CZ288450B6

CZ288450B6 - Layered absorber for absorbing acoustical sound waves

Info

Publication number: CZ288450B6
Application number: CZ19963417A
Authority: CZ
Inventors: Manfred Roller; Klaus Pfaffelhuber; Stefan Lahner; Gerhard Koeck
Original assignee: Faist Automotive Gmbh & Co Kg
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 2001-06-13
Also published as: US6186270B1; KR100285319B1; WO1996008812A1; EP0781445A1; PL316782A1; DE9414943U1; DE59503008D1; JPH10506477A; ES2119468T3; KR970703574A; EP0781445B1; CZ341796A3; JP3307648B2; PL180618B1

Description

Vrstvený absorbér pro absorbování akustických zvukových vln

Oblast techniky

Vynález se vztahuje kabsorbéru zvuku na absorbování akustických zvukových vln podle předvýznaku nároku 1.

Dosavadní stav techniky

Aby se okolí příliš silně nepoškozovalo akustickými zvukovými vlnami, je již známé zamezit šíření zvukových vln do okolí pokud možno okamžitě v místě jejich vzniku. Rovněž tak je pro vytvoření klidnějších prostorů známé zabránit co možná nejvíce vnikání zvuku do těchto 15 prostorů zvenku. Pro tento účel slouží absorbéry zvuku, které většinou vykazují materiály absorbující zvuk, takzvané izolační hmoty. Při tom je však poměrně velká spotřeba materiálu, což se projeví nejen na výrobních nákladech, nýbrž také při likvidaci těchto izolačních hmot.

Z DE 92 15 132 U1 je známý tvarový díl absorbující zvuk ve vzduchu pro použití v motorovém 20 prostoru motorových vozidel, který sestává z jedné fóliové vrstvy a jedné porézní izolační vrstvy.

Přitom tento tvarový díl sestává z polyuretanové pěny s otevřenými póry, která je na všech stranách utěsněná polyuretanovou fólií.

Navíc jsou známé absorbéry zvuku zDE-U-92 15 132, DE-C-3 039 651, 4 011705, 4 317 828 a 25 4 334 984, které vykazují tvarové díly absorbující zvuk vyrobené z polypropylenové pěny s uzavřenými buňkami, polyetylenového rouna slepeného pojivém, polymerovaných materiálů nebo podobně; přitom se dospělo také k používání nepokiytých rukojeťových rezonátorů.

Základ vynálezu tvoří úkol zlepšit absorbér zvuku typu uvedeného v úvodu do té míiy, aby se při 30 co možná malé spotřebě materiálu dostavila co možná největší absorpce zvuku.

Podstata vynálezu

Vynález je charakterizován v nároku 1 a v podružných nárocích jsou nárokována výhodná vytvoření.

Podstata řešení spočívá podle vynálezu vtom, že konstrukční díl absorbující zvuk sestává ze sledu vrstev rozdílné tloušťky a tuhosti, které mohou být případně bočně přerušené eventuálně 40 oddělené můstky a rozpěrkami. Tyto vrstvy sestávají z fólií, roun, pěn, dalších membránovitých materiálů nebo tkanin nebo také z plynu, což může být s výhodou také vzduch. Podstatné pro akustickou účinnost tohoto konstrukčního dílu je to, že se materiály následující za sebou velmi zřetelně liší, přímo náhle, co do své tloušťky a tuhosti. Tím dochází na přechodových místech k odrazům zvukových vln šířících se v absorbéru sem a tam, což vede při vhodném dimenzování 45 k dobré absorpci zvuku v určitých předem zvolených rozsazích frekvence.

Dále je výhodné ohraničit tento systém vrstev bočně můstky popřípadě prolisy a rozpěrkami. Tím se dají jednotlivé materiály fixovat a existuje možnost realizovat na různých místech různá pořadí materiálů a tím i různé absorpce zvuku v odpovídajících rozsazích frekvence, tzv. 50 absorpčních spektrech.

Výhodně může být jedna z vrstev vytvořená jako nosná vrstva, to znamená jako nosné těleso, zejména s vysokou hmotností.

-1 CZ 288450 B6

Nosné těleso pak může být vytvořené jako miskovitá nebo vanovitá nosná skořepina, zatímco rozpěrky nebo mezivrstvy, které drží jiné tenké vrstvy v odstupu od nosné skořepiny, jsou vytvořené a uspořádané tím způsobem, že mezi těmito vrstvami a nosnou skořepinou vznikají rezonanční komory.

Na rozdíl od nej častěji používaných absorbérů zvuku, u kterých jsou meziprostory mezi vrstvami vyplněné izolačními hmotami, zůstávají zde podle vynálezu tyto meziprostory do značné míry bez materiálů. Účinku absorpce zvuku se totiž dociluje především tím, že jsou plynové moduly mezi vrstvami nucené vnikajícími zvukovými vlnami do oscilací. Plynové moduly sestávající zejména ze vzduchu mají plošně vztaženou tuhost, která spolu s hmotnými obklady vrstev a připojeným vzduchem okolí vytváří systém hmota-pružina, kteiý vede v oblasti rezonančních frekvencí k minimu akustické impedance a tedy k absorpci zvuku.

Tento absorbér lze tedy idealizovat zařazováním hmot a pružin za sebou. Na dvojici hmota pružina vzniká minimum akustické impedance na povrchu absorbérů, které opět vede k rezonanci v absorpční křivce příslušného konstrukčního dílu. Změnou tlouštěk materiálu a jeho měrné hmotnosti se mohou tyto rezonanční frekvence měnit a tím lze realizovat i libovolný průběh absorpce.

Nosná vrstva se zvolí s výhodou z materiálu, který se vyznačuje především následujícími vlastnostmi:

Přitom se doporučuje vyrábět nosnou vrstvu hlubokým tažením, tlakovým litím nebo podobným beztřískovým tvarováním; tváření lisováním, zejména vláknitých struktur, je pro to také vhodné. Doporučuje se přizpůsobit rezonanční komory odvrácených povrchových ploch nosné vrstvy obrysům, které jsou přivrácené pohledové straně absorbérů zvuku, například prostoru pro cestující motorového vozidla. Tak může nosná vrstva například reprezentovat přístrojovou desku automobilu, aby zabránila pronikání zvukových vln vznikajících v motorovém prostoru do prostoru pro cestující.

Nosná vrstva tedy může být také stejně nezbytný konstrukční díl, například dělicí stěna z plechu, aniž by absorbér zvuku potřeboval nějakou přídavnou nosnou skořepinu, zvlášť pokud absorbér zvuku vytváří výhodně integrální konstrukční jednotku, která se vyrábí předem a pak se namontuje na místě použití jako integrovaná konstrukční jednotka.

Vrstvy by měly vykazovat tloušťku vrstvy v rozsahu od 10 pm do 5 mm. Pro vrstvy se doporučuje zejména použití polyuretanového elastomeru (PU), polypropylenu (PP) a/nebo polyesteru (PET). Rovněž se doporučuje vyrábět vrstvy z karbonu, PAN-(polyakrylnitril) nebo přírodních vláken a/nebo z termoplastu zesíleného vlákny, popřípadě ze směsí těchto vláken. Přitom se zejména u materiálů z přírodních vláken může použít len, kokos, sisal, juta, konopí nebo celulóza, které mohou být spojené buď termoplasticky, více, nebo méně silně slisované nebo spojené přírodními pojivý, jako například ligninem nebo škrobem.

Rozpěrky by měly být uspořádané v odstupu od sebe mezi nosnou vrstvou a dalšími vrstvami tak, aby byly rezonanční komory vždy uzavřené nosnou skořepinou na jednom konci a jednou z vrstev na druhém konci, popřípadě mezi vrstvami samotnými. Pro zvláštní případy může být účelné opatřit vrstvy k rezonančním komorám průrazy a průrazy může vykazovat také nosná vrstva.

Velmi jednoduché rozpěrky jsou tvořené nosníky ve formě stojiny nebo desky, které se táhnou mezi vrstvami a v podstatě jsou uspořádané v pravém úhlu k nim. Pokud je to účelné z prostorových důvodů, například pro uložení dalších konstrukčních elementů, mohou tyto rozpěrky probíhat vůči těmto částem sestavy absorbérů zvuku také pod odlišnými úhly.

-2CZ 288450 B6

Rozpěrky sestávají z PU-(polyuretanelastomeru), PET-(polyesteru), PP-(polypropylenu), karbonu, PAN-(polyakrylnitrilu) nebo přírodních vláken a/nebo termoplastu zesíleného vlákny popřípadě ze směsí těchto vláken, podobně, jako je materiálové složení vrstev. Stejně tak jako tenké 5 vrstvy, mohou sestávat také rozpěrky z rouna, pěnové hmoty nebo fólie.

Podle jednoho výhodného provedení vynálezu sestávají rozpěrky z pěnové hmoty z polyuretanelastomeru (PU) nebo zPET (polyester)-rouna. V tomto případě přispívají vlastní rozpěrky k absorpci zvuku ve formě kombinace vrstveného absorbéru a absorbérů z izolačních hmot. 10 Touto kombinací se nechají do určité míry stanovená frekvenční spektra ušít na míru.

Podle jednoho dalšího výhodného vytvoření vynálezu sestávají rozpěrky z hlubokotaženého materiálu, který sestává zejména z téhož materiálu jako buď vrstvy, nebo nosná vrstva. Je-li tento samotný hlubokotažený materiál účinný jako komorový rezonátor nebo díky provedení otvorů 15 jako Helmholtzův rezonátor, vzniká kombinace vrstveného absorbéru s těmito typy absorbérů.

Zejména u Helmholtzova rezonátoru nastává navíc ochrana komory před znečištěním (srovnej obr. 3). Jsou-li procesem hlubokého tažení vyráběné z materiálu komory, které jsou, jak je známo, účinné změnou rozměrů komory rovněž jako rezonanční absorbéry, pak vzniká kombinace komory a vrstveného absorbéru. Tak se doporučuje sjednotit hlubokotaženou rozpěrku s vrst20 vámi a tuto konstrukční skupinu vsadit do nosné skořepiny, aby se s ní vytvořila integrovaná konstrukční jednotka absorbéru zvuku. Doporučuje se okraj vrstev k okraji nosné skořepiny připevnit, zejména pevně přilepit.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu budou nyní blíže popsány za pomoci výkresů, na kterých ukazuje:

obr. 1 - pořadí různých vrstev ve schematickém průřezu;

obr. 2 - sled různých vrstev a mezivrstev popřípadě rozpěrek;

obr. 3 - systém z membránových a vzduchových vrstev, které jsou stranově ohraničené stojinami;

obr. 4-systém z membránových a vzduchových vrstev i rozpěrek, které jsou ohraničené stojinami;

obr. 5 - sled vrstev z membrán tvarovaných tvářením zatepla nebo lisováním zatepla, jako vrstev 35 tenkých;

obr. 6 - pořadí vrstev z membrány vytvarované tvářením zatepla nebo lisováním zatepla s odpovídajícími mezivrstvami nebo rozpěrkami;

obr. 7 - systém vrstvení komor absorbéru nad sebou;

obr. 8 - systém vrstev s vrstvami bočně slisovanými nebo přivařenými k nosné skořepině;

obr. 9/9a schematické průřezy absorbéru zvuku s rozpěrkami ve formě desek;

obr. 10 - odpovídající schematický průřez absorbérem zvuku s pěnovým materiálem jako rozpěrky;

obr. 11 - schematický pohled najedno alternativní vytvoření vynálezu, u kterého jsou absorpční komory z hlubokotaženého materiálu povlečené tenkou vrstvou eventuálně membrá45 nou.

\

Příklady provedení vynálezu

Obrázek 1 ukazuje jako příklad provedení jedno pořadí vždy tenkých vrstev 2 eventuálně membrán, jako je fólie, rouno, pěnová hmota atd., s odpovídajícími mezivrstvami 3a. Tyto mezivrstvy 3a zde vytvářejí jednoduché rezonanční komory 4, které mohou být vyplněné plynem, zejména vzduchem. Tento systém se uzavírá nosnou vrstvou £ velmi vysoké hmotnosti, která je například vytvořená jako nosná skořepina obalu motoru.

Obrázek 2 ukazuje jednu alternativní formu provedení obrázku 1, u které sestávají distanční vrstvy, to znamená mezivrstvy 3a, z porézního absorpčního materiálu, jako je například pěna nebo materiál rouna. Místo vzduchových vrstev zde tyto materiály zvyšují tlumení výsledných rezonancí, což vede k rozšíření absorpční křivky v oblasti příslušného rezonančního maxima.

Obrázek 3 ukazuje systém tenkých vrstev 2 respektive membrán amezivrstev 3a tvořených vzduchem, který je bočně ohraničený rozpěrkami 3b vytvořenými jako nosníky, zejména podpěrné stěny popřípadě stojiny. Tyto rozpěrky 3b. které mohou být s výhodou spojené s nosnou vrstvou £ do jednoho kusu, slouží k fixaci jednotlivých tenkých vrstev 2. Dále se takto dají realizovat různá pořadí tenkých vrstev 2 a mezivrstev 3a na různých místech, čímž vznikají různě velké rezonanční komory 4. Tím je daná další možnost obměny absorpčních spekter.

Obrázek 4 ukazuje jednu možnou formu provedení systému podle obrázku 3, přičemž zde sestávají mezivrstvy 3a z rouna případně pěny a plní podobné úkoly jako na obrázku 2.

Obrázek 5 ukazuje sled vrstev z tenkých vrstev 2 vytvořených jako membrány vytvarované tvářením zatepla nebo lisováním zatepla atd., které jsou umístěné na odpovídající rozpěrky 3b tvořící stojiny. Díky rozdílnému stupni přetvoření se zde dají realizovat rozdílné odstupy tenkých vrstev 2. Tím vznikají různě velké rezonanční komoiy 4, které i zde zajišťují vždy podle místa a polohy velkou možnost změn absorpčních spekter.

Obrázek 6 ukazuje analogicky k předcházejícím příkladům provedení systému podle obrázku 5, přičemž odpovídající mezivrstvy 3a sestávají zodpovídajících roun, pěnových hmot nebo fólií, které tlumí odpovídající rezonanční maxima.

Podle obrázku 7 sestává absorbér z navrstvení absorpčních komor 4 nad sebou, které jsou společně pokryté rozsáhlou rovinnou krycí membránou 5 popřípadě krycí fólií. Mezi těmito absorpčními komorami 4 jsou uspořádané tenké vrstvy 2, které mohou být na určených místech spojené s krycí membránou 5 a s nosnou vrstvou £ ve formě skořepiny. Tato přídavná krycí vrstva zlepšuje absorpci svojí přídavnou akustickou účinností. Místo toho může také stačit 40 uspořádat na nosné vrstvě 1 pouze jednu jedinou vrstvu absorpčních komor 4 a pokrýt ji jako tenkou vrstvou 2 jednou krycí fólií.

Obrázek 8 ukazuje systém vrstev z tenkých vrstev 2, které jsou zajištěné postranním slisováním nebo přivařením k nosné vrstvě £. Tento příklad provedení se doporučuje především u sledu 45 fólie, rouno, fólie, rouno, například PES-fólie, PET-rouno . . . PP-fólie, PP-rouno . . . , nebo fólie, pěna, fólie, pěna, např. PU-fólie, PU-pěna, PU-fólie, PU-pěna, nebo také u sledu roun různého zhuštění. Z důvodů recyklace a na základě opatření na ochranu životního prostředí může přitom dojít k použití jen jednoho jediného druhu materiálu.

Podle obrázku 9 je nosná vrstva 1 ve formě skořepiny vytvořená ve tvaru vany. Sestává například z GMT a je předem připravená postupem hlubokého tažení. Z vnitřní strany lb nosné skořepiny vyčnívají deskovité rozpěrky 3b v podstatě svisle k rovině nosné skořepiny až k těm místům, ve kterých slouží jako podepření fólie, která je napnutá nad nimi a působí jako tenká vrstva 2. Tato fólie je na okraji slepená s okrajem la nosné skořepiny. Přitom je fólie pevně napjatá. Mezi

-4CZ 288450 B6 nosnou skořepinou a fólií jsou vytvořené rezonanční komory 4. Fólie je například z polypropylenu, zatímco rozpěrky 3b jsou z téhož materiálu jako nosná skořepina a mohou sní být také vyrobené jako jeden kus, například postupem lisování vstřikem.

Podle obrázku 9a je tenká vrstva 2 pro zlepšení absorpce při vysokých frekvencích potažená tenkou vrstvou pěny nebo vrstvou 10 rouna a tenkou krycí fólií 11 nebo tenkým krycím rounem.

Podle obrázku 10 je skořepina nosné vrstvy 1 vyrobená například z GMT a do formy skořepiny, která je zde ukázaná, se uvede lisováním. V odstupu od sebe jsou na vnitřní straně lb nosné skořepiny uložené rozpěrky 3b ve formě pruhů pěnového materiálu z polyuretan-elastomeru a/nebo polyesterového rouna. Jejich šířka je podstatně menší než jejich rozestup, aby se mezi nosnou skořepinou a fólií popřípadě krycí tenkou vrstvou 2 napnutou přes rozpěrky 3b a okraj la nosné skořepiny nosné vrstvy 1 vytvořily rezonanční komory 4.

Podle obrázku 11 je nosná skořepina hlubokotažený konstrukční díl ve formě vany, například z GMT. K vnitřní straně lb jsou přisazené vrcholy 6 rozpěrek 3b, které jsou navzájem spojené tak, že tvoří hlubokotažený konstrukční díl, zejména z polypropylenu.

Na straně, která je odvrácená od vrcholů 6 rozpěrek 3b je podélně natažená tenká vrstva 2, například rouno. U tohoto provedení vynálezu jsou rezonanční komory 4 pokryté na straně odvrácené od nosné skořepiny nejen tenkou vrstvou 2, nýbrž také můstky 7 spojujícími rozpěrky 3b. Provedením otvorů 4b do spojujících můstků 7 se dají vytvořit Helmholtzovy rezonátory. Otvory 4b se pokryjí tenkou vrstvou 2 a tím jsou rezonanční komory 4 chráněné proti znečistění. Jakmile nejsou krycí tenká vrstva 2 a rozpěrky 3b vyrobené ze stejného materiálu, jako je polypropylen (PP), což zvýhodňuje likvidaci, může se volbou jiného materiálu popřípadě obměnou tloušťky materiálu hmotného obložení ještě lépe přizpůsobit požadované rezonanční frekvenci. Při použití stejných materiálů se může lepšího přizpůsobení rezonanční frekvenci docílit změnou tloušťky materiálu. Uvnitř rozpěrek 3b jsou vytvořené vnitřní komory 4a, které jsou po jedné straně pokryté pouze rounem nebo fólií atak můžou působit jako vrstvený rezonátor.

Absorbér zvuku podle vynálezu tedy tvoří vrstvený rezonanční absorbér, u kterého je pořadí vrstev s výhodou sestavené a dimenzované takovým způsobem řazení za sebou a popřípadě vedle sebe, aby na dvojici hmota pružina vznikalo v absorpční křivce maximum.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vrstvený absorbér pro absorbování akustických zvukových vln ve vzduchu s alespoň dvěma vrstvami (1, 2), z toho nejméně jednou tenkou vrstvou o tloušťce vrstvy mezi 0,01 a 5 mm, které jsou držené v odstupu od sebe rozpěmým dílem, vyznačující se tím, že jednak vrstvy (1, 2) a jednak rozpěmé díly vytvořené ve formě mezivrstev (3a) a/nebo rozpěrek (3b) vykazují rozdílné měmé hmotnosti a/nebo tuhosti, přičemž v meziprostorech mezi vrstvami (1, 2) jsou vytvořené rezonanční komory (4), které jsou ohraničené mezivrstvami (3a) a/nebo rozpěrkami (3b).
2. Vrstvený absorbér podle nároku 1, vyznačující se tím, že jedna z vrstev (1, 2) je vytvořená jako nosná vrstva (1) s vysokou hmotností a alespoň jedna mezivrstva (3a) případně rozpěrka (3b) tvoří mezi alespoň jednou tenkou vrstvou (2) a nosnou vrstvou (1) rezonanční komory (4) vyplněné plynem.

-5CZ 288450 B6
3. Vrstvený absorbér podle nároku 2, vyznačující se tím, že nosná vrstva (1) je vytvarovaná jako miskovité případně vanovité nosné těleso.
4. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že vrstvy (1,2) absorbéru jsou díky skokové změně tuhostí a měrných hmotností vrstev (1, 2) následujících za sebou, z nichž vždy jedna tuhá vrstva vykazuje vyšší měrnou hmotnost a naproti tomu jedna měkká vrstva menší měrnou hmotnost, dimenzované a zařazené za sebou tak, že pro každou dvojici vrstev (1, 2) odpovídající systému pružina-hmota je na absorpční křivce maximum.
5. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že různé rezonanční komory (4) popřípadě dvojice hmota-pružina jsou naladěné na různé rezonanční frekvence.
6. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že nejméně jedna rozpěrka (3b) je vytvořená jako mezivrstva (3a).
7. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t i m, že vrstvy (1, 2) a/nebo mezivrstvy (3a) případně rozpěrky (3b) sestávají z rouna, pěnové hmoty nebo z fólie.
8. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že tenké vrstvy (1, 2) a/nebo mezivrstvy (3a) či rozpěrky (3b) jsou vytvořené zPU(polyuretan-elastomeru), PET-(polyesteru), PP-(polypropylenu), PE-(polyetylenu), ABS-(akrylnitril/butadien/Styrol-terpolymerizátu), PAN-(polyakrylnitrilu) a/nebo termoplastu vyztuženého
9. Vrstvený absorbér podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že tenké vrstvy (1, 2) vykazují rouna z vláken látek vybraných ze skupiny PET, PP, uhlík, PAN, Pl-(polyamid) a/nebo přírodních vláken.
10. Vrstvený absorbér podle některého z nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že tenké vrstvy (1,2) a/nebo mezivrstvy (3a) případně rozpěrky (3b) jsou tvrdě slisované.
11. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že rozpěrka (3b) je vytvořená jako jeden díl s jednou vrstvou (1, 2).
12. Vrstvený absorbér podle nároku 11, vyznačující se t í m, že nosná vrstva (1) je vytvořená jako jeden díl s rozpěrkou (3b) a/nebo jsou okraje tenké vrstvy (2) a mezivrstvy (3a) připevněné k okraji (la) nosné vrstvy (1).
13. Vrstvený absorbér podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že přes celý absorbér zvuku je na straně přivrácené dopadu zvuku uspořádaná společná, zejména membránovitá krycí fólie a/nebo rouno napnuté přes rezonanční komory (4).