DE102005003994A1

DE102005003994A1 - Akustischer Absorber und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102005003994A1
Application number: DE102005003994A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schievelbusch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102005003994B4

Abstract

Die Aufgabe, einen akustischen Absorber (1) zu schaffen, der bei Erzielung eines ausreichenden Absorptionsgrades dennoch einfach herzustellen und kostengünstig sowie leicht verarbeitbar ist, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass dieser aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente (2) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen akustischen Absorber entsprechend der Merkmalskombination des Anspruchs 1 sowie Verfahren zur Herstellung desselben.

Akustische Absorber dienen der Vernichtung von Schallenergie und werden überwiegend vor festen Wänden positioniert.

Sie können nach Heckl/Müller, "Taschenbuch der technischen Akustik", Springer-Verlag, in folgende Klassen eingeteilt werden:

– poröse Absorber: Vliese (z. B. Baumwollfaservliese) und offenporige Schäume, welche Schallenergie durch Strömungsreibung absorbieren;
– Resonanzabsorber (z. B. Helmholtz-Resonatoren), wobei Schallenergie durch die Reaktion des Schallfeldes mit einem Resonator (z. B. Loch mit dahinter angeordnetem Hohlraum) absorbiert wird;
– Plattenabsorber (z. B. schlaft gespannte Folien vor einer Wand), welche dem Schallfeld Energie entziehen durch Anregung einer mechanischen Schwingung besagter Platte.

In der Praxis haben sich insoweit Absorber, wie Schäume, Faservliese u. dgl. sowie Resonanzabsorber, wie gelochte Akustikdecken, bewährt, wobei im Fahrzeugbau im speziellen poröse Absorber, wie Schnitt- und Formschäume, Baumwollfaservliese, Polyestervliese und für Spezialanwendungen aufgrund ihrer hohen Absorptionsfähigkeit und ihres geringen Gewichtes jedoch relativ kostenintensive Kunststoff-Vliese Verwendung finden.

Des Weiteren finden für Spezialanwendungen, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, Absorber mit gemischter Wirkungsweise Anwendung (Schaum in Folie, Kästchenabsorber u. a.).

Die Kosten für derartige Absorber im Automobilbau liegen zwischen etwa 1,-- Euro und etwa 4,-- Euro pro m². Die Kosten für Spezialmaterialien, wie z. B. Melaminschaum oder besagte Kästchenabsorber liegen noch darüber.

Mit der DE 195 29 440 A1 ist z. B. ein akustischer Absorber nach Art eines aufwendig herzustellenden und demgemäß kostenintensiven Kästchenabsorbers offenbart, wobei die Hohlkammern aufgrund einer gewünschten ausreichenden mechanischen Stabilität durch weitestgehend starre Wände gebildet sind.

Ferner ist aus der EP 1 060 094 B1 eine Schallschutzabschirmung mit einer Kunststoff aufweisenden Schwerschicht offenbart, von der sich Vertiefungen nach mindestens einer Außenseite der Schwerschicht öffnen, wobei die Vertiefungen der Schwerschicht als Kammern ausgebildet sind.

Schließlich ist aus der EP 0 781 445 B1 ein aufwendiger und relativ starrer Schichtenabsorber zum Absorbieren von akustischen Luft-Schallwellen mit einer Anzahl von Schichten, darunter mindestens einer dünnen Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,01 und 5 mm, die im Abstand voneinander gehalten sind, bekannt. Im Wesentlichen wird hier vorgeschlagen, dass einerseits die Schichten und andererseits die den Abstand zwischen diesen sicherstellenden Zwischenschichten bzw. Abstandshalter unterschiedliche Dichten und/oder Steifigkeiten aufweisen, und dass die Zwischenschichten bzw. Abstandhalter derart ausgebildet sind und angeordnet sind, dass in den Zwischenräumen zwischen den Schichten mehrere Resonanzkammern gebildet sind.

All den vorgenannten akustischen Absorbern ist gemein, dass diese relativ starr ausgebildet und/oder aus verschiedensten Materialien oder Materialdicken hergestellt sind, welches sich für die Nutzer derartiger Absorber hinsichtlich der Kosten als nachteilig auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen akustischen Absorber zu schaffen, der bei Erzielung eines ausreichenden Absorptionsgrades dennoch einfach herzustellen und kostengünstig sowie leicht verarbeitbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, geeignete Verfahren zur Herstellung eines solchen akustischen Absorbers anzugeben.

Im Rahmen umfangreicher Versuche wurde gefunden, dass in Abkehr vom technisch Üblichen, ausschließlich vermittels dünnen Folienmaterials akustische Absorber mit ausreichenden Absorptionsgraden herstellbar sind. Derartiges Folienmaterial ist in großen Mengen verfügbar, kostengünstig und leicht zu verarbeiten.

Die gestellte Aufgabe wird demnach durch einen akustischer Absorber, bestehend aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente gelöst.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen akustischen Absorbers. Danach ist das Folienmaterial durch eine flexible Kunststofffolie gebildet, die vorzugsweise eine Materialdicke in einem Bereich von etwa 20 μm bis etwa 400 μm aufweist. Des Weiteren kann es angezeigt sein, dass der akustische Absorber Hohlkammerelemente mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite und/oder mit einer unterschiedlichen Spannung der Außenhaut derselben aufweist. Ferner wird vorgeschlagen, derartige akustische Absorber im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs unterhalb von Verkleidungen, wie der Innenraumverkleidung und/oder der cw-Verkleidung am Unterboden/Stoßfänger, und/oder im Motor- und/oder Kofferraum zu verwenden.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Kunststofffolie von zumindest zwei Kunststofffolien zur Ausbildung von Hohlkammerelementen zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie, die Öffnung der gebildeten Noppen schließend, mit der ersten Kunstofffolie zusammengefügt wird. Insoweit kann es auch von Vorteil sein, die Hohlkammerelemente mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite und/oder mit einer unterschiedlichen Spannung der Außenhaut derselben auszubilden. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl derart hergestellter akustischer Absorber übereinandergeschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Ebenso ist es denkbar und wird durch die Erfindung mit erfasst, dass die zunächst gebildeten Hohlkammerelemente zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herausgelöst und nachfolgend zu einem Strukturteil verbunden werden. Zweckmäßigerweise werden dabei die Hohlkammerelemente in Form von separaten Folienblasen innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander stoffschlüssig verbunden. Der Stoffschluss kann besonders einfach und kostengünstig thermisch, chemisch und/oder vermittels eines Klebstoffes bewerkstelligt werden.

Schließlich wird vorgeschlagen, eine an sich bekannte herkömmliche stossdämpfende Luftpolsterfolie mit geschlossenen Hohlkammerelementen als akustische Absorber zu verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 die Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten akustischen Absorbers mit geschlossenen Hohlkammerelementen in seiner einfachsten Ausgestaltung als flächenförmiges Absorberteil, und
2 eine vergleichende Darstellung des Absorptionsverhaltens eines herkömmlichen akustischen Absorbers und eines erfindungsgemäß ausgebildeten akustischen Absorbers nach 1.
1 zeigt äußerst schematisch einen akustischen Absorber 1 als flächenförmiges Absorberteil, welches aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Hohlkammerelemente 2, auch als Noppen bezeichnet, besteht, die ihrerseits mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt sind.
Wie bereits oben dargetan, wurde im Rahmen umfangreicher Versuche gefunden, dass in Abkehr vom technisch Üblichen, ausschließlich vermittels in großen Mengen verfügbaren und demgemäß kostengünstigen Folienmaterials ebenfalls ausreichende Absorptionsgrade erzielbar sind.
Demgemäß ist besagtes flächenförmiges Absorberteil aus einem einheitlichen dünnen Folienmaterial hergestellt, wobei sich eine flexible Kunststofffolie mit einer Materialdicke von etwa 20 μm bis etwa 400 μm besonders angeboten hat.
Ein derartiger akustischer Absorber 1 kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, indem wie vorliegend zumindest eine Kunststofffolie 3 zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie 4 derart mit der ersten Kunststofffolie 3 zusammengefügt wird, dass die Öffnung der gebildeten Noppen geschlossen wird.
Die nunmehr ausgebildeten Hohlkammerelemente 2 können dabei mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein, wobei durch die Wahl des verwendeten Gases in Grenzen Einfluss auf das gewünschte Absorptionsverhalten des akustischen Absorbers 1 genommen werden kann.
Das Zusammenfügen der beiden Kunststofffolien 3, 4 erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, wobei besagter Stoffschluss sowohl thermisch als auch chemisch bewerkstelligt werden kann. Denkbar ist es jedoch auch, zum Fügen einen geeigneten Klebstoff zu verwenden.
Durch die Wahl der Abmaße der Hohlkammerelemente 2, sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite derselben, kann des Weiteren in bestimmten Grenzen Einfluss auf das Absorptionsverhalten des akustischen Absorbers 1 genommen werden (nicht näher gezeigt). Auch kann es angezeigt sein, örtlich unterschiedliche Absorptionscharakteristiken zu erzeugen, indem die Außenhaut der Hohlkammerelemente 2 jeweils infolge eines bestimmten Innendruckes mit einer bestimmten Spannung oder mit einer gewissen Schlaffheit ausgebildet ist.
Alternativ oder in Kombination mit vorstehenden Ausführungsformen können auch mehrere jeweils aus zwei oder mehr Kunststofffolien 3, 4 hergestellte akustische Absorber 1 übereinander geschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Zur Herstellung eines akustischen Absorbers 1 in Form eines nicht näher dargestellten sogenannten Strukturteiles wird des Weiteren vorgeschlagen, die vorstehend hergestellten Hohlkammerelemente 1 zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herauszulösen, beispielsweise herauszustanzen, um diese dann innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander wiederum stoffschlüssig zu verbinden.
Die hergestellten flächenförmigen Absorberteile bzw. Absorber-Strukturteile sind besonders geeignet, im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs zur Schallabsorption Verwendung zu finden. So können derartige akustische Absorber 1 unterhalb von Verkleidungen, wie der Innenraumverkleidung und/oder der cw-Verkleidung am Unterboden/Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, und/oder im Motor- und/oder Kofferraum angeordnet sein. Weitere vorteilhafte Anwendungsfälle, die nicht vordringlich auf den Kraftfahrzeugbau beschränkt sind, sind ebenfalls denkbar.
Durch die Verwendung von Folien, insbesondere Kunststofffolien 3, 4 ist eine schädliche Faserbelastung, wie sie bei der Produktion und Verarbeitung von herkömmlichen akustischen Dämmungs- und Dämpfungsmaterialien, wie beispielsweise Faservliesen, auftreten kann, ausgeschlossen. Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, dass Kunststofffolien 3, 4 weitestgehend unverrottbar sind, keine Schadstoffemission aufweisen sowie im Hinblick auf poröse Absorber keine Feuchtigkeit aufnehmen.
Aus der Praxis sind bereits stossdämpfende Luftpolsterfolien aus Kunststoff, wie beispielsweise Standard-Polster-Umschlagsfolien, mit geschlossenen Hohlkammerelementen 2 bekannt. Im Rahmen besagter Versuche wurden auch derartige Luftpolsterfolien auf ihre Verwendbarkeit als akustische Absorber 1 überprüft.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass an sich stossdämpfende Luftpolsterfolien ebenso akustisch wirksam sind, wie herkömmliche akustische Absorber 1.
2 zeigt anhand zweier Kurvenverläufe I, II des Schallabsorptionsgrades "α" (gemessen nach DIN EN ISO 10534-2) über die Schall-Frequenz "f" zum einen das Absorptionsverhalten eines herkömmlichen hochwertigen Baumwollfaservliesabsorbers als Plattenware mit einer Dicke von 11 mm -Kurve I- und zum anderen das Absorptionsverhalten einer an sich bekannten und auf dem Markt erhältlichen Luftpolsterfolie aus Polyethylen (PE) -Kurve II- mit einer Dicke von 6 mm und einem Noppendurchmesser von 10 mm. Wie unschwer zu erkennen ist, reichen die Absorptionseigenschaften der Luftpolsterfolie an die Absorptionseigenschaften des Baumwollfaservlieses heran, wobei bezogen auf die Absorberdicke die Luftpolsterfolie als vorteilhafter einzuschätzen ist.
Weitere gängige Folienausführungen für Zweischichtfolien in Form von Luftpolsterfolien sind z. B. auch:

– Noppenhöhe 4 mm; Noppendurchmesser 10 mm; Materialdicke 60 μm bis 400 μm,
– Noppenhöhe 8 mm; Noppendurchmesser 18 mm; Materialdicke 100 μm und dicker.

In einem Mittelklassefahrzeug wurden Absorbermaterialien in Form der erfindungsgemäß ausgebildeten akustischen Absorber 1 für ca. 10,-- EUR mit einem Gewicht von ca. 3 kg verbaut. Selbst bei nur teilweiser Verwendung derartiger Absorber 1 ergibt sich hier ein enormes Gewichts- und Kosteneinsparungspotential.

1: akustischer Absorber
2: Hohlkammerelemente
3: Kunststofffolie
4: Kunststofffolie
I: Kurvenverlauf für das Absorptionsverhalten eines Baumwollfaservlieses
II: Kurvenverlauf für das Absorptionsverhalten einer Luftpolsterfolie aus PE

Claims

Akustischer Absorber (1), bestehend aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente (2).
Akustischer Absorber (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienmaterial durch eine flexible Kunststofffolie (3, 4) gebildet ist.
Akustischer Absorber (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke der Kunststofffolie (3, 4) in einem Bereich von etwa 20 μm bis etwa 400 μm gewählt ist.
Akustischer Absorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe Hohlkammerelemente (2) mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite und/oder mit einer unterschiedlichen Spannung der Außenhaut aufweist.
Akustischer Absorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs unterhalb von Verkleidungen, wie der Innenraumverkleidung und/oder der cw-Verkleidung am Unterboden/Stoßfänger, und/oder im Motor- und/oder Kofferraum angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kunststofffolie (3) von zumindest zwei Kunststofffolien (3, 4) zur Ausbildung von Hohlkammerelementen (2) zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie (4), die Öffnung der gebildeten Noppen schließend, mit der ersten Kunstofffolie (3) zusammengefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerelemente (2) mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite und/oder mit einer unterschiedlicher Spannung der Außenhaut derselben ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl derart hergestellter akustischer Absorber (1) übereinandergeschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Hohlkammerelemente (2) zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herausgelöst und nachfolgend zu einem Strukturteil verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerelemente (2) in Form von separaten Folienblasen innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss thermisch, chemisch und/oder vermittels eines Klebstoffes bewerkstelligt wird.
Verwendung einer herkömmlichen an sich stossdämpfenden Luftpolsterfolie mit geschlossenen Hohlkammerelementen (2) als akustischen Absorber (1).