-
Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Akustikelement, welches aus mindestens zwei unterschiedlichen Vlieslagen gebildet ist. Das Akustikelement dient der Reduzierung der Nachhallzeit.
-
Die Verwendung von Vliesmaterial in Schallabsorptionselementen ist bekannt. So beschreibt das Dokument
DE 20 2016 100 525 U1 des Anmelders ein Verbundelement unter Verwendung eines Faservlieses. Solche Schallabsorptionselemente dienen insbesondere zur maximalen Schallabsorption.
-
Aus dem Dokument
US 2006/0289231 A1 ist ein akustisches Verbundelement für eine Radauskleidung eines Kraftfahrzeugs bekannt, welches aus mindestens vier Schichten besteht und aufgrund vorhandener thermoplastischer Fasern thermoverformbar ist. Die schallabsorbierende Schicht dieses akustischen Verbundelements ist dabei von luftundurchlässigen Schichten beidseitig eingefasst. Diese schallabsorbierende Schicht dient der Absorption des Körperschalls, nämlich der Eigenschwingungen der Radauskleidung. Aufgrund der vorgesehenen luftundurchlässigen Schichten ist eine solche Platte für die Absorption von Luftschall, wie er sich in Räumen ausbreitet ungeeignet.
-
Wichtiges Kriterium für eine raumakustische Qualität, insbesondere in großen Arbeitsräumen, ist neben der Schallabsorption von Luftschall aber auch die Nachhallzeit. Für die Schallabsorption sind Materialien einzusetzen, die eine hohe akustische Impedanz besitzen, d.h. dem Luftschall einen hohen Widerstand entgegensetzen. Ein Nachhall kommt dadurch zustande, dass der Schall an den Raumwänden mehrfach reflektiert wird. Eine Person im Raum empfängt also nicht nur die direkten Schallwellen, sondern auch deren Reflektionen, die gegenüber der direkten Schallwelle verzögert sind. Insbesondere für Großraumbüros sind optimale Nachhallzeiten gewünscht. Hier will man über kurze Entfernungen gut hören und gehört werden. Nachhall kann jedoch zu Störungen führen, dann wird es für Personen anstrengend, in diesem Raum zu arbeiten oder zu kommunizieren.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Akustikelement zur Verfügung zu stellen, dessen Anwendung die Nachhallzeit in Räumen reduzieren kann, d.h. eine Schallabsorption bewirkt, bei der insbesondere der reflektierte Schall herausgefiltert und eine Schallpegelsenkung erreicht wird.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Akustikelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein solches Akustikelement wird erfindungsgemäß nach einem Verfahren gemäß Anspruch 11 hergestellt. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
-
Das neue plattenförmige Akustikelement besteht aus mehreren unterschiedlichen Vlieslagen. Bei diesen unterschiedlichen Vlieslagen handelt es sich jeweils um vorverfestigte Vlieslagen. Vorverfestigten Vlieslagen sind beispielsweise eine Thermobond-Vlieslage oder eine Nadelvlieslage oder eine Airlaid-Vlieslage. Die vorverfestigten Vlieslagen sind im Akustikelement übereinander angeordnet und die aneinander liegenden Flächen sind durch Thermofusion miteinander verbunden. Die einzelnen Vlieslagen und auch die miteinander verbundenen Vlieslagen, d.h. das Akustikelement, sind luftdurchlässig. Die einzelnen unterschiedlichen Vlieslagen im Akustikelement setzen dem Luftschall jedoch jeweils einen unterschiedlichen Widerstand entgegen. Die Vlieslagen bestehen dabei aus Polyesterfasern, insbesondere aus einer Mischung von Polyester-Monofasern bzw. Polyester-Mikrofasern einerseits und Polyester-Bikomponentenfasern andererseits. Angepasst auf den jeweiligen Anwendungsfall werden im Akustikelement mehrere unterschiedliche Vlieslagen vereinigt. Hierbei kann die Impedanz der Schichten durch die Feinheit (Fasertiter) der Polyesterfasern, deren Faserlänge, deren Faserkräuselung, deren Faserquerschnitte und/oder durch die Faserausrichtung der Polyesterfasern in der jeweiligen Vlieslage beeinflusst werden. So werden gezielt unterschiedliche vorverfestigten Vlieslagen für das Akustikelement ausgewählt. Bei der Bildung des Akustikelementes durch Thermofusion wird einerseits eine Verbindung zwischen den Vlieslagen erzielt, es werden also unterschiedliche Impedanz-Schichten im Akustikelement zusammengefasst. Anderseits werden durch den angewendeten Druck bei dieser Thermofusion die einzelnen Vlieslagen zusammengepresst und somit verdichtet. Das erhaltene Akustikelement ist wesentlich dünner als die Summe der einzelnen Vlieslagen und hat durch die Verdichtung auch eine höhere akustische Impedanz als die Summe der einzelnen Vlieslagen. Solche Akustikelemente eignen sich zur Schallabsorption in Räumen, insbesondere zur Nachrüstung in solchen Räumen, wo ein Nachhall auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren ist.
-
Als verwendbare unterschiedliche vorverfestigte Vlieslagen im neuen Akustikelement kommen insbesondere Thermobond-Vlieslagen, Airlaid-Vlieslagen und Nadelvlieslagen in Frage.
-
Bei einer Thermobond-Vlieslage handelt es sich um ein thermisch vorverfestigtes plattenförmiges Element, welches auf folgende Weise hergestellt wird. Faserflocken, die vorher aus Faserballen gelöst worden sind, werden auf der Krempel nach dem Kardierprinzip bis zur Einzelfaser aufgelöst, nämlich durch Reibwirkung zwischen rotierenden Walzen, welche mit Sägezahnbeschlägen versehen sind. Nach einem mehrstufigen Kardieren liegen die Einzelfasern in Längsrichtung parallel vor und werden als zusammenhängendes Fasergebilde (Flor) von der Walze genommen. Anschließend an den Krempelvorgang wird das Fasergebilde (Flor) zu einem Vlies mit hoher Flächenmasse verarbeitet. Der Vliesaufbau erfolgt durch Übereinanderlegen einzelner Florlagen, zumeist in Kreuzlegern, d.h. die Florlagen werden zickzackförmig abgelegt. Diese Krempelvliese besitzen dann eine Querfaserorientierung. Bei Verwendung von Polyesterfasern ist eine Verfestigung der Vliese durch Thermofusion möglich, d.h. durch Druck und Temperatureinwirkung werden die Krempelvliese zu einer plattenförmigen Thermobond-Vlieslage verfestigt. Eine solche Thermobond-Vlieslage ermöglicht das Absorbieren von hohen Frequenzen (größer 1000 Hz) und mittleren Frequenzen (500 Hz bis 1000 Hz). Dies wird durch die Querfaserorientierung in der Thermobond-Vlieslage erzielt. Eine senkrecht in die Thermobond-Vlieslage eindringende Schallwelle bewirkt Druck- und Dichteänderung innerhalb dieser Thermobond-Vlieslage, die aufgrund der Ausrichtung der Fasern in Wärme umgewandelt wird. Eine solche Thermobond-Vlieslage ist nicht biegesteif und wird daher in einem eigensteifen, plattenförmigen Akustikelement vorzugsweise zusammen mit einer biegesteiferen Vlieslage verwendet.
-
Zur Versteifung des Akustikelements dient vorzugsweise eine Nadelvlieslage. Diese wird auf folgende Weise hergestellt. Das durch Kardieren erhaltene Vlies mit den im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Fasern wird hierbei nicht durch Thermofusion verdichtet, sondern durch eine mechanische Verfestigung in einer Nadeleinrichtung. Die mit Widerhaken versehenen Nadeln stechen in das Vlies von oben ein und nehmen beim Zurückziehen Fasern mit. Die vorher horizontal ausgerichteten Fasern werden dadurch verschlungen und liegen nach dem Vernadeln teilweise auch vertikal ausgerichtet vor. Durch dieses Vernadeln verändert sich die Schallabsorptionseigenschaft des Vlieses. Der Luftströmungswiderstand ist geringer als bei der Thermobond-Vlieslage. Trifft nämlich eine Schallwelle auf eine Nadelvlieslage, so dringen die Schallwellen aufgrund der vertikal ausgerichteten Fasern leicht in die Nadelvlieslage ein und verteilen sich dann in der Vlieslage. Eine Nadelvlieslage zeigt damit einen guten Schalleintritt. Aufgrund des guten Schalleintritts wird eine solche Nadelvlieslage vorzugsweise raumseitig im Akustikelement angeordnet. Wird ein Nadelvlies nach dem Vernadeln zusätzlich einer Thermofusion unterzogen, ist dieses Nadelvlies mechanisch fest und weist eine hohe Biegesteifigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Letzteres zeigt sich darin, dass die Ecken des Akustikelementes bei Verwendung einer Nadelvlieslage nicht ausfasern.
-
Soll ein Akustikelement so eingesetzt werden, dass insbesondere auch tiefe Frequenzen (125 Hz bis 250 Hz) absorbiert werden, so wird dafür ein Akustikelement gebildet, welches eine Airlaid-Vlieslage umfasst. Eine Airlaid-Vlieslage wird auf folgende Weise hergestellt. Es werden die vom Krempel mit einem Rechen abgezogenen Florlagen und mittels Vakuum auf ein Siebband gezogen. Durch die Verwendung einer Nadelwalze mit schräggestellten Nadeln werden die Fasern, welche nach dem Krempel in Längsausrichtung verlaufen, aus dieser Längsrichtung heraus gelenkt werden. Durch Thermofusion erfolgt eine Vorverfestigung. Es wird ein Airlaid-Vlies erhalten, welches im Querschnitt S-förmig verlaufende Fasern zeigt. D.h. die Fasern sind nicht horizontal sondern zu einem wesentlichen Teil vertikal ausgerichtet. Eine solche Airlaid-Vlieslage hat vorteilhafterweise im Vergleich zu einer Thermobond-Vlieslage oder einer Nadelvlieslage aufgrund der aerodynamischen Herstellung ein sehr geringes Gewicht. Die Airlaid-Vlieslage kann im Akustikelement als Volumenvlies in Form eines Abstandhalters vorgesehen werden. Eine vergleichsweise dicke Airlaid-Vlieslage absorbiert zu dem gut Schallwellen mit tiefen Frequenzen. Beim Eindringen der Schallwellen in die luftige Airlaid-Vlieslage werden Druck- und Dichteänderungen bewirkt. Ein solches Volumenvlies zeigt hierbei eine hohe Rückstellkraft, da in ein Volumenvlies die Schallwellen leicht eindringen können und nur eine geringe Absorption erfolgt. Erst durch eine dicke Airlaid-Lage wird ein ausreichender Anteil der Schallwellen mit tiefen Frequenzen absorbiert.
-
Je nach Anwendungszweck des Akustikelementes werden unterschiedliche Vlieslagen miteinander kombiniert, aufeinandergelegt und durch Thermofusion miteinander zu einer Platte verbunden. Dies ist möglich, da alle Vlieslagen aus thermoplastischen Fasern, nämlich aus einer Mischung von Polyester-Monofasern/Polyester-Mikrofasern und Polyester-Bikomponentenfasern, bestehen. Bei der Thermofusion wird Wärme angewendet, wodurch ein Teil der Polyesterfasern zumindest anschmelzen und durch den bei der Thermofusion ausgeübten Flächendruck auf die übereinander liegenden Platten werden sich hierbei berührende Polyesterfasern miteinander verschmelzen. Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, eine Mischung einerseits aus Polyester-Monofasern bzw. Polyester-Mikrofasern und andererseits aus Polyester-Bikomponentenfasern für die Vlieslagen zu verwenden. Bei den Bikomponentenfasern handelt es sich beispielsweise um Kernmantelfasern, wobei der Kern aus einem hochschmelzenden Polyestermaterial besteht, welches ab 220°C schmilzt und der Mantel der Bikomponentenfasern aus einem niedrigschmelzenden Polyester besteht, welches ab 130°C schmilzt. Diese unterschiedlichen Schmelzpunkte ermöglichen einerseits ein thermisches Vorfestigen der einzelnen Vlieslagen und andererseits die Verbindung der Vlieslagen zum Akustikelement durch nochmalige Thermofusion. Die Verbindung der Vlieslagen durch Thermofusion erfolgt vorzugsweise in einer Doppelbandpresse bei 180°C, wo die aufeinanderliegenden Platten durch Druck und Temperatur komprimiert werden und sich bei den aufeinanderliegenden Polyesterfasen durch Aufschmelzen und Erstarren neue Bindungspunkte ergeben. Es werden in vorteilhafter Weise keine weiteren Verbindungstechniken oder Verbindungselemente für den Zusammenhalt der unterschiedlichen Vlieslagen im Akustikelement benötigt.
-
Bei den Bikomponentenfasern kommen auch andere Formen als Kernmantelfasern in Betracht. Beispielsweise können auch Bikomponentenfasern aus den unterschiedlich schmelzenden Polyestermaterialien gebildet sein, welche im Querschnitt halbkreisförmig jeweils eine Hälfte der Faser ausfüllen.
-
Ist der Anteil der Bikomponentenfasern in der Vlieslage sehr hoch, ergibt sich eine harte Platte. Ist der Anteil der Bikomponentenfasern in der Vlieslage niedrig, ergibt sich eine weiche Platte. Für Akustikelemente wird vorzugsweise ein Anteil von 55% bis 60% an Bikomponentenfasern und 40% bis 45% Polyester-Monofasern/Polyester-Mikrofasern eingesetzt.
-
Vorteilhafterweise werden bei Akustikelementen Polyesterfasern, nämlich Polyethylenterephthalat-Fasern (PET-Fasern) mit einer Feinheit zwischen 6dtex bis 28dtex vorzugsweise zwischen 18dtex und 28dtex eingesetzt.
-
Durch die neuen plattenförmigen Akustikplatten kann die Nachhallzeit wunschgemäß reduziert werden. Treten in einem Raum Schallwellen tiefer Frequenzen auf, so wird insbesondere eine Airlaid-Vlieslage in den eingesetzten Akustikplatten vorgesehen, bei Auftreten mittlerer und höherer Frequenzen eine Thermobond-Vlieslage. Eine durch Thermofusion verfestigte Nadelvlieslage zeigt einen guten Schalleintritt und besitzt zusätzlich eine hohe Biegesteifigkeit, so dass das plattenförmige Akustikelement als eigensteife Platte eingesetzt werden kann.
-
Für optische Ansprüche von Akustikelementen wurden bisher farbige Abdeckschichten vorgesehen. Beim neuen Akustikelement können die verwendeten Vlieslagen auch in unterschiedlichen Farben hergestellt werden, nämlich durch Verwendung farbiger Fasern. Hierbei können die Platten einfarbig erzeugt werden.
-
Durch eine Mischung von unterschiedlich gefärbten Fasern können die Plattenoberflächen auch ein mehrfarbiges Aussehen besitzen, beispielsweise durch eine Mischung von weißen und schwarzen Fasern ein meliertes Aussehen zeigen.
-
Des Weiteren ist es möglich die plattenförmigen Akustikelemente zuzuschneiden, um gewünschte, dekorative Formen für beispielsweise Decken- oder Wandelemente zu erhalten.
-
Vorteilhaft ist auch, dass durch die Verwendung der Polyesterfasern und durch das vorbeschriebene Herstellungsverfahren das Akustikelement frei von toxikologisch bedenklichen Stoffen und allergiefreundlich ist. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass die Akustikplatten aufgrund der verwendeten Polyesterfasern flammhemmend sind.
-
Nachfolgend werden einige Beispiele angeführt. Für die Akustikelemente wurden je nach Anwendungszweck unterschiedliche vorverfestigte Vlieslagen eingesetzt und bei der Herstellung durch Thermofusion unterschiedlich starke Verdichtungen vorgenommen. Als Ausgangsvlieslagen wurden verschiedene vorverfestigte Vlieslagen verwendet. Alle Vlieslagen enthalten eine Mischung aus 55% bis 60% an Bikomponentenfasern und 40% bis 45% Polyester-Monofasern/Polyester-Mikrofasern.
-
Beispiel 1
-
| |
Dicke in mm |
Gewicht in g/qm |
Dichte kg/cbm |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Thermobond- Vlies |
36 |
2000 |
55,5 |
| Stapel |
48 |
3000 |
62,5 |
| Akustikelement Akubond 4 |
24 |
3000 |
125 |
-
Es wurden eine Thermobond-Vlieslage (36 mm) und eine Nadelvlieslage (12 mm) aufeinander gelegt und durch Thermofusion verbunden. Dabei wurde der Vlieslagen-Stapel (48 mm) verdichtet. In der erhaltenen Akustikplatte Akubond 4 hat die Thermobond-Vlieslage eine Dicke von 16 mm und die Nadelvlieslage 8 mm. Die Akustikplatte hat eine Dicke von 24 mm und ein Gewicht von 3000 g/qm und eine wesentlich höhere Dichte und damit eine höhere akustische Impedanz.
-
Beispiel 2
-
| |
Dicke in mm |
Gewicht in g/qm |
Dichte kg/cbm |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Thermobond- Vlies |
36 |
2000 |
55,5 |
| Stapel |
48 |
3000 |
62,5 |
| Akustikelement Akubond 4' |
12 |
3000 |
250 |
-
Es wurden eine Thermobond-Vlieslage (36 mm) und eine Nadelvlieslage (12 mm) durch Thermofusion verbunden. Dabei wurde der Vlieslagen-Stapel (48 mm) verdichtet. In der erhaltenen Akustikplatte Akubond 4' hat die Thermobond-Vlieslage eine Dicke von 6 mm und die Nadelvlieslage 6 mm. Die Akustikplatte hat eine Dicke von 12 mm und ein Gewicht von 3000 g/qm und eine wesentlich höhere Dichte und damit eine wesentlich höhere akustische Impedanz.
-
Beispiel 3
-
| |
Dicke in mm |
Gewicht in g/qm |
Dichte kg/cbm |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Thermobond- Vlies |
36 |
2000 |
55,5 |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Stapel |
60 |
4000 |
66,6 |
| Akustikelement Akubond 4b |
40 |
4000 |
125 |
-
Es wurden eine Thermobond-Vlieslage (36 mm) und beidseitig je eine Nadelvlieslage (12 mm) angeordnet und durch Thermofusion verbunden. Dabei wurde der Vlieslagen-Stapel (60 mm) verdichtet. In der erhaltenen Akustikplatte Akubond 4b hat die Thermobond-Vlieslage eine Dicke von 32 mm und die Nadelvlieslagen je eine Dicke von 4 mm. Die Akustikplatte hat eine Dicke von 40 mm und ein Gewicht von 4000 g/qm und eine wesentlich höhere Dichte und damit eine höhere akustische Impedanz.
-
Beispiel 4
-
| |
Dicke in mm |
Gewicht in g/qm |
Dichte kg/cbm |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Airlaid- Vlies |
60 |
2000 |
33,3 |
| Nadelvlies |
12 |
1000 |
83,3 |
| Stapel |
84 |
4000 |
47,6 |
| Akustikelement Akubond 5b |
40 |
4000 |
125 |
-
Es wurden eine Airlaid-Vlieslage (60 mm) und beidseitig jeweils eine Nadelvlieslage (12 mm) aufeinander gelegt und durch Thermofusion verbunden. Dabei wurde der Vlieslagen-Stapel (84 mm) verdichtet. In der erhaltenen Akustikplatte Akubond 5b hat die Airlaid-Vlieslage eine Dicke von 30 mm und die Nadelvlieslagen je eine Dicke von 5 mm. Die Akustikplatte hat eine Dicke von 40 mm und ein Gewicht von 4000 g/qm und eine wesentlich höhere Dichte und damit eine höhere akustische Impedanz.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202016100525 U1 [0002]
- US 2006/0289231 A1 [0003]