DE102019110463A1

DE102019110463A1 - Motor- und/oder Aggregat-Kapsel

Info

Publication number: DE102019110463A1
Application number: DE102019110463.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Riederer; Thomas Karcz; Volkmar Schulze; Volker Kursch; Andreas Hart
Original assignee: Adler Pelzer Holding GmbH
Current assignee: Adler Pelzer Holding GmbH
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-29
Also published as: WO2020216743A1; CN114008099A; CN114008099B; US20220259367A1; JP2022530047A; EP3959253A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine akustisch und thermisch wirkende Motor- und/oder Aggregat-Kapsel, die den Motor und/oder das Aggregat vollständig ummantelt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine akustisch und thermisch wirkende, den Motor und/oder das Aggregat vollständig umschließende Kapsel, bestehend aus einer schalldämmenden Trägerschicht, die mit einem PUR-Schaumstoff hinterschäumt ist, sowie über Scharniere und Verschlusslaschen verfügt und die Durchbrüche für Kabel und andere Verbindungen umschäumt sind.
Zur Reduktion von Geräuschemissionen mechanischer, elektromechanischer oder elektrischer Maschinen sind deren Gehäuse von Schallisolationskapseln umgeben. Die Kapseln beziehungsweise Manschetten weisen eine schalldämpfende Verbundmaterialwand auf, die mit einer Kunststoff-Trägerschicht als Schwerschicht und einer Schalldämpfungsschicht als am Gehäuse der Maschine anliegende Innenschicht versehen ist. Derartige Manschetten beziehungsweise Kapseln sind beispielsweise für die Schallisolation von Elektromotoren, Getrieben und Verdichtern bei Fahrzeugen bekannt.
Die bekannten Manschetten beziehungsweise Kapseln werden, nachdem sie um das Gehäuse der Maschine gelegt sind, unter anderem mittels Spreiznieten, Schrauben, Steckverbindungen, Schnappverschlüssen, Hakenklemmen und Klett- sowie Klebebändern zusammengehalten beziehungsweise in Position gehalten. Die Montage derartiger Schallisolationen ist vergleichsweise aufwendig, was demzufolge mit zusätzlichen Montageaufwand und Kosten verbunden ist.
Im Stand der Technik sind Kapselungen bekannt, die ein- und mehrteilig aufgebaut sind und meist aus verschiedenen Materialkombinationen bestehen. Häufig wird unterschieden zwischen hautnaher (Nahbereichskapselung) und hautferner (Mittelbereichskapselung) Kapselung sowie der Kapselung karosseriefolgender Kontur (fahrzeugkarosserieförmige Kapselung), so beispielhaft DE 10 2006 027 230 A1 und DE 10 2012 106 644 A9 ).
Bei den Nahbereichskapselungen wird weiterhin unterschieden zwischen der oberen Abdeckung (top cover), der kalten (Lufteinlass-) Seite, der Antriebsriemen- (Ketten-) Seite, der Ölwannenseite, der Getriebeseite und der heißen (Auslass-) Seite.
Obere Abdeckungen (top cover) werden materialseitig beispielsweise in WO 2016/166196 A1 , WO 2016/166217 A1 und WO 2016/166218 A1 beschrieben.
In DE 10 2004 022 895 A1 wird ein Verkleidungselement aus thermoplastischem Kunststoff, das wenigstens teilweise als Hohlkörper ausgebildet ist, zur Abschirmung des Motors und/oder der Abgasanlage eines Kfz offenbart.
DE 10 2015 108 583 A1 offenbart zur Umhüllung von Bauteilen ein Gehäuse aus PUR-Schaumstoff, insbesondere aus sogenanntem Integralschaum.
DE 10 2015 217 100 A1 und die DE 10 2015 205 746 A1 offenbaren Kfz-Funktionskomponenten, ein thermisch isolierendes und/oder schallemissionsminderndes Isolationsbauteil, bei dem unterschiedliche Lagen adhäsiv durch Schaumklebstoff verbunden sind.
Allgemeine Informationen zu thermo-akustischen Motorkapselungen sind zu finden bei: Mantovani M. u.a., ATZ 01/2010, S. 20-25 und Bürgin, T. u.a., ATZ 03/2014, S. 34-39.
Weichelastische sowie viskoelastische Polyurethan-Formschäume sind im Bereich der Fahrzeugakustik weit verbreitet. Übliche weichelastische Schäume werden allgemein dem „high resilience“- also hochelastischen Typ zugeordnet und weisen eine ausgeprägte Federcharakteristik mit spontanem beziehungsweise schnellem Rückstellverhalten auf. Dem entgegen stehen die viskoelastischen Schaumstofftypen, die sich als wesentliches Unterscheidungsmerkmal zu weich-elastischen Schaumstofftypen durch ein verzögertes Erholungsverhalten nach Druckverformung auszeichnen. Dabei erreichen viskoelastische Schäume im Vergleich zu „high resilience“ Schäumen in der Regel wesentlich bessere Dämpfungseigenschaften.
Auch finden Leichtschäume, in der Regel Schnittschäume sowie Melaminharzschäume Anwendung.
Die typischen Materialeigenschaften dieser Schäume werden primär von den eingesetzten Polyoltypen und Additiven, deren Mengenverteilung, dem Vernetzungsgrad und dem gewählten Raumgewicht bestimmt. Im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung für akustisch wirksame Feder-Masse-Verkapselungen bei Kraftfahrzeugen, aber auch unter Berücksichtigung von hohen Temperaturen in Kombination mit Feuchtigkeitsbedingungen, die häufig zu einem frühzeitigen Altern oder sogar zu einer hydrolytischen Material-Zersetzung führen, werden entweder Polyester- oder Polyetherpolyole verwendet. Für aktuelle Anwendungen werden hauptsächlich Standardschäume (HR-Schäume) verwendet. Darüber hinaus sind diese Standardschäume (basierend auf herkömmlicher Polyetherbasis weniger empfindlich gegen hydrolytische Zersetzung als auf Polyester basierende Typen, jedoch nicht weit genug stabil, um den oben genannten streng modifizierten Alterungsbedingungen zu widerstehen. Grundsätzlich führen hohe Temperaturen zu vorzeitiger Materialalterung, während trockene Bedingungen zu Sprödigkeit führen und hydrolytische Bedingungen (infolge von hohen Temperaturen in Kombination mit Feuchtigkeit) zu Erweichungseffekten, zum Verlust mechanischer und akustischer Eigenschaften oder sogar zu einer vollständigen Materialzersetzung führen.
In der noch unveröffentlichten DE 10 2018 130 184 ist eine Polyurethan-Schaumstoff-Formulierung auf Basis von an sich konventionellen Polyether- und Novolac-Polyolen mit insbesondere MDI zur Herstellung von weichelastischen PUR-Formschäumen mit viskoelastischen Eigenschaften insbesondere für Schallisolierungen mit darauf basierenden Schäumen beschrieben.
In der Vergangenheit wurde, bei bekannten Verkapselungen von Motoren und Getrieben von Kraftfahrzeugen, der Hydrolysebeständigkeit wenig Beachtung geschenkt. Bei der Entwicklung neuer Formschäume wurden die Alterungsschwäche der bekannten Formschäume aufgefunden. Die bekannten viskoelastischen Formschäume weisen eine typische Schwäche in Bezug auf den Druckverformungsrest auf. Darüber hinaus wird der Druckverformungsrest häufig als Indikator für die Materialalterung verwendet, insbesondere verursacht durch hydrolytische Prozesse. Außerdem führen hydrolytische Bedingungen zu allgemeinen Degenerationen, die durch deutlich verringerte mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Druckbelastung dargestellt werden.
In der noch unveröffentlichten DE 10 2018 133 366 wird eine Vorrichtung zur Schallisolation einer Maschine beschrieben, die eine Manschette und eine schalldämpfende Verbundmaterialwand mit einer Kunststoff-Trägerschicht aufweist. Es handelt sich hierbei um eine nicht vollumschließende / vollummantelnde „Manschette““ mit einem neuartigen Laschenverschluss als Hauptmerkmal.
Aus dem Stand der Technik sind keine Kapselungen bekannt, die eine vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel, bestehend aus einer dämmenden Trägerschicht mit hinterschäumten viskoelastischen PUR-Schaumstoff beschreiben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gegenüber dem vorgenannten Stand der Technik ist somit die Bereitstellung einer Motor- / Aggregat-Kapsel, die den Motor beziehungsweise das Aggregat vollständig umschließt; die Durchbrüche für Kabel und andere Verbindungen umschäumt/abgedichtet sind sowie die Überlappung einzelner Kapselelemente schalldicht ausgelegt/gestaltet sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in einer ersten Ausführungsform eine vollumschließende Motor- und/oder Aggregat-Kapsel (1) aus einer schalldämmenden Trägerschicht (2), die mit einem PUR-Schaumstoff (3) hinterschäumt ist, sowie über Scharniere (4) und Verschlusslaschen (5) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) aus einem biegeweichen Compound mit der Shore-(A)-Härte im Bereich von 60 bis 95 besteht, deren Dicke im Bereich von 1,2 bis 4 mm ist;
das Flächengewicht zum einen entsprechend der Compound-Dichte im Bereich von 1,2 und 3,0 g/cm³ und zum anderen durch anforderungsbedingte, unterschiedliche Trägerschichtdicken (6, 6.1) über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) resultiert;
der PUR-Schaumstoff (3) umfassend die Eigenschaften:

Dichte im Bereich von 45 bis 105 g/l, insbesondere 55 bis 85 g/l, Speicher-Modul im Bereich von 20 bis 250 kN/m², insbesondere 40 bis 100 kN/m² und
Verlustfaktor 0,3 bis 0,8, insbesondere 0,33 bis 0,50, wobei die Polyurethan-Schaumstoff-Formulierung für die Herstellung des viskoelastischen PUR-Formschaumstoffs umfasst:
1. a) ein Novolac-Polyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3, einer Hydroxylzahl im Bereich von 160 bis 240 mg KOH/g
2. b) ein Polyetherpolyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3, einer Hydroxylzahl im Bereich von 20 bis 40 mg KOH/g
3. c) ein Block/ Copolymer mit einer Hydroxylzahl im Bereich von 25 bis 45 mg KOH/g und
4. d) eine Kombination katalytisch wirksamer sowie stabilisierender (an sich bekannter) Additive (siehe insbesondere 1).

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst eine vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel (1), die dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Trägerschicht (2) anforderungsbedingte, unterschiedliche Trägerschichtdicken (6, 6.1) über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) aufweist, die zum einen durch unterschiedliche Spaltweiten des Spritzguss-Werkzeuges über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) und zum anderen durch partiell über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) angeordnete Wechsel-Einsätze umgesetzt sind (siehe insbesondere 2).
Eine weiteren Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in den PUR-Schaumstoff (3) flüssigkeitsführende Leitungen zur Regulierung des Wärmemanagements eingeschäumt sind.
Die Durchbrüche in der vollumschließenden Motor- und/oder Aggregat-Kapsel (1) für Kabel und andere Verbindungen sind mit dem Schaumstoff (3) umschäumt/abgedichtet (siehe hierzu insbesondere 4).
In 5 ist eine erfindungsgemäße Rand-/Überlappungsgestaltung (Steckverbindung) der vollumschließenden Motor- und/oder Aggregat-Kapsel (1) dargestellt.
In manchen Anwendungsfällen macht es Sinn, den Schaumstoff (3) nach dem Hinterschäumen der Trägerschicht (2) zu walken. Damit brechen die Schaumstoffzellen, und man erhält dadurch eine bessere akustische Wirksamkeit des Schaumes (3); auch wird er dadurch weicher.
Die erfindungsgemäße Polyurethan-Schaumstoff-Formulierung basiert auf einer besonderen Materialzusammensetzung, die den grundlegenden viskoelastischen akustischen Anforderungen entspricht und einen Formschaumstoff ermöglicht, der auch den neuen definierten Normen im Hinblick auf die hydrolytische Alterung entspricht. Das Polyether-Basispolyol ermöglicht - ähnlich wie herkömmliche Schaumstoffzusammensetzungen - ein grundsätzlich weiches und flexibles Schaumstoffprodukt. Die geforderte Kombination von viskoelastischen Eigenschaften und deutlich verbesserter Temperatur- und Hydrolysebeständigkeit wird durch den Einsatz eines hocharomatischen Polyols vom Novolac-Typ erreicht, dessen molekulare Struktur geeignete Bausteine für harte Segmente darstellt, jedoch die thermische und hydrolytische Stabilität zusätzlich stark unterstützt. Die Einarbeitung der Novolac-Polyole ist erfindungswesentlich, da ihr eigentliches Anwendungsgebiet starre Polyurethane sind.
Die Trägerschicht, deren integraler Bestandteil die Verschluss- und Überlappungsgestaltung ist, muss eine Flexibilität (Biegeweichheit) aufweisen. Insoweit von Vorteil ist es, wenn die Kunststoff-Trägerschicht aus einem Material besteht, dessen Shore-(A)-Härte im Bereich von 60 bis 95 und insbesondere im Bereich von 70 bis 85 liegt. Als Kunststoffmaterial der Trägerschicht (Schwerschicht) eignen sich beispielsweise EVA/PE, PE, PP, EPDM, TPE, TPO sowie anwendungsspezifisch formulierte Compounds.
Kern der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer akustisch und thermisch wirkenden, vollumschließenden Motor- und/oder Aggregat-Kapsel bei der ein anforderungsbedingtes, unterschiedlich ausgelegtes Flächengewicht über die Trägerschichtfläche, kombiniert mit einem hydrolysebeständigen, viskoelastischen PUR-Schaumstoff und eine schalldichte Kapselelement-Überlappungsgestaltung einhergehen.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Kombination von Trägerschicht, inkl. integrierter Überlappungs- und Verschlussmechanik, und Schaumstoffsystem in der Form, dass die Trägerschicht bedarfsorientierte Flächengewichte aufweisen kann; und das Schaumstoffsystem akustisch hoch wirksam, insbesondere auch hydrolysebeständig ist; und die Durchbrüche in der vollumschließende Kapsel keine akustischen Leckstellen darstellen, ebenso wie die (formschlüssige) Rand-/Überlappungsgestaltung von Kapselelementen/-schalen.
Ausführungsbeispiel:
Mit einem PP-basierendem Compound wurde eine Trägerschicht mit einem Flächengewicht von 3,00 kg/m², einheitlich über die Gesamtfläche, und einer Shore-(A)-Härte von 72 mittels Spritzgießverfahren hergestellt. Anschließend wurde diese mit einem weich-adhäsiven PUR-Schaumstoff, Dichte 85 g/l, Speicher-Modul von 95 kN/m² und einem Verlustfaktor von 0,5 hinterschäumt.
Nach Applikation der Kapsel um ein Aggregat, wurde dieses auf einem Prüfstand vermessen (Scan&Paint Intensitätsmessung mit der Microflown Sonde).
In 3 ist das Messergebnis dargestellt: deutlich ist die akustische Wirkung zu sehen.
Bei der Scan&Paint Messung wird mit der Microflown PU-Sonde das Messobjekt abgefahren. Aus den gemessenen Größen lässt sich der Schallintensitätspegel berechnen und mittels Farbkodierung (Rot=hoher Pegel, Blau= niedriger Pegel) darstellen. Die Bilder zeigen exemplarisch eine Terzmittenfrequenz.
Bezugszeichenliste

1: Kapsel
2: Trägerschicht
3: Schaumstoff
4: Scharnier
5: Verschlusslasche
6: Trägerschichtdicke
7: Aggregatwand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006027230 A1 [0003]
DE 102012106644 A9 [0003]
WO 2016/166196 A1 [0005]
WO 2016/166217 A1 [0005]
WO 2016/166218 A1 [0005]
DE 102004022895 A1 [0006]
DE 102015108583 A1 [0007]
DE 102015217100 A1 [0008]
DE 102015205746 A1 [0008]
DE 102018130184 [0013]
DE 102018133366 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Mantovani M. u.a., ATZ 01/2010, S. 20-25 und Bürgin, T. u.a., ATZ 03/2014, S. 34-39 [0009]

Claims

Vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel (1), bestehend aus einer schalldämmenden Trägerschicht (2), die mit einem PUR-Schaumstoff (3) hinterschäumt ist, sowie über Scharniere (4) und Verschlusslaschen (5) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) aus einem biegeweichen Compound mit der Shore-(A)-Härte im Bereich von 60 bis 95 besteht, deren Dicke im Bereich von 1,2 bis 4 mm ist; das Flächengewicht zum einen entsprechend der Compound-Dichte im Bereich von 1,2 und 3,0 g/cm³ und zum anderen durch anforderungsbedingte, unterschiedliche Trägerschichtdicken (6, 6.1) über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) resultiert; der PUR-Schaumstoff (3) umfassend die Eigenschaften: Dichte im Bereich von 45 bis 105 g/l, insbesondere 55 bis 85 g/l, Speicher-Modul im Bereich von 20 bis 250 kN/m², insbesondere 40 bis 100 kN/m² und Verlustfaktor 0,3 bis 0,8, insbesondere 0,33 bis 0,50, wobei die Polyurethan-Schaumstoff-Formulierung für die Herstellung des viskoelastischen PUR-Formschaumstoffs umfasst: a) ein Novolac-Polyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3, einer Hydroxylzahl im Bereich von 160 bis 240 mg KOH/g, b) ein Polyetherpolyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3, einer Hydroxylzahl im Bereich von 20 bis 40 mg KOH/g, c) ein Block/ Copolymer mit einer Hydroxylzahl im Bereich von 25 bis 45 mg KOH/g und d) eine Kombination katalytisch wirksamer sowie stabilisierender Additive.
Vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) anforderungsbedingte, unterschiedliche Trägerschichtdicken (6, 6.1) über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) aufweist, die zum einen durch unterschiedliche Spaltweiten des Spritzguss-Werkzeuges über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) und zum anderen durch partiell über die Gesamtfläche (Ummantelungsfläche) angeordnete Wechsel-Einsätze umgesetzt sind.
Vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den PUR-Schaumstoff (3) flüssigkeitsführende Leitungen zur Regulierung des Wärmemanagements eingeschäumt sind.
Vollumschließende Motor- beziehungsweise Aggregat-Kapsel (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass kein Scharnier (4) vorliegt, sondern die Kapsel (1) zwei Halbschalen umfasst.