaltung der Auß enwandung 11 als Federelement 4.

In Figuren 8a bis 8c ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers 20 in dreidimensionaler Darstellung einer Isometrie (Fig. 8a), in der Draufsicht (Fig. 8b) sowie in seitlicher S chnittdarstellung entlang der Linie A-A dargestellt. Der Dämpfungskörper 20 wurde über ein 3 D-Druckverfahren erzeugt und besteht aus einem an einer Flachseite offenen Zylinder 21, in dem eine über Haltestege 22 fixierte kupp eiförmige erste Kammer 23 positioniert ist. Die erste Kammer 23 weist in ihrem Inneren eine Fluid-gefüllte Kavität 24 sowie im Bodenbereich eine Durchlassöffnung 25 auf, durch die das Fluid aus der Kavität 24 der ersten Kammer 23 bei Druckbeanspruchung in z- Richtung in eine zweite Kammer 26 entweichen kann. Die erste Kammer 23 ist zudem in dem Zylinder 21 durch einen umlaufenden Haltering 27 fixiert, in dem sich diametral gegenüberliegend Auslassöffnungen 28 befinden, aus denen das Fluid aus der zweiten Kammer 26 bei Druckbeanspruchung entweichen beziehungsweise bei Entspannung wieder einfließen kann.

Wird das Volumen der kuppelformigen ersten Kammer 23 durch Eindrücken reduziert, wird das darin befindliche Fluid in die verbundene zweite Kammer 26 gedrückt. Wird das Volumen der ersten Kammer 23 aufgrund der Rückstellkräfte des Materials wieder in ihre ursprüngliche Größe gebracht, fließt das Fluid aufgrund des niedrigeren Drucks in die erste Kammer 23 zurück. Die Geschwindigkeit, mit der das Fluid aus und in die erste Kammer 23 fließt ist abhängig von der Reibung an den Wänden der Kammer 23 und insbesondere von der Abmessung der Durchlassöffnung 25 und der Viskosität des Fluids. Mit unterschiedlich viskosen Fluiden resultieren daraus verschiedene Elastizitätsmodule und Dämpfungseigenschaften des Dämpfungskörpers 20.

In Figuren 9a bis 9c ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungskörpers 30 abgebildet. Darin zeigt Fig. 9a den Dämpfungskörper 30 in dreidimensionaler Ansicht einer Isometrie, Fig. 9b den Dämpfungskörper 30 in der Draufsicht und Fig. 9c den Dämpfungskörper 30 entlang einer vertikalen Schnittlinie B-B. Der Dämpfungskörper 30 wurde über ein 3 D-Druckverfahren erzeugt und umfasst einen einseitig offenen Zylinder 31 , in dem eine kuppelformige erste Kammer 32 über einen im unteren Bereich der ersten Kammer 32 umlaufend angeordneten Haltering 33 an der Wand des Zylinders 31 fixiert ist. Im unteren Bereich der ersten Kammer 32 ist eine Durchlassöffnung 34 vorgesehen, durch die ein in der Kavität 35 der ersten Kammer 32 befindliches Fluid in eine zweite Kammer 36 ausströmen kann, wenn der Dämpfungskörper 30 mit mechanischem Druck entlang seiner vertikalen Längsachse beaufschlagt wird. In dem umlaufenden Haltering 33 sind Auslassöffhungen 37 vorgesehen, durch die das Fluid bei Druckbeanspruchung des Dämp fungskörp ers 30 aus der zweiten Kammer 36 entweichen kann.

Beispiel eines Probekörpers 1

Als Probekörper wurde ein Dämpfungskörper 20 entsprechend der in den Figuren 8a bis 8c gezeigten Ausführung verwendet. Als Material für den Dämp fungskörp er 20 wurde ein TPU mit einer Shorehärte von 85A ausgewählt und mittels FFF 3D-gedruckt. Als Fluide wurden Luft, ein niedrig- und ein hochviskoses Öl verwendet.

Der Durchmesser des Dämpfungskörpers (Länge der Linie A-A) beträgt 25 mm, der äußere Radius der kuppelformigen erste Kammer 23 beträgt 7,15 mm, die maximale vertikale Ausdehnung der Kavität 24 beträgt 9.4 mm und der Durchmesser sowohl der der Durchlas sö ffnung 25 als auch 28 betragen 2 mm. Die kuppelformige erste Kammer 23 hat eine Wandstärke von 0,6 mm.

Die visko-elasitschen Eigenschaften des Probekörpers wurden wie folgt bestimmt: Der Probekörper wurde in einem Gabometer unter axialer Kompression eingespannt, sodass er auf 80% seiner ursprünglichen Höhe gestaucht wurde. Dazu drückte ein Stempel mit einem Durchmesser von 13mm auf die erste Kammer (Kuppel) der Probe. Für die eigentliche Messung wird der Probekörper mit einer weiteren sinusförmigen, axialen Druckbewegung im Frequenzbereich zwischen 0,5 Hz und 20 Hz beansprucht. Aufgezeichnet wird die Kraft über der sinusförmigen, axialen Druckbewegung. Daraus lassen sich u.a. der Speicher- und Verlustmodul, G und G", ableiten. Der Quotient aus diesen ist Verlustfaktor mit tan δ = G"/G'. Alle Messungen fanden unter Raumtemp eratur und Umgebungsdruck statt. Für alle verwendeten Fluide wird ein Maximum des Verlustfaktors bei einer Frequenz von 15,8 Hz gefunden. Der Betrag des Verlustfaktors variiert aber erheblich mit

tan δ (Luft) = 0,31

tan δ (niedrigviskoses Öl) = 0,32

tan δ (hochviskoses Öl) = 0,38

Beispiel eines Probekörpers 2

Es wurde ein weiterer Dämpfungskörper 20 mit gleicher Geometrie w e in Beispiel 1 erzeugt, jedoch wurde als Material für den Probenkörper ein TPU mit der Shorehärte von 90 A verwendet. Sämtliche weitere Bedingungen und Messparameter sind identisch zu Beispiel 1.

Für alle verwendeten Fluide wird ein Maximum des Verlustfaktors bei einer Frequenz von 15,8 Hz gefunden. Der Betrag des Verlustfaktors variiert aber erheblich mit

tan δ (Luft) = 0,31

tan δ (niedrigviskoses Öl) = 0,38

tan δ (hochviskoses Öl) = 0,50

In beiden erfmdungsb emäß en Beispielen eines Probekörpers 1 und 2 wird eine höhere Dämpfung bei der Verwendung von Ölen im Verhältnis zu Luft als Fluid gefunden. Das höher viskose Öl zeigt eine größere Erhöhung des tan δ als das niedrig viskose, was auf eine höhere Reibung an den Wänden des Dämpfungskörpers und insbesondere der Durchlassöffnungen zurückzuführen ist. Auch die Härte des für den Dämpfungskörper verwendeten Materials spielt eine Rolle: Die Werte für die Dämpfung sind im Fall für die Öle als Fluid für das härtere Material (Shore 90A, Beispiel 1) höher als für das weichere (Shore 85A, Beispiel 2). Dies ist auf den höheren Kompressions-Modul des härteren TPU- Typen zurückzuführen. Bezugszeichenliste :

( 1 ) Dämpfungskörper, poröser Hohlvolumen-Körper (pHVK)

(2) Hohlkörper

(3) Durchlassöffnung

(4) Federelement, Spiralfeder

(5) Flächengebilde

(6) Umhüllung

(7) Einfassung

(8) Abdeckung

( 10) Dämpfungskörper

( 1 1) Außenwandung

(12) Einschnürung

(13) Ausstülpung

( 14) Durch lassöfftumg

(15) Kavität

(20) Dämpfungselement

(21) Zylinder

(22) Haltesteg

(23) erste Kammer

(24) Kavität

(25) Durchlassöffnung

(26) zweite Kammer

(27) umlaufender Haltering

(28) Auslassöffnung

(30) (20) Dämpfungselement

(31) Zylinder

(32) erste Kammer

(33) umlaufender Haltering

(34) Durchlassöffnung

(35) Kavität

(36) zweite Kammer

(37) Auslassöffnung