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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Mehrschichtplatte zur Verringerung
der Schallabstrahlung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Sie lässt sich
weitestgehend im Fahrzeugbau zur Verbesserung des akustischen Verhaltens
von plattenunterteilten oder plattenausgekleideten Raumflächen einsetzen.
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Es
ist bekannt, dass man beispielsweise im Flugzeugbau zur Abschottung
von Raumbereichen oder zur Aus- oder Verkleidung der Rumpfwand im Flugzeugkabinenbereich
entsprechende Mehrschichtplatten verwendet. Diese Mehrschichtplatten weisen
einen Kern (eine Kernschicht) auf, der (die) mit Schäumen oder
Waben oder ausgeschäumten Waben
realisiert ist, welchem Deckschichten aus hochzugfestem Material
befestigt sind. Diese Art Plattenaufbau besitzt ein schlechtes [für das Flug(begleit)personal
und den Flugpassagier nicht befriedigendes] akustisches Verhalten,
das sich mit einem niedrigen Schalldämmmaß und einem hohen Schallabstrahlgrad
bei Körperschallanregung
umschreiben lässt.
Auf den Fahrzeugbau allgemein übertragen wird
die Abstellung von ähnlich
gelagerte Problemfällen
zur Verbesserung der Raumakustik eines (auf dem Land oder auf dem
Wasser sich fortbewegenden) Fahrzeuges ebenfalls bedeutsam sein.
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Außerdem ist
aus der
DE 41 26 781
A1 eine Mehrschichtplatte bekannt, die als Flächenbauelement
bezeichnet wird. Der Aufbau dieses Flächenbauelements umfasst eine
Kernschicht und zwei äußere Schichten
(Deckschichten), die auf der Grund- und Deckfläche der Kernschicht befestigt
sind. Aus den
3 bis
5 dieser Druckschrift mit
den entsprechenden Bilderläuterungen
wird man entnehmen, dass der Kernschicht mehrere Schlitze eingearbeitet sind,
die zueinander parallel verlaufen. Diese Schlitze mit einer definierten
Breite, die voneinander einen gleichbleibenden Abstand aufweisen,
durchqueren die Kernschicht zu einem wesentlichen Teil ihrer Dicke,
wobei eine Schlitz-Tiefe, die 85 % bis 95 % der Kernschicht-Dicke
betragen soll, angegeben wird. Jener Mehrschichtplatte haftet der
Nachteil an, dass sie ein ungünstiges
akustisches Verhalten besitzt respektive erwarten lässt, deren
Schallabstrahlung es mit geeigneten Maßnahmen zu verringern gilt.
Ferner ist aus der
DE
195 27 081 C1 eine weitere Mehrschichtplatte, die als Flächenelement
bezeichnet wird, bekannt. Der Aufbau dieses Flächenelements umfasst ebenfalls
eine Kernschicht und zwei Deckschichten, die auf der Grund- und
Deckfläche
befestigt sind. Ebenso findet man die parallelen Schlitze wieder,
die in die Kernschicht und nunmehr auch in einer der beiden Deckschichten
senkrecht zur Oberfläche
angeordnet sind, um eine Flexibilität in Biegerichtung zu erhalten.
Auch dieser Mehrschichtplatte haftet gleichermaßen der geschilderte Nachteil
eines ungenügenden
akustischen Verhaltens an, deren Schallabstrahlung es mit geeigneten
Maßnahmen
zu verringern gilt. Dabei wird in keiner der vorgenannten Druckschriften
ein Hinweis oder eine Anregung darauf gegeben, nach dem oder nach
der man wenigstens über
die Umsetzung einer Maßnahme
nachdenken würde,
um in der Kernschicht des Schichtenaufbaus einer Mehrschichtplatte
mehrere Schlitze mit einer veränderten
Schlitzarchitektur einzuarbeiten, die eine kräftige Reduzierung der Schallabstrahlung
der Mehrschichtplatte bei deren Körperschallanregung umsetzen
könnte.
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Es
bleibt auch verborgen, mit welcher angepassten Wahl der Schlitzabstände bzw.
der Schlitztiefe bzw. der Schlitzbreite jener Schlitze variiert
werden kann, um die akustischen Eigenschaften deutlich zu verbessern.
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Demzufolge
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des
akustischen Verhaltens von Mehrschichtplatten durch Verringerung von
deren Schallabstrahlung zu erreichen, das sich mit wenig aufwendigen
Maßnahmen
bei unverändertem
Plattengewicht und unveränderter
Steifigkeit (im Vergleich mit herkömmlichen Mehrschichtplatten) umsetzen
lässt.
Dabei soll sich die akustisch verbesserte Mehrschichtplatte durch
eine erheblich höhere Schalldämmung und
durch eine deutliche Reduzierung der Schallabstrahlung bei Körperschallanregung
auszeichnen.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
In den weiteren Unteransprüchen
sind zweckmäßige Weiterbildungen
und Ausgestaltungen dieser Maßnahmen
angegeben.
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Die
Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen
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1 den prinzipellen Aufbau
der verbesserten Mehrschichtplatte;
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2 die Darstellung der Verbesserungen) des
Luftschalldämmmaßes an einer
Mehrschichtplatte durch Kernschlitzung (von verglichenen Paneels);
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3 die Verringerung der Körperschallabstrahlung
an einer Mehrschichtplatte durch Kernschlitzung bei Anregung durch
eine Kraftquelle;
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4 die Verringerung der Körperschallabstrahlung
an einer Mehrschichtplatte durch Kernschlitzung bei Anregung durch
eine Geschwindigkeitsquelle;
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5 den prinzipiellen Verlauf
der Lateralwellen von Mehrschichtplatten über der Frequenz.
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Um
das Verständnis
für die
folgenden Ausführungen
zu fördern,
wird zunächst
allgemein auf das akustische Verhalten von Platten eingegangen. Danach
ist es dem Fachmann (in Verbindung mit dem ihm geläufigen Koinzidenz-Effekt)
bekannt, dass Lateralwellen auf Platten besonders gut Lärm abstrahlen,
wenn sie sich mit Schall- oder Überschallgeschwindigkeit
in Bezug auf das umgebende Medium ausbreiten. Da die Biegewellengeschwindigkeit einschichtiger
Platten monoton mit der Frequenz zunimmt, existiert für jede Platte
eine Grenzfrequenz ab der Machzahl 1 (einfache Schallgeschwindigkeit),
für die
Biegewellen erreicht wird. In einem je nach Plattenmaterial kleineren
oder größeren Bereich
um diese Frequenz herum kommt der Koinzidenz-Effekt zum Tragen und
verringert das Luftschalldämmmaß gegenüber dem
Massegesetz, ebenso strahlt in diesem Bereich diese Platte besonders
effektiv Körperschall
ab. Falls einschichtige Platten eine gewisse Steifigkeit aufweisen
sollen, wird man kaum den Wirkungen nach dem Koinzidenz-Effekt entgehen.
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Demgegenüber wird
der Fachmann bei Mehrschichtplatten eine andere Situation beobachten.
Ihm ist demnach auch das Wissen um den prinzipiellen Verlauf der
Lateralwellen von Mehrschichtplatten über der Frequenz, wie in der 5 dargestellt, bekannt.
Danach wird man im niederen Frequenzbereich das Auftreten von Lateralbiegewellen beobachten,
deren Geschwindigkeit von der Gesamtbiegesteifigkeit der Mehrschichtplatte
bestimmt wird. Mit steigender Frequenz beginnt die Biegewelle langsam
in eine Lateralschubwelle überzugehen,
deren Ausbreitungsgeschwindigkeit unabhängig von der Frequenz proportional
zur Wurzel des Kernschubmoduls wächst.
Bei noch höheren
Frequenzen geht dann die Lateralschubwelle in eine Lateralbiegewelle über, deren
Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Biegesteifigkeit der Deckschichten
der Mehrschichtplatte bestimmt wird. Sofern die Möglichkeit bestehen
würde,
in dieser Situation den Schubmodul des (der) Kernschicht) in geeigneter
Weise auswählen
zu können,
dann kann man möglicherweise
erreichen, dass die Lateralwellen im gesamten Frequenzbereich unterhalb
der Schallgeschwindigkeit der Luft bleiben. Durch entsprechende
Manipulation der übrigen
Parameter: „Deckschichtendicke,
Kern(schichten)dicke, Deckschichten-E-Modul, Dichte von Deckschichten
und Kern(schicht)" lässt sich
stets erreichen, dass die Biegesteifigkeit der betrachteten Mehrschichtplatte
ausreichend hoch gehalten werden kann.
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Um
also eine akustisch verbesserte Mehrschichtplatte zu erhalten, sind
entsprechende Maßnahmen
vorzusehen, die (mit Rückbetrachtung
auf das vorerwähnte
Verhalten der Mehrschichtplatten) auf ein Herabsetzen von deren
Kernschubsteife, die (physikalisch betrachtet) dem Kernschubmodul
direkt proportional ist, abzielen. Die Umsetzung der Herabsetzung
dieser Kernschubsteife wird durch eine Schlitzung der Kernschicht 2 (des
Kerns) der Mehrschichtplatte 1, wie sie im Endstadium in
der 1 dargestellt ist,
erreicht.
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Nach
der 1 besitzt die beispielgemäße Mehrschichtplatte 1 zur
Verringerung der Schallabstrahlung einen Schichtenaufbau, der sich
aus einer Kernschicht 2 und (allgemein betrachtet aus wenigstens)
zwei Deckschichten 3, 4 zusammensetzt. Auf dieser
Kernschicht 2 ist auf der Grundfläche eine untere Deckschicht 4 und
auf der Deckfläche
eine obere Deckschicht 3 befestigt. Die Kernschicht 2,
die eine bestimmte Kernschichtdicke c aufweist, ist mit mehreren
Schlitzen 5, 6 versehen, die (durch Anwendung eines
dafür geeigneten
Bearbeitungsverfahrens, bspw. durch Fräsen,) der Kernschichtdicke
c ausgenommen sind. Diese Schlitze 5, 6 sind nach
einer festgelegten Schlitzarchitektur (verlaufend) über die Grund-
oder Deckfläche
der Kernschicht 2 verteilt angeordnet. Sie sind lotrecht
zur Grund- oder Deckfläche
der Kernschicht 2 [je nach der Blickrichtung des Beobachters
der (im installierten Zustand positionierten) Mehrkammerplatte 1]
eingelassen. Nach dem Vorbild der 1 besitzen
die Schlitze 5, 6 eine lotrecht zur Grundfläche der
Kernschicht 2 angeordnete Lage, welche in horizontaler
und vertikaler Richtung parallel verlaufend angeordnet sind. Dabei
sind die in horizontaler Richtung verlaufenden Schlitze 5 zusätzlich von
den in vertikaler Richtung verlaufenden Schlitzen 6 gekreuzt.
Dabei wird eine Schlitztiefe s, t berücksichtigt, die kleiner der
Kernschichtdicke c ist. Die in der 1 angedeutete
Schlitzarchitektur der Kernschicht 2 ist dermaßen konzipiert,
wonach der gesamte Deckflächenbereich
der Kernschicht 2 mit sich kreuzenden Schlitzen 5, 6 versehen
ist. Dabei werden die in horizontaler Richtung verlaufenden Schlitze 5,
die im Schlitzabstand b parallel verlaufend angeordnet (eingearbeitet)
sind und eine Schlitztiefe s sowie eine Schlitzbreite y aufweisen,
zusätzlich
von in vertikaler Richtung verlaufenden Schlitzen 6 gekreuzt,
die im Schlitzabstand a parallel verlaufend angeordnet (eingearbeitet)
sind und eine Schlitztiefe t sowie eine Schlitzbreite x aufweisen.
Die unterschiedlichen Bezifferungen der Angaben: „Schlitzabstand
a, b; Schlitztiefe s, t; Schlitzbreite x, y" werden deshalb eingeführt, weil
möglicherweise
in der praktischen Umsetzung diese Angaben, die entweder den einzelnen
horizontal verlaufenden Schlitz 5 oder den einzelnen vertikal
verlaufenden Schlitz 6 betreffen, durchaus (wertmäßig) voneinander
abweichen können,
um die Herabsetzung der Kernschubsteife der einzelnen Mehrschichtplatte 1 entsprechend
zu manipulieren.
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Nun
kann man auch vorsehen, dass nur ein Teilbereich der Kernschicht 2 oder
der überwiegende Grund-
oder Deckflächenbereich
der Kernschicht 2 mit Schlitzen 5, 6 versehen
ist. Anders ausgedrückt wird
nicht ausgeschlossen, dass die Schlitze 5, 6 über den überwiegenden
Flächenbereich
der Grund- oder Deckfläche
der Kernschicht 2 verteilt angeordnet sind oder nur einen
ausgewählten
Teilbereich der Grund- oder Deckfläche der Kernschicht 2 verteilt
bedecken.
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Dabei
sind die Schlitzabstände
a, b und die Schlitztiefe s, t sowie die Schlitzbreite x, y der
betreffenden Schlitze 5, 6, deren Wahl in direkter
Beziehung mit einer nicht zu überschreitenden
kritischen Gesamtbiegesteifigkeit des Schichtenaufbaus respektive
in Korrelation der Kernschubsteife der Kernschicht steht, (aus den
vorher erwähnten
Gründen) variabel
gestaltet.
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Aufgrund
der vorgestellten Lösung
können diese
Mehrschichtplatten 1 bei unverändertem Gewicht und unveränderter
Steifigkeit gegenüber
herkömmlichen
(bspw. im Flugzeugbau verwendeten) Mehrschichtplatten akustisch
so verbessert werden, dass eine erheblich höhere Schalldämmung erreicht wird.
Dazu vermitteln dem interessierten Fachmann die Darstellungen der 2 bis 4 entsprechenden Aufschluß, aus denen
er – am
Beispiel von miteinander verglichenen Platten, die entweder ungeschlitzt, kreuzgeschlitzt
oder geschlitzt ausgeführt
sind, – eine
kräftige
Reduzierung der Schallabstrahlung bei Körperschallanregung entnehmen
wird.
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Zusammenfassend
wird der Fachmann resümieren,
dass durch die Schlitzung des Kerns von Mehrschichtplatten 1 deren
akustisches Verhalten verändert
wird. Dabei erfolgt diese Schlitzung kreuzweise oder parallel, nicht über die
volle Tiefe (Kemschichtdicke) des Kerns. Die Schlitzung erfolgt
derwegen nicht über
die volle Kerntiefe (sondern nur über einen Tiefenteil der Kernschichtdicke,
um die Verarbeitung von zusammenhängenden Platten zu Mehrschichtplatten 1 zu
ermöglichen.
Durch die angepassten Wahl der Schlitzabstände a, b bzw. der Schlitztiefe
s, t kann die Kernschubsteife in einem extrem weiten Bereich variiert
werden und so auf einen vorab gewählten Wert gebracht werden,
der so gewählt
wird, dass die akustischen Eigenschaften deutlich besser sind als
die vergleichbarer ungeschlitzter Platten. Mit dem in 1 gezeigten prinzipiellen
Aufbau der Mehrschichtplatte 1 wird man die angegebene
Vorteile erreichen.
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- 1
- Mehrschichtplatte
- 2
- Kernschicht
- 3,
4
- Deckschicht
- 5,
6
- Schlitz
- a,
b
- Schlitzabstand
- s,
t
- Schlitztiefe
- x,
y
- Schlitzbreite
- c
- Dicke
(der Kernschicht 2)