CH638263A5 - Damping covering attached to a vibrating wall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen auf einer schwingenden Wandung aufgebrachten Dämpfungsbelag zur Dämpfung der Körperschallschwingung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Dämpfungsbelag dieser Art ist aus der DE-OS I 932 240 bekannt. Dieser Dämpfungsbelag zur Dämpfung von Körperschallschwingungen unterworfenen Wandungen besteht aus einer auf die zu dämpfende Wandung einseitig aufgebrachten zähplastischen Schicht, die unter Bildung einer Schichtkombination mit einer Deckplatte abgedeckt ist. Diese Schichtkombination ist nur teilweise, z.B in Form von mehreren streifenförmigen Abschnitten, jedoch mindestens auf 30% der Fläche der Wandungsseite angeordnet. Es hatte sich nämlich gezeigt, dass eine nur teilweise Belegung der Wandungsseite der zu dämpfenden Wandung mit einer derartigen Schichtkombination bestehend aus bandförmigen Platten mit darunterliegender Dämpfungsmasse schon beachtliche Dämpfungswerte erreicht.

Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass insbesondere bei grossen dickwandigen Flächen eine ausreichende Dämpfung erst dann erzielt wird, wenn die Schichtkombination ebenfalls entsprechend dick ist. Selbst wenn dann ein Teil der zu dämpfenden Fläche mit der Schichtkombination bedeckt ist, ist der Gewichtszuwachs immer noch sehr gross.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Dämpfungsbelag zu schaffen, der die bekannten Dämpfungsbelege in ihrer Wirkung übertrifft und mit dem deshalb eine weitere Gewichtsersparnis erzielt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfradungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Plättchenelemente des Dämpfungsbelages sind also in der Belagebene wie die Steine einer Ziegelmauer übereinander geschichtet, wobei die Stösse jeweils versetzt sind. Zwischen den Plättchenelementen befindet sich die Dämpfungsmasse, die eine schub- und zugschlüssige Verbindung mit den Plättchenelementen ergibt. Bei Zugbelastung des Dämpfungsbelages verläuft der Kraftfhiss jeweils abwechselnd als Zugspannung in den Plättchenelementen und als Schubspannung in der zwischen den Plättchenebenen befindlichen Dämpfungsmassen. Ein Dämpfungsoptimum ergibt sich dann, wenn die Federkonstante eines Plättchenelementes bezogen auf Zugbelastung in Plättchenebene etwa gleich ist der Federkonstante der zugeordneten Schicht der Dämpfungsmasse bezogen auf Schubbelastung. In diesem Fall liegt der integrale Elastizitätsmodul des Dämpfungsbelages in der Grössenordnung desjenigen des Plättchenmaterials.

Im Optimum beträgt der für die Dämpfung massgebende Verlustmodul 0,5 iE, wobei E der Elastizitätsmodul des Plättchenmaterials und i = V~_ 1 die Imaginäreinheit ist. Die Ableitung dieses Ergebnisses wird später anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt. Nach der für die Berechnung von Dämpfungsbelegen zugrunde liegenden Theorie ist die Dämpfung umso grösser, je höher das Verhältnis von Verlustmodul des Dämpfungsbelages zum Elastizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung ist. Wird der erfindungsgemässe Dämpfungsbelag beispielsweise mit Plättchenelementen aus Stahl hergestellt, dann kann für eine zu dämpfende Metallwandung ein Wert für das vorstehend genannte Verhältnis von 1:2 erzielt werden.

Die Herstellung des erfindungsgemässen Dämpfungsbelages kann wesentlich erleichtert werden, wenn die Plättchenelemente jeweils einer Lage über Verbindungsstücke miteinander verbunden sind und die Verbindungsstücke eine geringere Federkonstante aufweisen als die auf Zug beanspruchten Plättchenelemente. Die über die Verbindungsstücke miteinander verbundenen Plättchenelemente können beispielsweise durch Perforieren grösserer Platten oder Bänder entstehen. Auch durch Einkerbungen können einzelne zusammenhängende Plättchenelemente aus grösseren Platten oder Bändern gebildet werden. Die Perforationen oder Einkerbungen können dabei so gestaltet sein, dass aufgrund der geringen

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Federsteifigkeit der verbleibenden Verbindungsstücke praktisch keine Kraftübertragung zwischen den benachbarten Plättchenelementen gegeben ist. Derart perforierte oder gekerbte Platten oder Bänder können übereinander geschichtet sein, wobei sich zwischen den einzelnen Lagen jeweils die Dämpfungsmasse befindet. Die Perforationen bzw. Einkerbungen übereinanderliegender Platten bzw. Bänder können ziegelmauerartig versetzt sein.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt und teilweise in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Figuren schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen konstanter Dicke;

Figur 2 einen Dämpfungsbelag mit abgekerbten Plättchenelementen;

Figur 3 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen mit keilförmig auslaufenden Rändern;

Figur 4 einen Dämpfungsbelag mit einer zusätzlichen Abstandsschicht; und

Figur 5 eine Draufsicht auf einen Dämpfungsbelag mit quadratischen Plättchenelementen.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Dämpfungsbelag 1, welcher auf eine zu dämpfende Wandung 2 aufgebracht ist. Der Dämpfungsbelag 1 besteht aus ziegelmauerartig übereinander geschichteten Plättchenelementen 3. Diese bestehen aus einem Material mit einem möglichst hohen Elastizitätsmodul, z.B. aus einem Metall wie Stahl, aus einem Keramikwerkstoff oder aus Glas. In den Zwischenräumen zwischen den Plättchenelementen 3 befindet sich eine Dämpfungsmasse 4 mit hohem Verlustfaktor, z.B. Adhäsionsstoff, Kunststoff, Teer, Fett, Gummi, Feststoffschmiermittel oder ähnlicher Masse. Die Plättchenelemente 3 berühren einander nicht, sondern sind auf der Ober- bzw. Unterseite durch die Dämpfungsmasse 4 verbunden. Ebenso verhindern Zwischenräume 5 eine direkte Kraftübertragung zwischen benachbarten Plättchenelementen. Der Dämpfungsbelag 1 ist an der zu dämpfenden Wandung 2 über eine adhäsive Schicht 6 befestigt. Die dämpfende Wirkung des Dämpfungsbelages

1 kommt so zustande, dass bei einer Dehnung der Wandung 2, welche durch Longitudinalschwingungen in der Wandung

2 hervorgerufen wird, ein Kraftfluss auf die Plättchenelemente 3 der untersten Lage 7 übertragen wird. Da sich die Plättchenelemente 3 nicht berühren, wird der Kraftfluss abwechselnd zwischen den Plättchenelementen 3 und der Dämpfungsmasse 4 hin und her geleitet. Dabei unterliegt die zwischen den Lagen befindliche Dämpfungsmasse grossen Scherkräften. Aufgrund der relativ grossen Berührungsflächen der Dämpfungsmasse mit den Plättchenelementen ist die Schubsteifigkeit in der Dämpfungsmasse relativ hoch. Da zwischen den einzelnen Plättchenlagen eine Vielzahl solcher Scherstellen existieren, ist der integrale Elastizitätsmodul und damit die dämpfende Wirkung des Dämpfungsbelages 1 wesentlich grösser als bei der reinen Dämpfungsmasse 4.

Die Abmessungen der Plättchenelemente 3 und der Schichtdicken sind auf ein Optimum einzustellen. Bei zu grossen Plättchenelementen 3 und zu grosser Schubsteifigkeit in der Dämpfungsmasse 4 nähern sich die Eigenschaften des Dämpfungsbelages 1 denen des Materials der Plättchenelemente 3 an. Im umgekehrten Fall nähern sich die Eigenschaften des Dämpfungsbelages 1 denen der Dämpfungsmasse 4 an. Das Optimum ist erreicht, wenn die Federsteifig-keiten der Plättchenelemente 3 auf Zug der komplexen Federsteifigkeit der Dämpfungsmasse 4 auf Schub gleich kommt.

Die Dicke der Plättchenelemente ist dabei klein gegenüber deren Abmessungen in der Plättchenebene.

Figur 2 zeigt einen Dämpfungsbelag 11, bei dem die Plättchenelemente 13 durch ein in Platten 16,17 eingekerbtes Muster entstehen. Durch die als Verbindungsstücke dienenden Einkerbungen 15 werden die Plättchenelemente 13 im Hinblick auf die Übertragung von Zug- oder Druckkräften voneinander entkoppelt, da die Federkonstante einer Einkerbung sehr viel geringer ist als die eines Plättchenelementes auf Zug. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei derartig hergestellter Lagen von Plättchenelementen so übereinander geschichtet, dass die Einkerbungen jeweils versetzt zueinander sind. Zwischen den Lagen 16,17 befindet sich die Dämpfungsmasse 14. Der Dämpfungsbelag 11 ist, ähnlich wie in Fig. 1, auf der zu dämpfenden Wandung 12 befestigt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Dämpfungsbelag nimmt die Dicke der Plättchenelemente 23 zu den Rändern hin linear ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ebenen derartiger Plättchen versetzt übereinander geschichtet. Zwischen den Ebenen befindet sich die Dämpfungsmasse 24. Eine derartige Ausführungsform ergibt bei gleichen Dämpfungswerten eine höhere Materialausnützung als bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Dämpfungsbelägen mit Plättchenelementen konstanter Dicke.

Für dieses Ausführungsbeispiel lässt sich in guter Näherung der integrale Elastizitätsmodul E* berechnen: Der Elastizitätsmodul der Plättchenelemente sei E, die Plättchenlänge in der Bildebene sei 1, die Dicke des Plättchens in der Mitte hi und die Schichtdicke der Dämpfungsmasse zwischen den Plättchenelementen hi. Der Schubmodul der Dämpfungsmasse sei G, mit einem vergleichsweise hohen Anteil des Verlustmoduls (Verlustfaktor). Für den Dämpfungsbelag 21 ergibt sich dann unter der Voraussetzung, dass hi<l und h2<hiist:

E , K-hi-h: E

E*= 1 + \2 G

Die maximal grösste Dämpfung im Dämpfungsbelag ergibt sich, wenn die Dämpfungsmasse 24 einen rein imaginären Schubmodul iG aufweist und der Betrag K-hi-ha E/12 • G zu 1 wird. In diesem Fall nimmt E* den Wert 0,5 (1 +i) E an. An diesem Wert ist zu erkennen, dass der Elastizitätsmodul E der Plättchenelemente möglichst gross gewählt werden soll. Für den Fall, dass die Plättchenelemente aus dem gleichen Material wie die zu dämpfende Wandung besteht, ergibt sich für das Verhältnis von Verlustmodul des Dämpfungsbelages zum Elastizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung das eingangs erwähnte Verhältnis von Vi. Im Faktor K sind die beiden Fallunterscheidungen enthalten: Für beidseitig mit Dämpfungsmasse 24 umschlossene Plättchenelemente 23 ist K = 2. Für aussen liegende, nur einseitig belegte Plättchenelemente 23 ist K = 4.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ein Dämpfungsbelag 31 aus Plättchenelementen 33 und Dämpfungsmasse 34 besteht, wobei der Dämpfungsbelag 31 über eine Abstandsschicht 35 auf der zu dämpfenden Wandung 32 aufgebracht ist. Dieser Dämpfungsbelag ergibt für Biegeschwingungen eine höhere Dämpfungswirkung.

Für die Dämpfung von Fensterscheiben und dgl. sind für die Plättchenelemente und die Dämpfungsmasse Materialien mit solchen optischen Eigenschaften auszuwählen, dass diese einen klaren, durchsichtigen Dämpfungsbelag ohne lichtbrechende Flächen ergeben.

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In den Figuren 1 bis 4 sind zur besseren Darstellung die ~ Dicken der Plättchenelemente bzw. der Dämpfungsbeläge im Vergleich zur Länge der Plättchenelemente und auch der Dicke der zu dämpfenden Wandungen zu gross dargestellt. Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf einen Dämpfungsbelag nach

Art des in Fig. 1 dargestellten, mit quadratischen Plättchenelementen 51,52. Die Plättchenelemente 51 der obersten Lage überdecken dabei mit der Flächenmitte jeweils die Ecken von vier gestrichelt dargestellten Plättchenelementen s 52 der darunter liegenden Lage.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

638 263 PATENTANSPRÜCHE

1. Auf einer schwingenden Wandung aufgebrachter Dämpfungsbelag zur Dämpfung der Körperschallschwingung, mit Plättchenelementen (3, 13,23,33,51), welche nebeneinander und in mehreren Lagen (7,8; 16,17) übereinander angeordnet sind, wobei die Plättchenelemente jeweils einer Lage die Fugen (5) zwischen den Plättchenelementen der benachbarten Lage überdecken, zwischen den Lagen eine Dämpfungsmasse (4,14,24,34) mit einem Imaginäranteil des Schubmoduls angeordnet ist, und der Elastizitätsmodul eines Plättchenelementes höher ist als derjenige der Dämpfungsmasse, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die längste Abmessung der Plättchenelemente (3,13,23, 33,51 ) ist kleiner als die kleinste Wellenlänge der zu dämpfenden Körperschallschwingung,

b) die maximale Dicke der Plättchenelemente ist geringer als deren längste Abmessung,

c) die Plättchenelemente weisen zumindest in denjenigen Bereichen die maximale Dicke auf, welche die Fugen (5) zwischen den Plättchenelementen der benachbarten Lage überdecken,

d) die Schichtdicke der Dämpfungsmasse (4,14,24,34) zwischen zwei Plättchenlagen ist kleiner als die maximale Dicke der Plättchenelemente.

2. Dämpfungsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchenelemente (13) jeweils einer Lage

( 16,17) über Verbindungsstücke ( 15) miteinander verbunden sind und die Verbindungsstücke (15) eine geringere Federkonstante aufweisen als die Plättchenelemente (13) bei Beanspruchung auf Zug.

3. Dämpfungsbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchenelemente (23,33) keilförmig auslaufende Ränder aufweisen.

4. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er eine äussere, adhäsive Schicht (6) aufweist.

5. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zu dämpfenden Wandung (32) und dem Dämpfungsbelag (31) eine Abstandsschicht (35) angeordnet ist.

6. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er bandförmig (1,11,21,31)

ist.

7. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er durchsichtig ist.

8. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante der Plättchenelemente (3, 13,23,33,51) bezogen auf Zugbelastung dem Betrage nach gleich ist der imaginären Federkonstante der zugeordneten Schicht der Dämpfungsmasse (4,14,24,34) bezogen auf Schubbelastung.

9. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Plättchenelementen (23, 33) mit keilförmig auslaufenden Rändern deren Länge 1, Dicke hi und Elastizitätsmodul E so auf Dicke h2 und Verlustmodul iG der Dämpfungsmasse (24,34) abgestimmt sind, dass K hi ha E / l2 G = 1 und dass bei innenliegenden, beidseitig mit Dämpfungsmasse (24,34) beaufschlagten Plättchenelementen (23,33) K den Wert zwei annimmt und dass bei aussenliegenden Plättchenelementen K gleich vier ist.