Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung ist im technischen Gebiet der akustisch wirksamen Plattenmaterialien angesiedelt und betrifft ein schallabsorbierendes Element gemäss Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung desselben und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäss Anspruch 18.
Stand der Technik
Zahlreiche, hinsichtlich ihrer Funktion ähnliche Lochbleche werden als Hitzeschilde und/oder als schallabsorbierende Elemente im Automobilbau, aber auch im Gebäude- und Strassenbau eingesetzt, beispielsweise in Produktionshallen als Decken- und Wandverkleidungen oder im Strassenbau als Tunnelverkleidung und Schallschutzmauern.
Derzeitiger Stand der Technik ist das Prinzip, Schallenergie durch ein Material durchdringen zu lassen, um diese im nachfolgenden Isolationssystem zu absorbieren. Die technische Basis hierzu wird etwa im Patent CH 680 918 A5 und im Gebrauchsmuster DE-G8700 919.6 beschrieben. Die mit dieser Art der Schalldämmung verbundenen Produktionskosten sind erheblich.
Eine speziell auf den Autosektor abgestimmte Weiterentwicklung eines geformten Lochblechs wird beispielsweise in WO 00/68 039 offenbart. Eine genoppte Form eines Schlitzlochblechs, bei dem durch Einprägung von Noppen in ein Folien- oder Blechmaterial das Material am Noppenkamm zu kleinen Fissuren aufgerissen wird, wird in WO 00/46 493 beschrieben.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die gegenständliche Erfindung hingegen, die eventuell als Weiterentwicklung der Erfindung gemäss WO 00/46 493 angesehen werden könnte, betrifft ein schallabsorbierendes Element gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein wärmebeständiges Material so zu gestalten, dass es einerseits in der Lage ist, Schallenergie in Reibungs- (Wärme) und Schwingungsenergie umzuwandeln und andererseits mechanischen Beanspruchungen, insbesondere auf Zug, unter Beibehaltung seiner schalldämmenden Wirkung möglichst gut standhält. Die gegenständliche Erfindung löst diese Aufgabe durch eine spezielle, dreidimensionale Schlitzperforation des Bauteils.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein schallabsorbierendes Element in Form einer genoppten Folie oder eines genoppten Bleches mit Löchern, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher als schlitzförmige Öffnungen mit im Wesentlichen glatten Kanten und glatten Enden ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches mehr Schlitze als Noppen enthält.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, bei dem die schlitzförmigen Öffnungen nach einem beliebig vorwählbaren Muster angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches Schlitze im Bereich der Noppenkämme und/oder der Noppenflanken und/oder der Noppentäler aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, bei dem die schlitzförmigen Öffnungen in Bezug auf ihre Form und/oder Breite definierte Unterschiede aufweisen. "Definiert" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Öffnungen nicht zufällig oder in Abhängigkeit von der Qualität, insbesondere Sprödigkeit, des Rohmaterials entstehen, wie dies z.B. in WO 00/46 493 der Fall ist, sondern ausschliesslich vom vorgewählten Schlitzprägemuster und der Art, Anzahl und Tiefe der Noppen abhängen und daher im Voraus berechenbar sind. Daher sind auch die Unterschiede in den schlitzförmigen Öffnungen im Voraus berechenbar. Sie hängen vor allem von der Lage der Schlitze ab, beispielsweise ob der Schlitz über den Noppenkamm, an der Noppenflanke oder in einem Noppental verläuft.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches geradlinige und/oder gekrümmte, dreidimensional verformte, schlitzförmige Öffnungen enthält.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches schlitzförmige Öffnungen mit linsenförmigem Aussehen enthält.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches schlitzförmige Öffnungen aufweist, von denen jeweils mindestens ein Ende abgerundet und insbesondere in Form eines kreisrunden oder elliptischen Loches ausgeführt ist. Vorzugsweise sind beide Enden in dieser Form ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches ausschliesslich derartige Öffnungen, d.h. Öffnungen mit abgerundeten, insbesondere kreisrunden oder elliptischen Enden, enthält.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, bei dem die schlitzförmigen Öffnungen ein Öffnungsverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 500 (Verhältnis von Breite zu Länge der Öffnungen) aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches aus einem zur Noppung geeigneten Material, insbesondere aus Metall oder Kunststoff oder einer Kombination aus Metall und Kunststoff, besteht.
In einer weiteren, allerdings weniger bevorzugten Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auch auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches in Form eines durch Spritzguss erzeugten Elements vorliegt. Bei spritzgegossenen Elementen können die Öffnungen sowohl direkt durch das Formwerkzeug ohne Spanabhebung oder nachträglich mittels spanabhebender Verfahren erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein derartiges schallabsorbierendes Element, welches lochfreie Areale oder Bereiche enthält.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich aber auch auf ein Verfahren zur Herstellung der hierin definierten schallabsorbierenden Elemente, mit folgenden Schritten:
- zur Noppung geeignetes Rohmaterial wird bereitgestellt, vorzugsweise in Form aufgerollter Folienbahnen;
- zur Ausbildung von Sollbruchstellen werden am Rohmaterial Materialeinschnürungen durch Einprägen eines vorgewählten, gegebenenfalls produktspezifischen, Schlitzmusters in das Rohmaterial vorgenommen; worauf
- das solcherart vorbehandelte Material einer dreidimensionalen Verformung durch Noppenprägung unterzogen wird, wobei die Sollbruchstellen aufplatzen und schlitzförmige Öffnungen mit glatten Kanten und Enden entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein solches Verfahren, welches als kontinuierliches Verfahren durchgeführt wird und bei dem nach der Noppenprägung gegebenenfalls ein produktspezifischer Zuschnitt des genoppten und geschlitzten Zwischenprodukts ("Halbfabrikat") zum Endprodukt erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein solches Verfahren, bei dem die Materialeinschnürungen und/oder Noppen durch Rollverfahren mittels entsprechend geformter Rollen oder Walzen erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein solches Verfahren, bei dem Areale oder Bereiche des Rohmaterials, welche beim bestimmungsgemässen Gebrauch des fertigen Endprodukts einer erhöhten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, von einer Schlitzmusterprägung ausgespart bleiben.
Weiters bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, welche zumindest folgende Komponenten aufweist:
- Mittel zur Bereitstellung von Rohmaterial in Form von Folien oder Blechen; Pressen, Rollen, Spindeln oder Walzen zur Erzeugung einer Schlitzmusterprägung am Rohmaterial;
- Pressen, Rollen, Spindeln oder Walzen zur Prägung von Noppen in das Rohmaterial;
- Mittel zum Weitertransport des Rohmaterials.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Vorrichtung, welche zur kontinuierlichen oder semi-kontinuierlichen Betriebsweise geeignet ist und bei der die Mittel zur Bereitstellung von Rohmaterial eine oder mehrere Abrolleinrichtungen zur Bereitstellung aufgerollter Folien- oder Blechbahnen umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Vorrichtung, bei der die Mittel zum Weitertransport des Rohmaterials Gegenrollen, Gegenspindeln oder Gegenwalzen zu den prägenden Rollen, Spindeln oder Walzen umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Vorrichtung, bei der die Rollen, Spindeln oder Walzen zur Schlitzmusterprägung und/oder jene zur Noppenprägung in Segmentbauweise aus mehreren auswechselbaren Einzelsegmenten zusammengesetzt sind.
Kurze Beschreibung der Abbildungen:
<tb>Fig. 1<sep>zeigt eine schematische Darstellung des Herstellverfahrens mit Abschnitten A-H; A = Bereitstellung von Rohmaterial, z.B. Rolle aus Aluminumblech; B = Materialweitertransport; C = produktspezifische Schlitzprägung; D = Materialweitertransport; E = Noppenprägung; F = Materialweitertransport; G = Materialzuschnitt, z.B. Querschneideanlage; H = Lagerung des fertigen Halbfabrikats oder Endprodukts.
<tb>Fig. 2<sep>zeigt Querschnittsansichten unterschiedlicher Schlitzprägeformen; 2A = kugelförmige, 2B = trapezförmige, C = kegelförmige Prägung.
<tb>Fig. 3<sep>zeigt eine schematische Darstellung geradliniger Schlitzformen vor und nach der Noppenprägung in Draufsicht und ohne Darstellung der Noppung-Prägung; 3.1 = geradlinig Schlitzprägung unterschiedlicher Schlitzlängen vor der Noppung; 3.2 = linsenförmige Schlitze unterschiedlicher Länge und Form, erhalten durch Noppung des Schlitzmusters aus 3.1.
<tb>Fig. 4<sep>zeigt im Schnitt dargestellte Schlitzformen einschliesslich der Noppenprägung.
<tb>Fig. 5<sep>zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemässen schallabsorbierenden Elements.
<tb>Fig. 5A<sep>zeigt eine schematische Darstellung einer Schlitzspindel oder Schlitzwalze eines Segmentschlitzapparates.
<tb>Fig. 6<sep>zeigt eine schematische Darstellung erfindungsgemäss hergestellter schallabsorbierender Elemente mit unterschiedlichen Schlitzmustern in Draufsicht.
<tb>Fig. 7<sep>zeigt ein Schlitzprägemuster vor der Noppung mit S-förmig gekrümmten, wellenartigen Schlitzformen mit abgerundeten Enden 7.1, sowie einzelne derartige Schlitzprägungen in vergrösserter Darstellung 7.2.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Heutiger Stand der Technik bei schallabsorbierenden Elementen, insbesondere im Fahrzeugbau, ist der Einsatz eines schalldurchlässigen Trägermaterials. Dieses ist beispielsweise mit Rundlöchern von 0,5 bis 5 mm ausgestattet. Davon abweichend basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis von der Energieumwandlung durch Reibung an kleinen Öffnungen.
Hierbei ist die schalldämmende Wirkung umso grösser, je schmäler und länger die Öffnungen sind. Ein Öffnungsverhältnis Breite zu Länge von 1 : 1 bis 1 : 500 ist ideal, dies im bevorzugten Bereich von 0.01 bis 5 mm Breite und 5 bis 20 mm Länge der Öffnung. Zusätzlich wirkt sich eine gezielte Öffnungsungleichheit positiv auf die Funktion des Produktes aus.
Die schalldämmende Wirkung kann zusätzlich verbessert werden, indem hinter dem - vorzugsweise wärmebeständigen - Schlitzlochblech ein Schallabsorber angebracht wird. Zum Einsatz gelangen können hierbei diverse Baumwollprodukte, Steinwolle mit und ohne Phenolharzanteilen oder sonstige schallabsorbierende Materialaufbauten. Je nach dem jeweiligen Frequenzbereich des zu absorbierenden Schalls sind unterschiedliche Wandabstände hinter dem Basismaterial von Vorteil.
Um den im Gebrauch entstehenden mechanischen Beanspruchungen standzuhalten, werden vorzugsweise die Befestigungspunkte, Abkant- oder Griffschutzstellen von der dreidimensionalen Schlitzung ausgespart.
Die dreidimensionale Anordnung der Öffnungen erhöht die schalldämmende Wirkung in den verschiedenen Frequenzbereichen. Abweichend vom heutigen Stand der Technik kommen nicht runde Öffnungen, sondern linsenförmige Öffnungen bzw. Schlitze zum Einsatz. Solche linsenförmigen Öffnungen haben gegenüber runden Öffnungen den Vorteil, dass hinsichtlich des Durchmessers der Öffnung nach unten keine Begrenzung besteht.
In Fig. 3 ist die Draufsicht einer solchen linsenförmigen Öffnung< >3.2 dargestellt. Ein maximaler Wirkungsgrad wird durch unterschiedliche Breite der Öffnungen erzielt. Anzahl und Form der dreidimensionalen Öffnungen können je nach Einsatzbereich des Schlitzlochblechs optimiert und im Voraus berechnet werden.
Gängiger Stand der Technik im Bereich der Herstellung von Lochblechen ist es, die Öffnungen durch Stanzen herzustellen. Des Weiteren gibt es Herstellungsprozesse, mit welchen das Material aufgeschnitten und gezielt in die Länge gezogen wird, z.B. bei der Herstellung von Streckmetallen jeglicher Art. Auch diese Prozesse basieren auf dem Prinzip des Stanzens. Das Stanzen erfolgt entweder mit oder ohne Abfall. Aufgrund von werkzeugtechnischen Vorgaben ist jedoch beim Stanzen die Dimension der Öffnungen nach unten begrenzt.
Die technische Aufgabe, welche mit der vorliegenden Erfindung gelöst wird, beinhaltet den Prozess des Einbringens von gezielten, vorwählbaren bzw. vorgewählten Öffnungsmustern in Platten- bzw. Coilmaterialien mit einer zusätzlich erzielten "Öffnungsungleichheit". Die Öffnungen weisen eine Dreidimensionalität auf und sind in der Form möglichst schmal und möglichst lang. Gezielt wird auf Öffnungsverhältnisse zwischen 1 zu 1 bis 1 zu 500 hingearbeitet.
Der Herstellungsprozess umfasst typischerweise folgende Schritte Fig. 1 und Fig. 5:
Ein geeignetes Rohmaterial in Form einer aufgerollten Metallfolie 1.1 wird auf einen Abrollhaspel aufgespannt. Dieser kann wahlweise angetrieben (z.B. elektrisch oder hydraulisch) oder nur gebremst ausgeführt werden.
Anschliessend gibt es die Möglichkeit, das Material wahlweise über eine Schlaufe 5.2 oder gerade gebremst in die Schlitzprägemaschine 5.3, beispielsweise einen Segmentschlitzapparat, einzuführen.
Die Aufgabe dieses Maschinenelements ist es, die Oberfläche mit Schlitzprägeformen 2A, 2B, 2C (Fig. 2), 3.1 (Fig. 3), 7.2 (Fig. 7) und Schlitzmustern 1.2, 1.3 (Fig. 1), 6.1 bis 6.9 und 6.01, 6.02 (Fig. 6) zu versehen, ohne echte Durchbrechungen bzw. Löcher zu erzeugen. Hierfür ist jede denkbare Art der Materialdickenänderung geeignet, vorzugsweise jedoch ohne Spanabhebung, im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren mit Stanzvorgängen wird hier das Material nicht durchgestanzt, sondern nur eine Materialeinschnürung, vergleichbar einer Sollbruchstelle, erzielt. Diese Materialeinschnürung platzt im weiteren Bearbeitungsprozess zu einem Schlitz mit im Wesentlichen glatten, nicht-gekerbten und nicht-ausgefransten Kanten und Enden auf.
Damit unterscheiden sich die erfindungsgemäss erzeugten Schlitze 3.2 (Fig. 3), 4.1 bis 4.6 (Fig. 4) wesentlich von jenen in den Lochblechen gemäss WO 00/46 493, da ebendort die Schlitzbildung durch blosses Zerreissen des nicht vorgeprägten Materials an den Noppenkämmen erfolgt. Darüber hinaus erlaubt die erfindungsgemässe Schlitzprägung - im Gegensatz zur Erfindung nach WO 00/46 493 - die Verwendung sowohl dünner Metallfolien von beispielsweise 0.1-0.5 mm Dicke als auch von dicken Folien, Blechen oder Kunststoffbahnen einer Dicke von beispielsweise 0,5-5 mm. Vor allem aber erlaubt es die Verwendung von weichen Materialien wie z.B. Aluminium, Kupfer und Legierungen dieser Metalle, während gemäss WO 00/46 493 die Verwendung spröder Materialien zur Ausbildung der Risse und Fissuren bevorzugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schlitz-Prägeformen so gewählt, dass die nach dem Aufplatzen entstehenden Schlitze 3.2 (Fig. 3) 4.1 bis 4.6 (Fig. 4) an zumindest einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, in Schlitzerweiterungen, kreisrunden oder elliptischen Löchern 7B (Fig. 7) münden. Dies verleiht dem schallisolierenden Element in Bezug auf das fertige Schlitzmuster eine zusätzliche mechanische Stabilität und Festigkeit, insbesondere gegen ungewolltes Ein- oder Weiterreissen der Schlitze bei allfälliger starker Zugbeanspruchung während des bestimmungsgemässen Gebrauchs.
Der Segmentschlitzapparat 5.3 umfasst typischerweise eine harte Stahlgegenwalze 5.3.2 und eine Segmentwalze bzw. Segmentschlitzspindel 5.3.1. Die Segmentwalze ist hinsichtlich Einprägeform, Einprägetiefe sowie hinsichtlich des Schlitzmusters auf das zu erzeugende Halbfabrikat abgestimmt. So können beispielsweise die mechanisch stark beanspruchten Zonen des Halbfabrikats und seine Befestigungspunkte für die spätere Montage von der Schlitzung ausgespart werden. Diese Walzen sind zusätzlich für den Materialtransport im Durchlauf- und Schrittbetriebsmodus verantwortlich. Das Halbfabrikat hat nach Verlassen des Segmentschlitzapparates 5.3 gezielte produktspezifische Materialdickenreduktionen eingeprägt. Diese Materialdickenreduktionen können mit Sollbruchstellen verglichen werden.
Das Kernstück des Segmentschlitzapparates 5.3 ist die Segmentbauweise der Segmentschlitzspindel 5.3.1 oder Schlitzwalze. Diese ist folgendermassen aufgebaut:
- Aufnahmedorn 5.3.1.g
- Segmenthaltering 5.3.1.f
- Schlitzelement 5.3.3. mit der gewünschten Form und dem gewünschten Muster aus einzelnen, auswechselbaren Segmenten 5.3.1.a bis 5.3.1.e.
Durch diesen modularen Aufbau können beliebige Formen und Muster in kürzester Zeit zusammengestellt und aufgebaut werden. Musteranpassungen erfolgen beispielsweise durch das Entfernen von einzelnen oder mehreren der vorzugsweise demontierbaren Schlitzeindrücker am jeweiligen Muttersegment. Das bedeutet aber auch, dass bei Werkzeugbruch nur das defekte Segment erneuert werden muss und nicht die gesamte Walze, respektive Spindel.
Um das Endprodukt optimal anpassen zu können, sind unterschiedliche Schlitzprägeformen 2A, 2B, 2C (Fig. 2) von Vorteil. Die Einprägungen weisen im Querschnitt vorzugsweise eine Rund-, Dreiecks- bzw. Kegel-, Trapez- oder Quadratform auf. Des Weiteren sind unterschiedliche Längen und Lagepositionen der Schlitzprägungen von Vorteil oder notwendig, um die unterschiedlichen Öffnungen herzustellen. Erfindungsgemäss können also schallisolierende Elemente hergestellt werden, welche entweder eine einheitliche Schlitzform oder unterschiedliche Schlitzformen, ausgehend von einer oder mehreren der hierin genannten Schlitzprägeformen 2A bis 2C und 7.2, aufweisen, bei denen die Länge der Schlitze einheitlich oder unterschiedlich ist und bei denen die Schlitze, wie in Fig. 4gezeigt, an Noppenkämmen 4.7, Noppenflanken 4.8 und/oder in Noppentälern 4.9 angeordnet sind.
Zwischen dem Maschinenelement 5.3 zur Schlitzprägung und der Noppenprägeanlage 5.5 ist wiederum die Wahl einer Materialschlaufe 5.4 oder eines geraden Einlaufes in die Noppenprägeanlage 5.5 möglich.
Die Aufgabe dieses Maschinenelementes ist es, das flache und mit Sollbruchstellen versehene Halbfabrikat in eine dreidimensionale Form und die Sollbruchstellen zum definierten Aufplatzen zu bringen. Hiebei wird vorzugsweise ein aufeinander abgestimmtes Walzenpaar 5.5.1, 5.5.2 verwendet. Diese Art der Verformung von Rollenware ist Stand der Technik.
Durch das Verarbeiten des vorgeschlitzten Materiales in der Noppen-Prägeanlage 5.5 entsteht als Ergebnis ein Halbfabrikat, welches nun dreidimensionale und ungleichmässige Öffnungen 3.2, 4.1 bis 4.6 aufweist.
Zwischen der Noppenprägeanlage 5.5 und einer allfälligen Zuschneideanlage 5.7 besteht wiederum die Möglichkeit einer Materialschlaufe 5.6 oder eines geraden Einlaufs in die Zuschneideanlage 5.7, beispielsweise eine Längs- und Querschneideanlage.
Eine solche Längs- und Querschneideanlage kann z.B. wegfallen, wenn im Onlinebetrieb Fertigteile produziert werden.
Bezugszeichenliste:
<tb>1.1<sep>Platten oder Rollenprodukt
<tb>1.2<sep>Geschlitztes Halbfabrikat
<tb>1.3<sep>Halbfabrikat in der Schlaufe
<tb>1.4<sep>Geschlitztes und genopptes Halbfabrikat
<tb>1.5<sep>Halbfabrikat in der Schlaufe
<tb>1.6<sep>Geschlitztes und genopptes Halbfabrikat, längs-, quergeteilt
<tb>1.7<sep>Fertiger Rechteckzuschnitt
<tb>2.1<sep>Materialquerschnitt mit Kugelprägung
<tb>2.2<sep>Materialquerschnitt mit Trapezprägung
<tb>23<sep>Materialquerschnitt mit Kegelprägung
<tb>3.1<sep>Draufsicht von Schlitzmuster und Form vor der Noppung
<tb>3.2<sep>Draufsicht von Schlitzmuster und Form nach der Noppung
<tb>4.1<sep>Materialquerschnitt bei flachem Kugelmuster nach der Noppung
<tb>4.2<sep>Materialquerschnitt bei tief eingedrücktem Kugelmuster nach der Noppung
<tb>4.3<sep>Materialquerschnitt bei tief eingedrücktem Rechteckmuster nach der Noppung
<tb>4.4<sep>Materialquerschnitt bei Trapezmuster nach der Noppung
<tb>4.5<sep>Materialquerschnitt bei grossen Kugelöffnungen nach der Noppung
<tb>4.6<sep>Materialquerschnitt bei Kegelmuster nach der Noppung
<tb>5.1<sep>Rohmaterialrolle - Coil
<tb>5.2<sep>Schlaufe
<tb>5.3<sep>Segmentschlitzapparat
<tb>5.3.1<sep>Segmentschlitzspindel
<tb>5.3.1.a-...<sep>Segmente (produktspezifisch, viele einsetzbar)
<tb>5.3.1.f<sep>Segmenthaltering
<tb>5.3.1.g<sep>Aufnahmedorn
<tb>5.3.2<sep>Stahlgegenwalze
<tb>5.4<sep>Schlaufe
<tb>5.5<sep>Noppen-Prägeanlage
<tb>5.5.1<sep>Noppenwalze
<tb>5.5.2<sep>Noppenwalze
<tb>5.6<sep>Schlaufe
<tb>5.7<sep>Zuschneideanlage (Längs- und Querteilanlage)
<tb>5.8<sep>Ablagetisch
<tb>6.1-6.02<sep>Schlitzmustervarianten
<tb>7.1<sep>Schlitzprägemuster mit S-förmig gewellten Schlitzformen
<tb>7.2<sep>S-förmige Schlitzprägung mit abgerundeten Enden in vergrösserter Darstellung
<tb>A<sep>Bereitstellung von Rohmaterial
<tb>B<sep>Materialweitertransport
<tb>C<sep>Produktspezifische Schlitzprägung
<tb>D<sep>Materialweitertransport
<tb>E<sep>Noppenprägung
<tb>F<sep>Materialweitertransport
<tb>G<sep>Materialzuschnitt
<tb>H<sep>Lagerung des fertigen Halbfabrikats oder Endprodukts
<tb>2A<sep>Schlitzprägeform mit kugelförmiger Prägung
<tb>2B<sep>Schlitzprägeform mit trapezförmiger Prägung
<tb>2C<sep>Schlitzprägeform mit kegelförmiger Prägung
<tb>3.1A<sep>Vor der Verformung
<tb>3.2A<sep>Nach der Verformung
<tb>3A<sep>Prozessablauf
<tb>4.7<sep>Noppenkamm
<tb>4.8<sep>Noppenflanke
<tb>4.9<sep>Noppental
<tb>5.3.3<sep>Schlitzelement
<tb>7A<sep>Figurenfuss bei 20[deg.] Flankenwinkel ca. 0,58 mm
<tb>7B<sep>O 0,6 mm
<tb>7C<sep>9 mm
<tb>7D<sep>7,5 mm
<tb>7E<sep>Gravurtiefe 0,8 mm
Technical area
The present invention is in the technical field of acoustically effective plate materials and relates to a sound-absorbing element according to claim 1, a method for producing the same and an apparatus for carrying out this method according to claim 18.
State of the art
Numerous, with regard to their function similar perforated plates are used as heat shields and / or as sound-absorbing elements in the automotive industry, but also in building and road construction, for example in production halls as ceiling and wall coverings or road construction as tunnel cladding and soundproof walls.
Current state of the art is the principle of having sound energy penetrated by a material to absorb it in the subsequent isolation system. The technical basis for this is described, for example, in patent CH 680 918 A5 and in utility model DE-G8700 919.6. The production costs associated with this type of sound insulation are significant.
A further development of a shaped perforated plate, which is specially tailored to the automobile sector, is disclosed, for example, in WO 00/68 039. A dimpled shape of a slotted perforated sheet in which the material is torn open at the nub comb to form small fissures by impressing nubs into a foil or sheet material is described in WO 00/46493.
Brief description of the invention
By contrast, the subject invention, which could possibly be regarded as a further development of the invention according to WO 00/46 493, relates to a sound-absorbing element according to the preamble of claim 1. Further embodiments are defined in the dependent claims.
The invention is based on the object to design a heat-resistant material so that it is on the one hand able to convert sound energy into friction (heat) and vibration energy and on the other hand mechanical stresses, especially on train, while maintaining its sound-insulating effect as well withstand , The subject invention solves this problem by a special, three-dimensional slot perforation of the component.
In particular, the invention relates to a sound absorbing element in the form of a dimpled sheet or a dimpled sheet with holes, characterized in that the holes are formed as slit-shaped openings with substantially smooth edges and smooth ends.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element which contains more slots than nubs.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, wherein the slot-shaped openings are arranged according to an arbitrary preselectable pattern.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, which has slots in the region of the studded crests and / or the nub flanks and / or the Noppentäler.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, in which the slot-shaped openings have defined differences with respect to their shape and / or width. "Defined" in this context means that the openings do not arise randomly or depending on the quality, especially brittleness, of the raw material, as e.g. WO 00/46 493 is the case, but depend exclusively on the preselected slot embossing pattern and the type, number and depth of the knobs and therefore can be calculated in advance. Therefore, the differences in the slot-shaped openings are predictable in advance. They depend primarily on the location of the slots, for example, whether the slot over the Noppenkamm, runs on the Noppenflanke or in a Noppental.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, which contains rectilinear and / or curved, three-dimensionally deformed, slot-shaped openings.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element which contains slit-shaped openings with a lenticular appearance.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, which has slot-shaped openings, each of which at least one end is rounded and in particular in the form of a circular or elliptical hole. Preferably, both ends are designed in this form.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, which only such openings, i. Openings with rounded, in particular circular or elliptical ends contains.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, in which the slot-shaped openings have an opening ratio of 1: 1 to 1: 500 (ratio of width to length of the openings).
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element, which consists of a material suitable for Noppung, in particular of metal or plastic or a combination of metal and plastic.
In a further, but less preferred embodiment, the invention also relates to such a sound-absorbing element, which is in the form of an injection-molded element. In the case of injection-molded elements, the openings can be produced both directly by the molding tool without chip removal or subsequently by means of machining methods.
In a further embodiment, the invention relates to such a sound-absorbing element containing hole-free areas or areas.
However, the present invention also relates to a method for producing the sound-absorbing elements defined herein, comprising the following steps:
raw material suitable for padding is provided, preferably in the form of rolled-up film webs;
- For the formation of predetermined breaking points are made on the raw material material constrictions by impressing a preselected, possibly product-specific, slit pattern in the raw material; whereupon
- The thus pretreated material is subjected to a three-dimensional deformation by knob embossing, the predetermined breaking points burst open and slot-shaped openings with smooth edges and ends arise.
In a further embodiment, the invention relates to such a process, which is carried out as a continuous process and in which, after the embossing of the embossing, optionally a product-specific blank of the dimpled and slit intermediate product ("semifinished product") to the end product takes place.
In a further embodiment, the invention relates to such a method in which the material constrictions and / or knobs are produced by rolling processes by means of correspondingly shaped rollers or rollers.
In a further embodiment, the invention relates to such a method in which areas or regions of the raw material which are exposed to an increased mechanical stress during the intended use of the finished end product are left open by a slot pattern embossing.
Furthermore, the invention also relates to an apparatus for carrying out the method described above, which has at least the following components:
- means for providing raw material in the form of sheets or sheets; Presses, rollers, spindles or rollers for producing a slot pattern embossing on the raw material;
- Presses, rollers, spindles or rollers for embossing nubs in the raw material;
- means for further transport of the raw material.
In a further embodiment, the invention relates to such a device which is suitable for continuous or semi-continuous operation and in which the means for providing raw material comprise one or more unwinding means for providing coiled foil or sheet metal webs.
In a further embodiment, the invention relates to such a device in which the means for further transporting the raw material comprise counter rolls, counter spindles or counter rolls to the embossing rolls, spindles or rolls.
In a further embodiment, the invention relates to such a device in which the rollers, spindles or rollers for slot pattern embossing and / or those for nub embossing in segmental construction of several interchangeable individual segments are composed.
Brief description of the figures:
<Tb> FIG. 1 <sep> shows a schematic representation of the manufacturing process with sections A-H; A = provision of raw material, e.g. Roll of aluminum sheet; B = material transport; C = product-specific slot embossing; D = material transport; E = burl embossing; F = material transport; G = material cut, e.g. Cross-cutting system; H = storage of the finished semifinished product or final product.
<Tb> FIG. Fig. 2 <sep> shows cross-sectional views of different slot dies; 2A = spherical, 2B = trapezoidal, C = conical.
<Tb> FIG. FIG. 3 shows a schematic representation of straight-line slot shapes before and after the embossment of the embossment in plan view and without depiction of the notch embossing; FIG. 3.1 = straight-line slot embossing of different slot lengths before doubling; 3.2 = lenticular slots of different length and shape, obtained by Noppung the slot pattern from 3.1.
<Tb> FIG. 4 <sep> shows slit forms shown in section including the embossment of the embossment.
<Tb> FIG. 5 shows a schematic representation of a device for producing a sound-absorbing element according to the invention.
<Tb> FIG. Fig. 5A shows a schematic representation of a slot spindle or slot roller of a segment slot apparatus.
<Tb> FIG. 6 shows a schematic representation of sound-absorbing elements produced according to the invention with different slit patterns in plan view.
<Tb> FIG. FIG. 7 shows a slot embossing pattern before embedding with S-shaped, wave-like slot shapes with rounded ends 7.1, as well as individual such slot embossings in an enlarged view 7.2.
Detailed description of the invention
Today's state of the art in sound-absorbing elements, in particular in vehicle construction, is the use of a sound-permeable carrier material. This is for example equipped with round holes of 0.5 to 5 mm. Notwithstanding this, the present invention is based on the knowledge of the energy conversion by friction at small openings.
Here, the sound-insulating effect is greater, the narrower and longer the openings. An aperture ratio of width to length of 1: 1 to 1: 500 is ideal, this in the preferred range of 0.01 to 5 mm width and 5 to 20 mm length of the aperture. In addition, a targeted opening inequality has a positive effect on the function of the product.
The sound-absorbing effect can be further improved by a sound absorber is mounted behind the - preferably heat-resistant - slot hole plate. Various cotton products, rockwool with and without phenol resin components or other sound-absorbing materials can be used. Depending on the respective frequency range of the sound to be absorbed, different wall spacings behind the base material are advantageous.
In order to withstand the mechanical stresses arising in use, the attachment points, bending or grip protection points are preferably recessed from the three-dimensional slit.
The three-dimensional arrangement of the openings increases the sound-absorbing effect in the different frequency ranges. Notwithstanding the current state of the art are not round openings, but lenticular openings or slots are used. Such lenticular openings have the advantage over round openings that there is no limit to the diameter of the opening downwards.
FIG. 3 shows the plan view of such a lenticular opening <> 3.2. Maximum efficiency is achieved by varying the width of the openings. The number and shape of the three-dimensional openings can be optimized and calculated in advance depending on the area of application of the slot perforated sheet.
A common prior art in the field of production of perforated plates is to produce the openings by punching. Furthermore, there are manufacturing processes with which the material is cut open and selectively elongated, e.g. in the production of expanded metals of any kind. These processes are based on the principle of punching. Punching is done either with or without waste. Due to technical specifications, however, the dimension of the openings is limited downwards during punching.
The technical problem solved by the present invention includes the process of introducing targeted, preselected or preselected opening patterns in plate or coil materials with an additionally achieved "opening inequality". The openings have a three-dimensionality and are as narrow and as long as possible in shape. The aim is to achieve opening ratios between 1 to 1 and 1 to 500.
The manufacturing process typically comprises the following steps: FIG. 1 and FIG. 5:
A suitable raw material in the form of a rolled metal foil 1.1 is clamped on a uncoiler. This can optionally be driven (for example, electrically or hydraulically) or run only braked.
Subsequently, there is the possibility of optionally introducing the material via a loop 5.2 or just braked into the slot embossing machine 5.3, for example a segment slot apparatus.
The object of this machine element is to provide the surface with slit dies 2A, 2B, 2C (Figure 2), 3.1 (Figure 3), 7.2 (Figure 7) and slit patterns 1.2, 1.3 (Figure 1), 6.1 to 6.9 and 6.01, 6.02 (FIG. 6) without creating any real perforations or holes. For this purpose, any conceivable type of material thickness change is suitable, but preferably without chip removal, in contrast to conventional methods with punching operations here, the material is not punched through, but only a Materialeinschnürung, comparable to a predetermined breaking point, achieved. In the further processing process, this material constriction bursts into a slot with essentially smooth, non-notched and non-frayed edges and ends.
Thus, the slits 3.2 (Fig. 3), 4.1 to 4.6 (Fig. 4) produced according to the invention differ substantially from those in the perforated sheets according to WO 00/46 493, since there the slit formation takes place merely by tearing the non-pre-embossed material on the knobbly combs , In addition, the slot embossing according to the invention permits - in contrast to the invention according to WO 00/46 493 - the use of both thin metal foils of, for example, 0.1-0.5 mm thickness and of thick foils, sheets or plastic sheets of a thickness of, for example, 0.5-5 mm. Most importantly, it allows the use of soft materials, e.g. Aluminum, copper and alloys of these metals, while according to WO 00/46 493 the use of brittle materials to form the cracks and fissures is preferred.
In a preferred embodiment, the slot embossing dies are selected such that the slits 3.2 (Fig. 3) 4.1 to 4.6 (Fig. 4) formed after bursting are at least one end, preferably at both ends, in slot extensions, circular or elliptical holes 7B (Figure 7). This gives the sound-insulating element with respect to the finished slot pattern additional mechanical stability and strength, in particular against unintentional tearing or tearing of the slots in case of strong tensile stress during normal use.
The segment slit 5.3 typically includes a hard steel counter roll 5.3.2 and a segment slit spindle 5.3.1. The segment roller is tuned with regard to Einprägeform, embossing depth and in terms of the slot pattern on the semifinished product to be produced. Thus, for example, the mechanically heavily stressed zones of the semifinished product and its attachment points for later assembly of the slit can be recessed. These rollers are also responsible for material handling in pass and pacing modes. After leaving the segment slit apparatus, the semi-finished product has imprinted 5.3 specific product-specific material thickness reductions. These material thickness reductions can be compared with predetermined breaking points.
The core of the segment slot 5.3 is the segmental design of the segment slot spindle 5.3.1 or slot roller. This is structured as follows:
- mandrel 5.3.1.g
- segment holding ring 5.3.1.f
- Slot element 5.3.3. with the desired shape and pattern of individual, interchangeable segments 5.3.1.a to 5.3.1.e.
Thanks to this modular design, any shapes and patterns can be put together and assembled in no time at all. Pattern adjustments take place, for example, by removing one or more of the preferably removable slot indenters on the respective nut segment. But this also means that when the tool breaks only the defective segment must be renewed and not the entire roller, respectively spindle.
In order to be able to optimally adapt the end product, different slot embossing forms 2A, 2B, 2C (FIG. 2) are advantageous. The indentations preferably have a round, triangular or conical, trapezoidal or square shape in cross section. Furthermore, different lengths and positional positions of the slot embossings are advantageous or necessary to make the different openings. Thus, according to the invention, sound-insulating elements can be produced which have either a uniform slot shape or different slot shapes, starting from one or more slot dies 2A to 2C and 7.2 mentioned herein, in which the length of the slots is uniform or different and where the slots, as shown in Fig. 4, are arranged on Noppenkämmen 4.7, Noppenflanken 4.8 and / or in Noppentälern 4.9.
Between the machine element 5.3 for slot embossing and the dimple embossing 5.5, in turn, the choice of a material loop 5.4 or a straight inlet in the Noppenprägeanlage 5.5 is possible.
The object of this machine element is to bring the flat and provided with predetermined breaking points semi-finished product in a three-dimensional shape and the predetermined breaking points for defined bursting. Hiebei a matched pair of rollers 5.5.1, 5.5.2 is preferably used. This type of deformation of rolls is state of the art.
As a result of the processing of the pre-slit material in the burl embossing plant 5.5, a semifinished product is produced, which now has three-dimensional and uneven openings 3.2, 4.1 to 4.6.
There is in turn the possibility of a material loop 5.6 or a straight inlet into the cutting machine 5.7, for example a longitudinal and transverse cutting system, between the dimple embossing system 5.5 and a possible cutting system 5.7.
Such a longitudinal and transverse cutting machine can e.g. fall away if finished parts are produced online.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
<tb> 1.1 <sep> plates or roll product
<tb> 1.2 <sep> Slit semi-finished product
<tb> 1.3 <sep> Semi-finished product in the loop
<tb> 1.4 <sep> Slit and studded semi-finished product
<tb> 1.5 <sep> Semi-finished product in the loop
<tb> 1.6 <sep> Slit and studded semifinished product, longitudinally, transversely divided
<tb> 1.7 <sep> Finished rectangle cut
<tb> 2.1 <sep> Material cross section with ball stamping
<tb> 2.2 <sep> Material cross section with trapeze embossing
<tb> 23 <sep> Material cross section with conical stamping
<tb> 3.1 <sep> Top view of slit pattern and shape before doubling
<tb> 3.2 <sep> Top view of slit pattern and shape after doubling
<tb> 4.1 <sep> Material cross-section with flat ball pattern after napping
<tb> 4.2 <sep> Material cross-section with deeply pressed-in ball pattern after notching
<tb> 4.3 <sep> Material cross-section with deeply pressed-in rectangle pattern after notching
<tb> 4.4 <sep> Material cross-section for trapezoidal pattern after tying
<tb> 4.5 <sep> Material cross-section for large ball openings after tying
<tb> 4.6 <sep> Material cross-section for cone pattern after tying
<tb> 5.1 <sep> Raw Material Roll - Coil
<Tb> 5.2 <sep> loop
<Tb> 5.3 <sep> Segment slot machine
<Tb> 5.3.1 <sep> Segment slot spindle
<tb> 5.3.1.a -... <sep> Segments (product-specific, many uses)
<Tb> 5.3.1.f <sep> Segment holding ring
<Tb> 5.3.1.g <sep> arbor
<Tb> 5.3.2 <sep> steel backing roll
<Tb> 5.4 <sep> loop
<Tb> 5.5 <sep> pimpled milling plant
<Tb> 5.5.1 <sep> knobs roller
<Tb> 5.5.2 <sep> knobs roller
<Tb> 5.6 <sep> loop
<tb> 5.7 <sep> Cutting system (longitudinal and transverse section system)
<Tb> 5.8 <sep> Working table
<Tb> 6.1-6.02 <sep> slit pattern variants
<tb> 7.1 <sep> Slot embossing pattern with S-shaped corrugated slot shapes
<tb> 7.2 <sep> S-shaped slot embossing with rounded ends in an enlarged view
<tb> A <sep> Provision of raw material
<Tb> B <sep> material further transport
<tb> C <sep> Product-specific slot embossing
<Tb> D <sep> material further transport
<Tb> E <sep> knobs imprint
<Tb> F <sep> material further transport
<Tb> G <sep> material blank
<tb> H <sep> Storage of the finished semifinished product or final product
<tb> 2A <sep> Slotted stamping mold with spherical embossing
<tb> 2B <sep> Slit embossing mold with trapezoidal embossing
<tb> 2C <sep> Slot die with conical stamping
<tb> 3.1A <sep> Before deformation
<tb> 3.2A <sep> After deformation
<Tb> 3A <sep> Process Flow
<Tb> 4.7 <sep> knobs comb
<Tb> 4.8 <sep> knobs edge
<Tb> 4.9 <sep> Noppental
<Tb> 5.3.3 <sep> slot member
<tb> 7A <sep> Figure foot at 20 [deg.] flank angle approx. 0.58 mm
<tb> 7B <sep> O 0.6 mm
<tb> 7C <sep> 9 mm
<tb> 7D <sep> 7.5mm
<tb> 7E <sep> engraving depth 0.8 mm