DE2708896C3

DE2708896C3 -

Info

Publication number: DE2708896C3
Application number: DE2708896A
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Bschorr
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1980-06-19
Also published as: DE2708896B2; FR2382622A1; DE2708896A1; CH638263A5; FR2382622B1; IT7820576A0; IT1092828B; GB1600811A

Description

a) der maximale Durchmesser (1) eines Plättchenelementes 3,13,23,33, 43,51) ist kleiner als die kleinste Wellenlänge der zu dämpfenden Körperschallschwingung,

b) die maximale Dicke (h\) eines Plättchenelementes ist wesentlich geringer als deren maximaler Durchmesser (1),

c) ein Plättchenelement weist zumindest in den Bereichen die maximale Dicke (h{) auf, die die Fugen (5) zwischen den Plättchenelementen einer benachbarten Lage (7, 8, 16, 17) überdecken,

d) die Schichtdicke (hi) der Dämpfungsmasse (4, 14, 24, 34, 44) zwischen zwei Plättchenlagen (7, 8,16,17) ist kleiner als die maximale Dicke (h\) eines Plättchenelements.

2. Dämpfungsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchenelemente (13) einer Lage (16, 17) über Verbindungsstücke (15) miteinander verbunden sind und ein Verbindungsstück (15) eine wesentlich geringere Federkonstante aufweist als ein Plättchenelement (13) auf Zug.

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

4. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsbelag (1, 11, 21, 31) eine äußere, adhäsive Schicht 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 der Dämpfungsbelag (1,11,21,31) bandförmig ausgebildet ist.

7. Dämpfungsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsbelag (1,11,21,31) durchsichtig ist.

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Die Erfindung betrifft einen Dämpfungsbelag, bestehend aus Plättchenelementen mit einem hohen Elastizitätsmodul, welche nebeneinander und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, wobei die Plättchenelemente einer Lage die Fugen zwischen den Plättchenelementen einer benachbarten Lage überdekken und wobei zwischen den Lagen eine Dämpfungsmasse mit einem hohen Imaginäranteil des Schubmoduls angeordnet ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS bs 32 240 bekannt. Diese Vorrichtung 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 stTP.ifenförmigen 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 Dämpfuiigswerte 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 nur ein Teil der zu dämpfenden Fläche mit der Schichtkombination bedeckt ist, so ist der Gewichtszuwachs immer noch sehr groß.

In ähnlicher Weise ist ein aus der DE-AS 12 53 434 (korrespondierend zu GB-PS 8 87 535) bekanntes schalldämmendes Bauteil aufgebaut Auf einem derartigen Bauteil sind Massenteilchen in Abständen, die klein gegen die Wellenlänge des zu dämmenden Schalles im umgebenden Medium sind, verteilt Die Massenteilchen sollen eine hohe Dichte, wie z. B. Bleigewichte haben. Die schalldämmende Wirkung ist also auch hier mit einer beträchtlichen Gewichtserhöhung verbunden. Inwieweit ein derartiges Bauteil zur Dämpfung von Körperschallschwingungen geeignet ist ist nicht ohne weiteres ersichtlich.

Ein schalldämpfender Belag mit in einer viskoelastischen Dämpfungsmasse eingebetteten Plättchenelementen hoher Elastizität ist aus der GB-PS 8 90 249 bekannt Die Plättchen können regulär oder statistisch verteilt sein, wobei deren Größe jedoch als nicht kritisch bezeichnet wird. Ein nach diesen Angaben gefertigter Belag wirkt in den meisten Fällen nicht wesentlich besser als eine Schicht aus herkömmlicher Dämfpungsmasse mit suspergierten Partikeln aus Keramik oder Metall. Ein solcher Belag ist beispielsweise aus der DE-OS 15 22 974 bekannt

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

Diese Aufgabe wird durch einen gemäß Anspruch 1 ausgebildeten Dämpfungsbelag gelöst.

Die Plättchenelemente des erfindungsgemäßen Dämpfungsbelages sind also in der Belagebene wie die Steine einer Ziegelmauer übereinandergeschichtet, 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 Kraftfluß jeweils abwechselnd als Zugspannung in den Plättchenelementen und als Schubspannung in der zwischen den Plättchenebenen befindlichen Dämpfungsinasse. Ein Dämpfungsoptimum ergibt sich dann, wenn die Federkonslante eines Plättchenelements bezogen auf Zugbelastung in Plättchenebene etwa gleich ist der Federkonstante der zugeordneten Schicht der Dämpfungsmasse bezogen auf Schubbelastung. In diesem Fall kommt der integrale Elastizitätsmodul des Dämpfungsbelages in die Größenordnung dem des Plättchenmaterials. Im Optimum beträgt der für die Dämpfung

maßgebende Verlustmodul 1/2 /ζ wobei .E der Elastizitätsmodul des Plättchenmaterials und i=-\J— Γ die Imaginäreinheit LsL Die Ableitung dieses Ergebnisses wird später anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt Nach der für die Berechnung von Dämpfungsbelägen zugrundeliegenden Theorie ist die Dämpfung um so größer, je höher das Verhältnis von Verlustmodul des Dämpfungsbelages zum Elastizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung ist Mit dem erfindungsgemkßen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen aus Stahl wird beispielsweise für zu dämpfende Metallwandungen ein Wert für das eben genannte Verhältnis von 1 /2 erreicht

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dämpfungsbelages kann wesentlich dadurch erleichtert werden, daß die Plättchenelemente einer Lage über Verbindungsstücke miteinander verbunden sind und ein Verbindungsstück eine wesentlich geringere Federkonsiante aufweist, als ein Plättchenelement auf Zug. Die über Verbindungsstücke miteinander verbundenen Plättchenelemente können beispielsweise durch Perforieren größerer Platten oder Bänder entstehen. Auch durch Einkerbungen können einzelne zusammenhängende Plättchenelemente aus größeren Platten oder Bänder gebildet werden. Die Perforationen oder Einkerbungen sind dabei so gestaltet, daß aufgrund der geringen Federsteifigkeit der verbleibenden Verbindungsstücke praktisch keine Kraftübertragung zwischen den benachbarten Plättchenelementen gegeben ist Derart perforierte oder gekerbte Platten oder Bänder sind übereinander geschichtet, wobei sich zwischen den einzelnen Lagen jeweils die Dämpfungsmasse befindet Die Perforationen bzw. Einkerbungen übereinanderliegender Platten bzw. Bänder sind ziegelmauerartig versetzt

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen konstanter Dicke,

Fig.2 einen Dämpfungsbelag mit abgekerbten Plättchenelementen,

Fig.3 einen Dämpfungsbelag mit Plättchenelementen mit in Schneiden auslaufenden Rändern,

Fig.4 einen Dämpfungsbelag mit einer zusätzlichen Abstandsschicht,

F i g. 5 einen Dämpfungsbelag in Wendelaasführung,

F i g. 6 eine Draufsicht auf einen Dämpfungsbelag mit quadratischen Plättchelementen.

Fig. 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, Gu.imii, Feststoffschmiermittel od. ähnl. 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, weiche durch Longitudinalschwingungen in der Wandung 2 hervorgerufen wird, ein Kraftfluß auf die Plättchenelemente 3 der untersten Lage 7 übertragen wird. Da sich die Plättchenelernente 3 nicht berühren, wird der Kraftfluß abwechselnd zwischen den Plättchenelementen 3 und der Dämfpungsmasse 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 dämpferde Wirkung des Dämpfungsbelages 1 wesentlich grö3er als bei der reinen Dämpfungsmasse 4.

Die Abmessungen der Plättchenelernente 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 Dämfpungsbelages 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 Federsteifigkeiten der Plättchenelemente 3 auf Zug der komplexen Federsteifigkeit der Dämpfungsmasse 4 auf Schub gleich kommt Die Dicke der Plättchenelernente ist dabei klein gegenüber deren

jo Abmessungen in der Plättchenebene.

Fig. 2 zeigt einen Dämpfungsbelag 11, bei dem die Plättchenelemente 13 durch ein in Platten 16, 17 eingekerbtes Muster entstehen. Durch die Einkerbungen 15 werden die Plättchenelemente 13 im Hinblick auf

i"> 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 Ausführungsbeispie! sind zwei derartig hergestellter Lagen von Plättchenelementen so übereinandergeschichtet, 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.

•Γ) 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 übereinandergeschichtet.

w Zwischen den Ebenen befindet sich die Dämfpungsmasse 24. Eine derartige Ausführungsform ergibt bei gleichen Dämpfungswerten eine höhere Materialausnützung als bei den in F i g. 1 und 2 dargestellten Dämpfungsbelägen mit Plättchenelementen konstanter

^r)^r) Dicke.

Für dieses Ausführungsbeispiel läßt sich in guter Näherung der integrale Elastizitätsmodul ^'berechnen: Der Elastizitätsmodul der Plättchenelemente sei E, die Plättchenlänge in der Bildebene sei 1, die Dicke des

ho Plättchens in der Mitte Λι und die Schichtdicke der Dämpfungsmasse zwischen den Plättchenelementen A₂. Der Schubmodul der Dämpfungsmasse sei G, mit einem vergleichsweise hohen Verlustfaktor. Für den Dämpfungsbelag 21 ergibt sich dann unter der Voraussetzung,

b^r> daß Λι« /und Λ2« Ai ist:

I f

4/i,/J₂ /^:

Die maximal größte Dämpfung im Dämpfungsbelag ergibt sich, wenn die Dämpfungsmasse 24 einen rein imaginären Schubmodul iG aufweist und der Betrag 4 h\ ■ hi E/P ■ G zu 1 wird. In diesem Fall nimmt £T*den Wert 1/2(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 ι ο zum Elastizitätsmodul der zu dämpfenden Wandung das eingangs erwähnte Verhältnis von 1/2.

Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der ein Dämpfungsbelag 31 aus Plättchenelementen 33 und Dämpfungsmasse 34 be- is steht, 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.

In Fig.5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Dämpfungsbelages 41 in Wendelausführung dargestellt. Hier ist um einen Dorn 42 ein Band 43 ζ. B. aus Metall so wendelförmig umwickelt, daß die nachfolgende Bandlage die Fugen der darunterliegenden überdeckt Zwischen den einzelnen Lagen befindet sich analog zur F i g. 1 eine Dämpfungsmasse 44. Bei dieser Ausführungsform ist es solange nur Kräfte in Dornrichtung bedämpft werden, nicht notwendig das Band 43 durch Kerbungen der Perforation zu segmentieren. Dieser Fall ist z. B. gegeben, wenn Betondecken zu dämpfen sind und der mit dem Dämpfungsbelag 41 versehene Dorn 42 mit einbetoniert wird. Stellt der Dorn 42 eine Welle oder Rohrleitung dar und sind auch Torsionsschwingungen zu dämpfen ist eine Segmentierung analog F i g. 1 angebracht.

In den Fig. 1 bis 5 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

F i g. 6 zeigt eine Aufsicht auf einen Dämpfungsbelag nach Art des in F i g. 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 52 der darunterliegenden Lage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 15

1. Dämpfungsbelag, bestehend aus Plättchenelementen mit einem hohen Elastizitätsmodul, welche nebeneinander und in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, wobei die Plättchenelemente einer Lage die Fugen zwischen den Plättchenelementen einer benachbarten Lage überdecken und wobei zwischen den Lagen eine Dämpfungsmasse mit einem hohen Imaginäranteil des Schubmoduls angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: