Akustische Qualitätssicherung von Stahlblech-Verbundwerkstoffen ...

Stegmaier, Vohrer, Planck Stahlblech-Verbundwerkstoffe
higkeit andererseits. Es besteht also die Aufgabe, ein Optimum der mechanischen und akustischen
Eigenschaften aus den Kombinationen der unterschiedlichen Materialien der Mehrschichtverbunde
zu ermitteln. Die Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Biegeeigenschaften von
monolithen Stahlblech und dem neuen Verbundwerkstoff [1].
Material Dichte ρρρρ
[kg/m³]
Biegemodul
Eb
[N/mm²]
Stahlblech 7.800 200.000 2,6
Mehrschichtverbund
mit Textileinlage,
Variante „F“
Biegesteifigkeit
2 - 4 10. Forum Akustische Qualitätssicherung
Es
[10 6 ]
4.760 30.600 0,6
Tabelle2. Vergleich der mechanischen Werte Stahl und Beispiel-Verbundblech „Karosserie“
Das Biegemodul berechnet sich aus der Anfangssteigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve, welche
den elastischen Deformationsbereich des Werkstoffs kennzeichnet. Die Biegesteifigkeit
ergibt sich aus der Division des Biegemoduls durch die Erdbeschleunigung und der Dichte und
ist Index für das Potential zum Leichtbauwerkstoff zu sehen. Zunächst erkennt man, dass die
Variante „F“ diese Bedingung nicht erfüllt, sogar nur bei ¼ des Wertes von Stahlblech liegt.
Trotzdem bietet das Material, aufgrund der schalldämpfenden Eigenschaften, große Möglichkeiten
zur Gewichtsersparnis im Karosseriebau. Bislang erforderliche zusätzliche Materialien zur
Schallisolation des Innenraumes können beispielsweise entfallen.
4 Beschreibung der akustischen Eigenschaften des Mehrschichtverbundes
Bei der Berechnung der Eigen- oder Resonanzfrequenzen gehen beim homogenen Material die
Geometrie (Blechdicke), der E-Modul und die Dichte mit ein. Die Körperschalldämpfung steht
dabei in Korrelation mit der Anzahl der Eigenfrequenzen in einem festgelegten Frequenzband.
Die Anzahl der Eigenfrequenzen sinkt mit steigender Blechdicke, E-Modul oder Dichte. Dieser
Zusammenhang wird von den Mehrschichtverbunden durchbrochen. Verbunde mit einer hohen
Anzahl an Eigenfrequenzen besitzen in der Regel einen sehr guten Verlustfaktor. Tabelle 3 zeigt
die Werte vergleichend mit unterschiedlichen Klebstoffen in den Verbundvarianten.
Material E-Modul Klebstoff
[N/mm²]
Biegemodul
[N/mm²]
Anzahl Eigenfrequenzen
1..1000Hz
Stahlblech - 200.000 6 0,003
Variante „D“ 920 136.000 3 0,004
Variante „F“ 35 30.600 4 0,03
Tabelle3. Vergleich der akustischen Werte, Verbundvarianten und Stahlblech
Verlusfaktor
tan δ
Aus der Literatur wird ersichtlich, dass Fügestellen von Karosseriebauteilen in Ausführung mit
dem Fügeverfahren „Kleben“ sehr gute Dämpfungseigenschaften bezüglich Schwingung und
Schall besitzen [2,3]. Als Grund dafür wird die viskoelastische Eigenschaft eines Klebstoffes