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Die Erfindung betrifft ein Schalldämpfermaterial und einen Schalldämpfer mit einem derartigen Schalldämpfermaterial, insbesondere einen Druckluftschalldämpfer für den Einsatz in der Automobilindustrie.
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Gesetzliche Bestimmungen zum Schallschutz wurden in den vergangenen Jahren zunehmend verschärft, um Lärmbelästigungen zu begrenzen. Darüber hinaus sind steigende Kundenforderungen sowie ein verändertes Kaufverhalten bezüglich der akustischen Gestaltung von Produkten zu verzeichnen. Die akustischen Eigenschaften gewinnen damit zunehmende Bedeutung bei der Platzierung von Bauteilen und Produkten am Markt.
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Um Geräuschemissionen an Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, so gering wie möglich zu halten, werden in deren Druckluftanlagen, welche unter anderem während des Bremsvorganges eingesetzt werden, entsprechende Geräuschdämpfer (Druckluftschalldämpfer) eingesetzt.
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Druckluftschalldämpfer müssen in der Automobilbranche bestimmten Anforderungen genügen, welche sich aus Funktionsbestimmung, Einsatzbedingungen und Umwelteinflüssen ergeben. Diese sind für den speziellen Anwendungsfall in entsprechenden Spezifikationen festgehalten und betrifft vor allem sowohl den von der Automobilindustrie vorgegebenen Temperatureinsatzbereich sowie die durch gesetzliche Regelungen bestimmte zulässige Geräuschemission.
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Druckluftschalldämpfer existieren in unterschiedlichen Ausführungen und Größen. Im Wesentlichen bestehen sie aus einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass für Druckluft sowie einem Füllstoff, welcher die primäre schallabsorbierende Funktion übernimmt.
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Es ist beispielsweise aus der
DE 10248183 A1 bekannt, in Geräuschdämpfern von Drucklufteinrichtungen Dämmstoffe in Form einer Gestrickrolle zu verwenden. Eine solche Gestrickrolle wird aus einem schlauchförmigen, auf einer Rundstrickmaschine hergestellten Gestrick von geketteten thermoplastischen Fäden mit z. B. rechteckförmigem Querschnitt hergestellt, indem ein Gestrickschlauch in einer vorbestimmten Länge abgelängt und an seinen Schnittflächen so verschweißt wird, dass ein rechteckförmiger Schlauchabschnitt entsteht. Dieser rechteckförmige Schlauchabschnitt wird dann zu einer Gestrickrolle gerollt. Die Gestrickrolle wird dann in einen zur Atmosphäre führenden Verbindungsschlauch eingeschoben.
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Durch die
DE 42 37 630 A1 ist eine Druckluft-Entlüftungseinrichtung bekannt, in der geräuschdämpfende Mittel verwendet werden. Die geräuschdämpfenden Mittel sind von einem Filtergestrick gebildet, das aus einem strumpfartigen Gewebeteil aus Kunststoff-Flachdraht besteht, welches zu einer Rolle gewickelt ist. Das Gehäuse setzt sich aus einem topfförmig ausgebildeten Gehäuseteil und einem auf dieses aufgeschnappten, als Deckel ausgebildeten Gehäuseteil zusammen.
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In
DE 10 2004 036 030 A1 wurde ein Dämmmaterial vorgeschlagen, das aus einem aus Fäden hergestellten Gestrickschlauch besteht, der zu einer Gestrickrolle gerollt ist, wobei erfindungsgemäß Kunststoff-Fäden mit gegenüber bekannten Fadenausbildungen vergrößerter Oberfläche verwendet werden, indem die Fäden eine von der runden Außenform abweichende geometrische Gestaltung der Querschnitts-Außenkontur aufweisen. Die Vergrößerung der Oberfläche des Fadens wird gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung durch regelmäßig oder unregelmäßig profilierte Fadenquerschnittskonturen, insbesondere durch einen kreuzförmigen oder sternförmigen Fadenquerschnitt erzielt.
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Mit derartigen Monofilament-Fäden mit vergrößerter Oberfläche lassen sich beispielsweise Füllstoffe herstellen, die in solchen Schalldämpfern verarbeitet werden. Der Füllstoff kann dabei ein schlauchförmiges Gestrick aus einem Polypropylen-Monofilamentgarn sein, welches im aufgewickelten Zustand in die Schalldämpfergehäuse eingelegt wird.
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Ein Ziel der Erfindung war die Entwicklung alternativer, geeigneter Schalldämpferkonzepte für die Automobilindustrie mit deutlich verbesserten Eigenschaften im Vergleich zu den aktuell eingesetzten Schalldämpfermaterialien.
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Aufgaben der Erfindung bestehen insbesondere in der Verbesserung der Schalldämpfungswirkung sowie der Verbesserung der mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften.
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Zur Lösung dieser Aufgaben wird zunächst ein Schalldämpfermaterial vorgeschlagen, das ein textiles Flächengebilde wie beispielsweise ein Gewebe, Geflecht, Gewirk oder Gestrick umfasst, das mindestens ein Monofilamentgarn enthält, wobei das textile Flächengebilde neben dem mindestens einen Monofilamentgarn mindestens ein Zusatzgarn enthält, das kein Monofilamentgarn ist.
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Das bisher für das maschinelle Stricken eingesetzte Monofilamentgarn aus Polypropylen (PP) ist ein wirtschaftlich geeignetes und prozesssicheres Material mit einer hohen Festigkeit und Wärmestabilität. Mit diesem können im Strickergebnis sehr definierte und reproduzierbare Oberflächen für die schallabsorbierende Funktion des Gestricks hergestellt werden. Es weist jedoch einen vergleichsweise großen Querschnitt auf. Um dennoch eine gute Schalldämmungswirkung zu erzielen, ist die Oberfläche gegenüber einem Rundgarn dadurch erhöht, dass das Monofilamentgarn einen kreuzförmigen oder sternförmigen Fadenquerschnitt aufweist.
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Es hat sich in eigenen Versuchen der Anmelderin gezeigt, dass die Schalldämmung bei nur geringfügig höherer Wasseraufnahme nochmals verbessert werden kann, wenn als Schalldämpfermaterial ein hybrides textiles Flächengebilde verwendet wird, bei dem neben einem Monofilamentgarn zusätzlich ein weiteres Garn eingearbeitet wird, das kein Monofilament ist. Idealerweise wechseln sich dabei bei einem Gestrick abwechselnd Maschenreihen aus dem Monofilamentgarn mit Maschenreihen aus dem Zusatzgarn, das kein Monofilamentgarn ist, ab. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass auf einer Rundstrickmaschine zwei oder mehr Fadenzuführungen verwendet werden, durch die der Arbeitsstelle der Strickmaschine abwechselnd Monofilamentgarn und Zusatzgarn zugeführt werden. Das Ergebnis ist ein quergestreiftes Rundgestrick.
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Für die Verwendung in einem Schalldämpfer, insbesondere für Anwendungen in der Automobilindustrie, kann das textile Flächengebilde jedoch auch streifenförmig ausgeführt sein, damit es sich gut aufwickeln lässt.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Monofilamentgarn und das mindestens eine Zusatzgarn aus demselben Werkstoff bestehen. Dadurch wird eine gute Recycling-Fähigkeit des Schalldämpfermaterials erzielt. Beispielsweise können sowohl das Monofilamentgarn als auch das Zusatzgarn aus Polypropylen (PP) bestehen, weil dieses Material sich in der Vergangenheit als Schalldämpfermaterial bereits bewährt hat, denn es ist dauerwärmestabil, weist eine große Steifigkeit im oberen Temperaturbereich und eine sehr gute chemische Widerstandsfähigkeit auf. Außerdem ist es UV-stabil und antistatisch lieferbar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Zusatzgarn ein Multifilamentgarn. Es hat sich gezeigt, dass gute Ergebnisse mit Multifilamentgarn erzielt werden, die 50 bis 200 Filamente, vorzugsweise 80 bis 170 Filamente, besonders bevorzugt 100 bis 150 Filamente aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Zusatzgarn ein Spleißgarn. Spleißgarne sind aus Folienbändern mechanisch oder chemisch fibrillierte (aufgespleißte) Fäden. Ähnlich wie bei Streckgittern werden in einem flächigen Ausgangsmaterial durch versetzte Schnitte ohne Materialverlust Öffnungen erzeugt, so dass die dadurch entstehenden Materialstreifen punktuell noch miteinander verbunden sind. Spleißgarne weisen dadurch eine stark vergrößerte Oberfläche auf. Außerdem bauschen sie gegenüber Monofilamenten, so dass die hindurchgeleitete Druckluft labyrinthartig geführt wird, wobei sie immer wieder auf dünne Materialstreifen trifft, wodurch sich die Schalldämmwirkung erklärt. In eigenen Versuchen der Anmelderin hat sich gezeigt, dass solche Spleißgarne für die Verwendung in einem Schalldämpfermaterial ähnlich gut geeignet sind wie Multifilamentgarne.
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In den Versuchen der Anmelderin hat sich gezeigt, dass besonders gute schalldämmende Eigenschaften erzielt werden können, wenn das Zusatzgarn eine Feinheit von 1400 bis 2800 dtex, vorzugsweise von 1800 bis 2400 dtex, besonders bevorzugt von 2000 bis 2200 dtex aufweist.
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Ebenso hat es sich gezeigt, dass die Verarbeitbarkeit des Zusatzgarns, beispielsweise in einer Rundstrickmaschine, dadurch verbessert werden kann, dass das Zusatzgarn eine Avivage aufweist. Je nach dem konkret verwendeten Garn kann dabei eine Avivage von maximal 3,0 Masse-%, von maximal 1,5 Masse-%, oder von maximal 0,5 Masse-% die besten Ergebnisse hervorbringen.
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Das vorgeschlagene Schalldämpfermaterial kann vorteilhaft für Schalldämpfer verwendet werden, die ein Gehäuse mit mindestens einem Lufteintritt und mindestens einem Luftaustritt sowie in dem Gehäuse angeordnetes Schalldämpfermaterial umfassen, wobei das Schalldämpfermaterial vorteilhaft wie oben beschrieben beschaffen ist.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass an zwei gegenüberliegenden Enden des Schalldämpfermaterials die Garne jeweils lokal miteinander verschmolzen sind, damit sich das Gewirk oder Gestrick bei der Handhabung, d.h. bei der Konfektionierung (Zuschnitt, Aufwickeln, Einlegen in das Gehäuse) nicht auflöst.
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Insbesondere bei Schalldämpfern für Anwendungen in der Automobilindustrie, deren Gehäuse einen runden Querschnitt aufweisen, kann weiter vorgesehen sein, dass das Schalldämpfermaterial, aneinanderliegende Windungen bildend, spiralförmig aufgewickelt ist.
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Dabei kann, um die Handhabung weiter zu erleichtern, das äußere Ende des spiralförmig aufgewickelten Schalldämpfermaterials durch lokales Verschmelzen mit der nächstliegenden Windung verbunden sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnungsfigur und zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein schlauchförmiges Rundgestrick, bei dem ein relativ dickes Monofilamentgarn 1 mit einem Zusatzgarn 2, das hier als Multifilamentgarn ausgeführt ist, verstrickt wurde. Durch die abwechselnde Zuführung beider Garnarten zur Arbeitsstelle der Rundstrickmaschine entsteht der optische Eindruck eines quer zur Längsrichtung des Schlauches verlaufenden Streifenmusters.
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Es ist zu erkennen, dass das Multifilamentgarn 2 im Vergleich zum Monofilamentgarn 1 relativ stark bauscht. Beim Aufwickeln eines abgelängten Stücks dieses Schalldämpfermaterials werden sich Maschenreihen des Monofilamentgarns 1 einer Windung zufällig immer wieder mit Maschenreihen des Multifilamentgarn 2 einer angrenzenden Windung überdecken. Dadurch wird eine gute Schalldämmwirkung erzielt.
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Ausführungsbeispiel 1
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- Erstes Garn: Monofilament, Polypropylen, Rechteck-Querschnitt (Serienstandard)
- Zweites Garn (Zusatzgarn): Spleißgarn, Polypropylen, 2000 dtex
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Das hier verstrickte Zusatzgarn ist ein Polypropylen-Spleißgarn mit einer Feinheit von 2000 dtex (Verhältnis Masse je Länge) und wurde mit einer Schutzdrehung versehen. Das Garn ist für eine bessere Verarbeitung auf der Maschine mit einer Avivage (< 3 Masse%) überzogen. Die Strickversuche wurden auf einer Kleinrundstrickmaschine mit zwei Fadenzuführern durchgeführt.
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In dieser Versuchsreihe wurde die Kleinrundstrickmaschine mit zwei Fadenzuführern sowohl mit dem in der Serienproduktion verwendeten PP-Monofilamentgarn als auch mit dem PP-Multifilamentgarn bestückt.
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Auf diese Weise wurden zwei unterschiedliche Garne miteinander verstrickt, um die Eigenschaften der beiden Garne im so hergestellten Hybrid-Gestrick zu kombinieren.
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Ausführungsbeispiel 2
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- Erstes Garn: Monofilament, Polypropylen, Rechteck-Querschnitt (Serienstandard)
- Zweites Garn (Zusatzgarn): Multifilament, Polypropylen, 2100 dtex
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Hybrid-Gestrick aus PP-Monofilamentgarn und PP-Multifilamentgarn hergestellt. Die Strickergebnisse waren vergleichbar mit denen in Ausführungsbeispiel 1.
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Ergebnisse der Schallpegelmessung
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Von den in den Ausführungsbeispielen hergestellten Hybridgestricken wurden Schallpegelmessungen durchgeführt. Dabei wurden für alle Versuchsreihen die Einfügungsdämpfung und der unmittelbar vor dem Probekörper während der Messung anliegende Staudruck erfasst. Die Einfügungsdämpfung beschreibt die Differenz zwischen den Pegeln mit bzw. ohne Schalldämpfer und wird somit als das entscheidende Bewertungskriterium angesehen. Der Staudruck lässt Rückschlüsse auf den erforderlichen Luftdurchlass zu.
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Die Hybrid-Gestrick-Varianten wiesen dabei geringfügig höhere (Ausführungsbeispiel 1) bzw. deutlich höhere (Ausführungsbeispiel 2) Einfügungsdämpfungswerte als die Serienstandardgestricke auf, wobei der Staudruck etwas höher (Ausführungsbeispiel 1) als beim Serienstandard bzw. annähernd identisch (Ausführungsbeispiel 2) zum Serienstandard ausfiel.
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Mit der Verwendung von Monofilamentgarn gemeinsam mit Multifilamentgarn oder Spleißgarn bei der Herstellung von Schalldämpfermaterialien sind qualitativ reproduzierbare Strickergebnisse mit deutlich verbesserten schalldämpfenden Eigenschaften erzielbar. Hinsichtlich der Materialkosten ist davon auszugehen, dass durch die höhere Dichte der Multifilamentgarne und Spleißgarne ein geringerer Materialeinsatz erforderlich sein wird, was eine zusätzliche Kostenersparnis bedeuten kann. Darüber hinaus wird durch den verringerten Längenbedarf der Gestricke je Schalldämpfer eine „virtuelle“ Vergrößerung der Maschinenkapazität erreicht, weil bei gleicher Produktionsmenge das Schalldämpfermaterial für eine größere Anzahl von Schalldämpfern in derselben Zeit hergestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Monofilamentgarn
- 2
- Zusatzgarn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10248183 A1 [0006]
- DE 4237630 A1 [0007]
- DE 102004036030 A1 [0008]
