DE10347084A1

DE10347084A1 - Abstimmbare, den Schall absorbierende, und die Luft filternde Dämpfungseinrichtung

Info

Publication number: DE10347084A1
Application number: DE10347084A
Authority: DE
Inventors: Shuo Dearborn Wang; Gordon Ann Arbor Ebbitt; Mark W. Clinton Twp. Fero; Roland Bloomfield Hills Woodcock; Brian Royal Oak Cristea; Paul G. Saline Deacon
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: DE10347084B4; US20040069564A1; US6789646B2

Abstract

Es werden Schalldämpfungseinrichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen. Die Dämpfungseinrichtungen weisen eine äußere Schicht auf, eine Schallabsorptionsschicht und mehrere perforierte Schichten, die mit der Schallabsorptionsschicht verbunden sind. Die perforierten Schichten umfassen eine perforierte Konstruktionsschicht und eine perforierte Substratschicht. Die perforierte Konstruktionsschicht und die perforierte Substratschicht sorgen für konstruktive Steifigkeit und bilden mehrere Resonanzrohre aus, welche den Schall dämpfen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schallabsorptionssysteme, und spezieller ein akustisches Dämpfungssystem für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Verschiedene Schallabsorptionsmaterialien werden in einem Fahrzeug dazu eingesetzt, Geräuschpegel innerhalb des Fahrzeuginnenraums zu verringern. Es ist wünschenswert, dass Fahrzeuginsassen niedrigen Rauschpegeln ausgesetzt sind, während sie sich im Fahrzeug befinden, insbesondere innerhalb des Frequenzbereiches von annähernd 1 kHz bis 5 kHz, für den Insassen üblicherweise am empfindlichsten sind.
Schallenergie innerhalb eines Fahrzeugs besteht typischerweise sowohl aus hochfrequenten als auch niederfrequenten Komponenten, die sich durch die Luft ausbreiten, und mit Hilfe zahlreicher Systeme oder Mechanismen absorbiert und gedämpft werden können. Verschiedene Materialien absorbieren und dämpfen Schall über viskose Verluste, Bewegung oder Scherung von Luft in einem Material, oder durch schallinduzierte Verluste kinetischer Energie innerhalb Fasern eines Materials, wo Schallenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Bei Materialien können sowohl viskose als auch kinetische Verluste auftreten.
Die Porosität und die konstruktive Geometrie eines Materials beeinflussen ebenfalls Luftflusseigenschaften und sich daraus ergebende Schallabsorptions- und Dämpfungseigenschaften. Je weniger porös ein Objekt ist, desto niedriger ist im allgemeinen der Luftfluss durch das Objekt, und desto höher der Luftflusswiderstand des Objekts.

Auskleidungen des Dachhimmels von Fahrzeugen enthalten üblicherweise verschiedene Arten von Schallabsorptions- und Dämpfungsmaterialien. Auskleidungen tragen wesentlich zur Schallabsorption und Schalldämpfung innerhalb eines Fahrzeuginnenraums bei, und werden nur von Fahrzeugsitzsystemen übertroffen.

Auskleidungen von Dachhimmeln können aus verschiedenen Materialien bestehen, und werden unter Berücksichtigung einer einfachen Herstellung, des Gewichts, der Lebensdauer und der Kosten ausgelegt, sowie unter Berücksichtigung der Schallabsorption und der Schalldämpfung. Heutzutage weisen Auskleidungen von Dachhimmeln verschiedene der voranstehend erwähnten, gewünschten Aspekte auf, stellen jedoch ein begrenztes Ausmaß von Schallabsorption und Schalldämpfung infolge von Materialeigenschaften und der Gesamtkonstruktion zur Verfügung.

Es wäre daher wünschenswert, eine Auskleidung eines Dachhimmels mit verbesserten Schallabsorptions- und Dämpfungsfähigkeiten im Vergleich zu momentanen Auskleidungen zur Verfügung zu stellen, wobei gleichzeitig andere, wünschenswerte Aspekte in Bezug auf Dachhimmel vorhanden sind, beispielsweise ein geringes Gewicht, eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung, und ausreichende Standfestigkeit.

Die vorliegende Erfindung stellte in verbessertes akustisches Dämpfungssystem für Fahrzeuge zur Verfügung, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Dämpfungssysteme weisen eine äußere Schicht auf, eine Schallabsorptionsschicht, und mehrere perforierte Schichten, die mit der Schallabsorptionsschicht gekuppelt sind. Die perforierten Schichten umfassen eine perforierte Konstruktionsschicht und eine perforierte Substratschicht. Die perforierte Konstruktionsschicht und die perforierte Substratschicht stellen konstruktive Steifigkeit zur Verfügung, und bilden mehrere Resonanzrohre aus, welche den Schall dämpfen.

Die vorliegende Erfindung weist im Vergleich zu vorhandenen, akustischen Dämpfungseinrichtungen verschiedene Vorteile auf. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine akustische Dämpfungseinrichtung zur Verfügung stellt, beispielsweise die Auskleidung eines Dachhimmels, welche mehrere durchlässige Schichten aufweist. Durch Steuern der Durchlässigkeit kann der Luftfluss durch die Dämpfungseinrichtung verfeinert werden, was zu einer verbesserten Schallabsorption führt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei ihr mehrere perforierte Schichten vorgesehen sind, welche mehrere Resonanzrohre ausbilden, die für Schallabsorption bei gewünschten Frequenzen sorgen können.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Luftfilterschicht zur Verfügung, um zu verhindern, dass Verschmutzungen wie Staub und Schmutz durch die Dämpfungseinrichtung fließen.

Weiterhin ist die vorliegende Erfindung in der Hinsicht vielseitig, dass sie auf verschiedene Frequenzbereiche abgestimmt werden kann. Dies ermöglicht es, sie bei verschiedenen Anwendungen zur akustischen Dämpfung einzusetzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

1 eine seitliche Querschnittsansicht einer ersten, bekannten Auskleidung eines Dachhimmels;

2 eine seitliche Querschnittsansicht einer zweiten, bekannten Auskleidung;

3 eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeuges, welches eine Dämpfungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzt;

4 eine Querschnittsansicht einer Dämpfungseinrichtung, welche vertikale Resonanzrohre gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;

5 eine Querschnittsansicht einer Dämpfungseinrichtung, welche schräge Resonanzrohre gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;

6 eine Aufsicht auf ein Probenmuster für die perforierten Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

7 ein Diagramm, in welchem die Schalldämpfung für eine Dämpfungseinrichtung mit perforierten Schichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine unperforierte Dämpfungseinrichtung verglichen werden;

8 ein Diagramm, welches die Schalldämpfung für mehrere Dämpfungseinrichtungen zeigt, welche variierende Resonanzrohrdurchmesser und Muster aufweisen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und

9 ein Betriebsablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung akustischer Dämpfungseinrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Zuerst wird auf den Stand der Technik in 1 Bezug genommen, in welcher eine seitliche Querschnittsansicht einer ersten, herkömmlichen Auskleidung 10 für Dachhimmel gezeigt ist. Die erste Auskleidung 10 weist fünf Hauptschichten 12 auf: eine äußere Stoffschicht 16, die vom Innenraum eines Fahrzeugs wahrgenommen werden kann, eine Schallabsorptionsschaumschicht 18, eine erste Konstruktionsschicht 20, eine Substratschaumschicht 22, und eine zweite Konstruktionsschicht 24. Die Auskleidung 10 ist relativ einfach herzustellen, weist ein geringes Gewicht auf, und ist standfest. Die Schallabsorptionsschaumschicht 18 besteht typischerweise aus einem weicheren Material, für taktilen Komfort. Die Konstruktionsschichten 20 und 24 sorgen für konstruktive Steifigkeit, damit die Form der Auskleidung beibehalten wird. Die Konstruktionsschichten 20 und 24 umfassen typischerweise eine erste Filmschicht 26, eine Fiberglasschicht 28, und eine zweite Filmschicht 30. Die Substratschaumschicht 22 besteht typischerweise aus geschlossenporigem, relativ steifem Schaum, und wird zur Erzielung zusätzlicher Schallabsorption und Schalldämpfung und zum Aufrechterhalten stabiler Abmessungen eingesetzt.

Nunmehr wird auf 2 Bezug genommen, in der eine seitliche Querschnittsansicht einer zweiten, traditionellen Auskleidung 32 für Dachhimmel nach dem Stand der Technik gezeigt ist. Die zweite Auskleidung 32 weist sechs Hauptschichten 34 auf, und wird weiterhin im einzelnen im US-Patent Nr. 5,536,556 mit dem Titel "Isolierendes Laminat" beschrieben. Die zweite Auskleidung 32 ist nicht so üblich wie die erste Auskleidung 10, da die zweite Auskleidung 32 mehr Zeit und Kosten zur Herstellung benötigt, und nur relativ ähnliche Schallabsorptions- und Schalldämpfungsleistungen aufweist. Die zweite Auskleidung 32 weist eine äußere Stoffschicht 36 auf, eine dünne, offenporige Schaumschicht 38, einen dünnen, flexiblen Polyethylenfilm 40, eine Fasermattenschicht 42, eine Schaumlaminatschicht 44, und eine Gazehalterungsschicht 46. Wie im US-Patent Nr. 5,536,556 angegeben, weist die Filmschicht 40 vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 3 mm auf, ist mit mehreren Löchern versehen, und wird zur Verbesserung der Schalldämpfung verwendet. Die Fasermattenschicht 42 wird ebenfalls zur Schallabsorption eingesetzt, ist dicht, und ist mit Harz gesättigt, so dass sie eine geringe Porosität aufweist, und im wesentlichen undurchlässig ist. Die Gazehalterungsschicht 46 ist ebenfalls eine Fasermatte, die zur konstruktiven Halterung verwendet wird. Die zweite Auskleidung 32 für Dachhimmel weist weiterhin verschiedene feste, kontinuierliche Klebeschichten 48 auf, welche die Schichten aneinander befestigen, jedoch die gesamte Durchlässigkeit der Auskleidung weiter verringern.

Obwohl die voranstehend erwähnten Auskleidungen 10 und 32 nach dem Stand der Technik, ebenso wie andere, auf diesem Gebiet bekannte Auskleidungen für Dachhimmel, ein bestimmtes Niveau der Schallabsorption und der Schalldämpfung zur Verfügung stellen, weisen sie Einschränkungen infolge von Materialeigenschaften, der Undurchlässigkeit verschiedener Schichten, und der gesamten Konstruktion auf. Es ist ein erhöhtes Ausmaß an Schallabsorption und Schalldämpfung wünschenswert, und wird durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellt.

Bei jeder der folgenden Figuren werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezugszeichen gleicher Bauteile verwendet. Zwar wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Schalldämpfungseinrichtungen und Systeme für Auskleidungen von Dachhimmeln von Fahrzeugen und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei verschiedenen anderen Fahrzeugen eingesetzt werden, und Anwendungen, beispielsweise bei Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Platten für andere Fahrzeuge, oder bei allen anderen Anwendungen, bei denen eine Schalldämpfung erforderlich ist.

In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Betriebsparameter und Bauteile für eine durchgeführte Ausführungsform beschrieben. Diese speziellen Parameter und Bauteile werden als Beispiele angegeben, und sollen nicht einschränkend verstanden werden.

In 3 ist eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeuges 50 dargestellt, das eine Dämpfungseinrichtung 52 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Als Beispiel ist die Dämpfungseinrichtung 52, wie sie dargestellt ist, in Form einer Auskleidung für Dachhimmel von Fahrzeugen dargestellt. Die Dämpfungseinrichtung 52 ist durchlässig, so dass Luft zwischen einer ersten Seite 54 und einer zweiten Seite 56 der Auskleidung 52 fließen kann. Luft fließt vom Fahrzeuginnenraum 57 durch die Auskleidung 52 und wird innerhalb von Spalten 58 und Taschen 60 zwischen der Auskleidung 52 und dem Fahrzeugdach 62 verwirbelt. Luftspalte und Lufttaschen sind üblich zwischen Dämpfungseinrichtungen und Fahrzeugkonstruktionen, beispielsweise dem Dach 62. Die Luftspalte 58 und die Taschen 60 können verschiedene Abmessungen und Formen aufweisen, und an verschiedenen Orten vorgesehen sein. Dadurch, dass man Luft durch die Auskleidung 52 fließen lässt, werden Schall und Geräusche innerhalb des Fahrzeugs 50 signifikant gedämpft, wie aus der folgenden Beschreibung noch deutlicher wird.

In den 4 und 5 sind Querschnittsansichten von Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' weisen eine äußere Oberflächenschicht 64 auf, eine Schallabsorptionsschicht 66, und mehrere perforierte Schichten 68, die sämtlich durchlässig sind und ein geringes Gewicht aufweisen. Die äußere Oberflächenschicht 64 kann aus einem Stoffmaterial bestehen, und ist ästhetisch ansprechend. Die Schallabsorptionsschicht 66 ist zwischen der äußeren Schicht 64 und den mehreren, perforierten Schichten 68 angeordnet. Obwohl für jede Dämpfungseinrichtung 52' und 52" eine einzige Schallabsorptionsschicht 66 und sieben perforierte Schichten 68 dargestellt sind, können verschiedene Mengen an Schallabsorptionsschichten und perforierten Schichten eingesetzt werden.

Die Schallabsorptionsschichten 66 können aus verschiedenen Arten von Material hergestellt sein, einschließlich Polyester, Polyether und Polyurethan, und bestehen vorzugsweise aus einem relativ weichen, offenporigen Schaum. Die Schallabsorptionsschichten, obwohl sie vorzugsweise eine Dicke von annähernd 3 bis 5 mm aufweisen, können verschiedene Dicken aufweisen.

Die perforierten Schichten 68 umfassen erste Konstruktionsschichten 70, Substratschichten 72, und zweite Konstruktionsschichten 74. Die ersten Konstruktionsschichten 70 sind mit der Schallabsorptionsschicht 66 gekuppelt. Die Substratschichten 72 sind zwischen den ersten Konstruktionsschichten 70 und den zweiten Konstruktionsschichten 74 angeordnet.

Die ersten Konstruktionsschichten 70 sind vorzugsweise dünn, mit einer Dicke von annähernd 0,5 mm, und enthalten erste Filmschichten 76, erste Fiberglasschichten 78, und zweite Filmschichten 80. Die Substratschichten 72 weisen eine Dicke von annähernd 5 bis 6 mm auf, und können aus einem steifen, offenporigen Schaum bestehen. Da die Substratschichten 72 perforiert sind, können sie auch aus teilweise geschlossenporigem Schaum oder aus geschlossenporigem Schaum bestehen, obwohl offenporiger Schaum bevorzugt wird, infolge seiner Durchlässigkeit, und seiner Schallabsorptions- und Dämpfungseinrichtungen.

Die zweiten Konstruktionsschichten 74 umfassen dritte Filmschichten 82, zweite Fiberglasschichten 84, und vierte Filmschichten 86. Die zweiten Konstruktionsschichten 74 sind etwas dicker als die ersten Konstruktionsschichten 70 ausgebildet, mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 0,7 mm, um zusätzliche konstruktive Halterungsfähigkeit nahe einer oberen Oberfläche 88 der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' zur Verfügung zu stellen. Die sieben perforierten Schichten 68 sorgen für eine relativ steife Anordnung, und unterstützen die Aufrechterhaltung der Formen der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Die voranstehend angegebenen Dicken stellen nur Beispiele dar; die Schichtdicken können je nach Anwendung unterschiedlich sein.

Die Filmschichten 76, 80, 82 und 84 dienen als Klebe- oder Verbindungsschichten zum Verbinden der Schichten 64, 66, 68 und 100, und können einen Wert von etwa 30 bis 55 Gramm pro Quadratmeter aufweisen. Die Filmschichten 76, 80, 82 und 84 können aus Polyurethan bestehen, aus Polyetuhylen, Urethan, oder einem anderen, ähnlichen Material, das auf diesem Gebiet bekannt ist.

Die Fiberglasschichten 78 und 86 sorgen für bauliche Steifigkeit bei den Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'', um die Form des Gegenstands aufrechtzuerhalten. Die Fiberglasschichten 78 und 86 können, wie dargestellt, aus Fiberglas bestehen, aus thermoplastischem Material, oder einem anderen, ähnlichen Glasmaterial oder steifem, durchlässigem Material, das auf diesem Gebiet bekannt ist. Die Fiberglasschichten können in Form einer Fiberglasmatte oder in Form von Faserstücken aus Fiberglas vorhanden sein.

Die perforierten Schichten 68 bilden mehrere Resonanzrohre 88 aus, welche Schall dämpfen. Jede perforierte Schicht 68 weist Löcher 90 auf, die zueinander ausgerichtet sind, welche die Resonanzrohre 88 bilden. Die Resonanzrohre 88 weisen mehrere einstellbare Parameter auf, einschließlich der Größe, der Menge, der Form, der Art, des Abstandes, des Durchmessers, und des Perforationsmusters. Die Resonanzrohre 88 können dadurch abgestimmt werden, dass die Resonanzrohrparameter eingestellt werden. Ein anderer Resonanzrohrparameter ist der Perforationswinkel α, der in Bezug auf eine äußere Oberfläche 92 der Konstruktionsschicht variiert werden kann. Der Perforationswinkel α für die Dämpfungseinrichtung 52' beträgt annähernd 90°. Der Perforationswinkel α für die Dämpfungseinrichtung 52'' beträgt annähernd 45°. Die beiden Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' sind ähnlich in Bezug auf den Aufbau und die Festigkeit, jedoch besteht ein deutlicher Unterschied in Bezug auf die Dämpfungsleistung, infolge des unterschiedlichen Perforationswinkels. Es gibt einen Kompromiss in Bezug auf das Ausmaß der Dämpfung in Abhängigkeit von der Festigkeit der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Je stärker der Perforationswinkel α auf unterhalb von 45° verkleinert wird, desto niedriger ist die Festigkeit der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Daher wird momentan angenommen, dass ein bevorzugter Bereich für den Winkel α etwa zwischen 45° und 90° liegt.

Ein kleinerer Perforationswinkel, etwa 45°, sorgt für zusätzliche Viertelwellenlängen-Absorptionseffekte, und beeinflusst auch den Luftflusswiderstand, der die Schalldämpfung erhöht. Der Effekt eines Viertelwellenlängen-Absorbers tritt auf, wenn ein Luftkörper, beispielsweise innerhalb der Spalte 58 und der Taschen 60, dadurch in Resonanz gelangt, dass die Länge der Rohre 58 eine Viertelwellenlänge des Schalls innerhalb des Innenraums 57 ist, wodurch der Schall gedämpft wird. Für einen Bereich, in welchem eine starre Rückwand vorhanden ist, beispielsweise das Dach 62, kann die Substratschicht aus geschlossenporigem Schaum bestehen, um den Luftkörper zu begrenzen, und die Erzeugung von Viertelwellenlängen-Absorptionseffekten zu unterstützen. Je kleiner die Perforationswinkel und je länger die Rohre 58 sind, desto niedriger sind die Schallfrequenzen, die absorbiert werden.

Die Perforationen beeinflussen direkt den Luftflusswiderstand und die Porosität der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Ein Offenflächenverhältnis kann definiert werden als gesamte Lochoberfläche, dividiert durch Gesamtfläche. Wenn das Offenflächenverhältnis erhöht wird, durch Vergrößerung der Abmessungen der Löcher 90 oder der Anzahl an Löchern 90 für eine vorgegebene Oberfläche, nimmt der Luftflusswiderstand b, und die Porosität zu. Eine Erhöhung der Porosität führt zu einer erhöhten Dämpfung für einen verkleinerten Frequenzbereich.

Um eine ausreichende Resonanz und ausreichende Schalldämpfung zu erzielen, weisen Resonanzrohre 88 eine Länge 94 auf, die vorzugsweise größer oder gleich annähernd 3 mm ist. Die vereinigte Dicke 96 der perforierten Schichten steht in direkter Beziehung zur Länge 94, da die Summe der Dicken der perforierten Schichten annähernd gleich der Länge 94 ist. Obwohl der Hauptanteil der Länge 94 von der Dicke 98 der Substratschicht aufgebracht wird, können die Dicken der perforierten Schichten eingestellt werden, um den Beitrag zur Dicke zu ändern.

Die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' können auch eine oder mehrere Filterschichten 100 aufweisen, die mit den perforierten Schichten 68 verbunden sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Filterschicht 100 zwischen der Schallabsorptionsschicht 66 und der ersten Konstruktionsschicht 70 angeordnet, wie am deutlichsten aus 4 hervorgeht. Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Filterschicht 100 mit der äußeren Oberfläche 92 verbunden sein. Die Filterschicht 100 kann auch anstelle anderer Schichten eingesetzt werden. So kann beispielsweise bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Filterschicht 100 dazu verwendet werden, die erste Konstruktionsschicht 70 zu ersetzen.

Da die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' mehrere perforierte Schichten 68 mit Resonanzrohren 88 mit signifikanter Länge aufweisen, besteht die potentielle Möglichkeit, dass Staub oder Schmutz sich ausbilden und die äußere Schicht 64 beschmutzen, infolge eines erhöhten Luftflusses durch die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Beschmutzung ist unter ästhetischen Gesichtspunkten unerwünscht. Die Filterschicht 100 ist zu dem Zweck vorgesehen, signifikant die Möglichkeit einer Beschmutzung oder eines Ansammelns von Verschmutzungen auf der äußeren Schicht 64 zu minimieren. Die Filterschicht 100 filtert Luft zwischen der ersten Seite 54 und einer zweiten Seite 56 der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52''. Luft, die von dem Innenraum 57 durch die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' fließt, enthält typischerweise Verschmutzungen, die von der Filterschicht 100 aufgenommen oder gesammelt werden.

Die Filterschicht 100 ist ebenfalls relativ dünn, mit einer Dicke von annähernd 0,2 mm bis 1,0 mm. Die Filterschicht 100 ist durchlässig, und kann aus Urethanschaum bestehen, der mit Kohlenstoff imprägniert ist, um Verschmutzungen zu absorbieren. Andere auf diesem Gebiet bekannte Filtermaterialien können ebenfalls zur Ausbildung der Filterschicht 100 verwendet werden. Die Filterschicht 100 kann, über das Filtern hinaus, dazu verwendet werden, das Ausmaß des Luftflusses zwischen der ersten Seite 54 und der zweiten Seite 56 einzustellen, durch Mitteln der Luftdrucke zwischen den beiden Seiten. Zur Einstellung des Luftflusses durch die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' kann die Dichte des Filterschichtmaterials eingestellt werden.

Sämtliche voranstehend geschilderten Schichten weisen verschiedene Schichtparameter auf, die dazu abgeändert werden können, mit verschiedenen Anwendungen fertig zu werden, einschließlich Materialdicke, Materialsteifigkeit, Perforationsmuster, Perforationswinkel, Anzahl an Schichten, Schichtkonstruktion, und Schichtverteilungen.

In 6 ist eine Aufsicht auf ein Probenmuster 102 für die perforierten Schichten 68 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Muster 102 weist die Löcher 90 auf, die einen Durchmesser 104 von annähernd 0,8 mm und einen Abstand 106 von annähernd 4,0 mm aufweisen (wobei der Abstand den Abstand zwischen den Löchern 90 angibt). Der Durchmesser 104 liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,2 mm und 1,5 mm, und der Abstand 106 vorzugsweise zwischen annähernd 2 mm und 8 mm. Obwohl diese Abmessungen für die bevorzugte Dämpfungsleistung sorgen, können andere Größen für den Durchmesser und den Abstand eingesetzt werden. Weiterhin können die Löcher 90 mehrere Muster ausbilden, verschiedene Formen aufweisen, oder ungleichmäßige Formen.

In 7 zeigt ein Diagramm die Schalldämpfung für eine Dämpfungseinrichtung mit perforierten Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung sowie bei einer ähnlichen Dämpfungseinrichtung, bei welcher die Konstruktionsschichten 70 und 74 und die Substratschicht 72 nicht perforiert sind. Eine erste Dämpfungseinrichtung mit einer durch die Kurve 108 dargestellten Dämpfung wird mit einer zweiten Dämpfungseinrichtung verglichen, deren Dämpfung durch die Kurve 110 dargestellt ist. Die erste Dämpfungseinrichtung ist als die Dämpfungseinrichtung 52' ausgebildet, und die zweite Dämpfungseinrichtung ähnlich wie die Dämpfungseinrichtung 52', jedoch ohne Perforationen. Es wird deutlich, dass die Dämpfungseinrichtung 52' für Frequenzen zwischen 1 kHz und 5 kHz eine erheblich höhere Dämpfung zur Verfügung stellt als die Dämpfungseinrichtung ohne Perforationen. Je höher der Schallabsorptionskoeffizient bei normalem Einfall ist, desto höher ist die Schalldämpfung.

In 8 ist ein Diagramm dargestellt, das die Schalldämpfung für mehrere Dämpfungseinrichtungen verdeutlicht, welche verschiedene Resonanzrohrdurchmesser und Muster aufweisen, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Kurve A entspricht einer Dämpfungseinrichtung, welche die Konstruktionsschichten 70 und 74 und die Substratschicht 72 aufweist, die sämtlich keine Perforationen aufweisen. Die Kurven B-F entsprechen den Dämpfungseinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kurve B entspricht einer Dämpfungseinrichtung 52' mit Resonanzrohrdurchmessern von annähernd 0,4 mm und einem Abstand von annähernd 4,0 mm. Die Kurve C entspricht einer Dämpfungseinrichtung 52'' mit Resonanzrohrdurchmessern von 0,5 mm und einem Abstand von annähernd 4,0 mm. Die Kurve D entspricht einer Dämpfungseinrichtung 52' mit Resonanzrohrdurchmessern von 0,6 mm und einem Abstand von annähernd 4,0 mm. Die Kurve E entspricht einer Dämpfungseinrichtung 52' mit Resonanzrohrdurchmessern von annähernd 0,8 mm und Abstandswerten von annähernd 4,0 mm. Die Kurve F entspricht einer Dämpfungseinrichtung 52', die Resonanzrohrdurchmesser von 2,4 mm und einen Abstand von annähernd gleich 8,0 mm aufweist.

Aus den Kurven A bis E geht hervor, dass im allgemeinen mit ansteigendem Durchmesser der Resonanzrohre die Schalldämpfung zunimmt, insbesondere innerhalb des gewünschten Frequenzbereiches von 1 kHz bis 5 kHz. Mit Zunahme des Abstands nimmt der Frequenzdämpfungsbereich ab. Man sieht beispielsweise, dass die Kurve E einen signifikanten Dämpfungsbereich zwischen 1 kHz und 5 kHz aufweist, wogegen die Kurve F einen signifikanten Dämpfungsbereich zwischen 2 kHz und 4,75 kHz aufweist.

In 9 ist ein Betriebsablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Im Schritt 120 werden Dämpfungseinrichtungsparameter festgelegt, und Resonanzrohre abgestimmt, um eine gewünschte Absorptionsleistung zu erzielen, durch Festlegung und Einstellung eines oder mehrerer der folgenden Parameter-Materialdicke, Luftflusswiderstand, Materialsteifigkeit, Anzahl an Schichten, Resonanzrohrdurchmesser, Resonanzrohrabstände, Konstruktion von Schichten, Verteilung von Schichten, Perforationsmuster, Perforationswinkel, Dichte von Schichten, Porosität, Verschlungenheit, Elastizitätsmodul, Poisson'sche Konstante, Dämpfung, und viskoser Formfaktor.

Einige Verallgemeinerungen der voranstehend geschilderten Parameter lassen sich einfach angeben und werden nachstehend erläutert, wogegen andere frequenzabhängig und nicht linear sind. Ein dickeres Absorptionsmaterial und dickere perforierte Schichten 68 sorgen für erhöhte Absorption niedriger Frequenzen. Porosität wird als Verhältnis des Luftvolumens innerhalb eines Objekts zu dem Gesamtvolumen des Objekts definiert. Wird die Porosität erhöht, wird der Frequenzbereich der Absorption vergrößert. Verschlungenheit hängt von Winkeln zwischen Poren in einem Objekt und der makroskopischen Richtung der Schallausbreitung durch dieses Objekt ab, und wird manchmal als konstruktiver Formfaktor bezeichnet. Der viskose Formfaktor hängt von der Querschnittsform von Poren innerhalb eines Objekts ab. Die Auswirkungen der Verschlungenheit und des viskosen Formfaktors sowie anderer Parameter auf die Schallleistung sind frequenzabhängig und nicht linear.

Im Schritt 122 wird die Schallabsorptionsschicht 66 ausgebildet und mit einer äußeren Schicht 64 verbunden. Im Schritt 124 kann eine Filterschicht 100 ausgebildet werden, und mit der Schallabsorptionsschicht 66 verbunden werden. im Schritt 126 wird die erste Konstruktionsschicht 70 ausgebildet, und mit der Schallabsorptionsschicht 66 oder der Filterschicht 100 verbunden, über die erste Filmschicht 76. Im Schritt 128 wird die Substratschicht 72 ausgebildet, und über die zweite Filmschicht 80 mit der ersten Konstruktionsschicht 70 verbunden.

Im Schritt 130 wird die zweite Konstruktionsschicht 74 ausgebildet und mit der Substratschicht 72 über die dritte Filmschicht 82 verbunden. Im Schritt 132 kann eine Filterschicht 100 ausgebildet und über die vierte Filmschicht 84 mit der zweiten Konstruktionsschicht 74 verbunden werden.

Im Schritt 134 werden die Konstruktionsschichten 70 und 74 und die Substratschicht 72 perforiert, durch Laserbohren oder Stanzen von Löchern durch die Schichten 70, 72 und 74, um die Resonanzrohre 88 auszubilden. Das Perforieren nach dem Zusammenbau der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' stellt sicher, dass die Löcher 90 zueinander ausgerichtet sind.

Selbstverständlich können andere bekannte Verfahren zur Herstellung der Resonanzrohre 88 verwendet werden. Die Löcher 90 können hergestellt werden, bevor oder nachdem die Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' zusammengebaut werden.

Die voranstehend geschilderten Schritte sollen ein erläuterndes Beispiel darstellen, und die Schritte können hintereinander, synchron, oder in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden, abhängig von der Anwendung. Weiterhin können die Schichten 64, 66, 68 und 100 während des Zusammenbaus der Dämpfungseinrichtungen 52' und 52'' hergestellt werden, getrennt, oder in einem anderen Format, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Dämpfungseinrichtung mit erhöhter Durchlässigkeit zur Verfügung, welche einen erhöhten Luftfluss durch die Einrichtung ermöglicht, und so eine verbesserte Schalldämpfung zur Verfügung stellt. Die vorliegende Erfindung ist in der Hinsicht vielseitig, dass sie abstimmbar ist, um verschiedene gewünschte Frequenzbereiche auf verschiedenen Dämpfungspegeln zu dämpfen. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls Verschmutzungen absorbieren, die in die Dämpfungseinrichtung hineinfließen, um ein erwünschtes, ästhetisches Erscheinungsbild beizubehalten.

Für Fachleute auf diesem Gebiet ist die voranstehend geschilderte Einrichtung so ausgebildet, dass sie für verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, und nicht auf die folgenden Systeme beschränkt ist: Bodenfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Auskleidungen von Dachhimmeln, Fahrzeugveurkleidungen, oder andere Anwendungen, bei welchen eine Schalldämpfungseinrichtung eingesetzt werden kann. Die voranstehend geschilderte Erfindung kann weiter variiert werden, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims

Schalldämpfungseinrichtung, welche aufweist: eine äußere Schicht; zumindest eine Schallabsorptionsschicht, die mit der äußeren Schicht verbunden ist; und mehrere perforierte Schichten, die mit der zumindest einen Schallabsorptionsschicht verbunden sind, und aufweisen: zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht; und zumindest eine perforierte Substratschicht, die mit der zumindest einen perforierten Konstruktionsschicht verbunden ist; wobei die zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht und die zumindest eine perforierte Substratschicht für konstruktive Steifigkeit sorgen, und mehrere Resonanzrohre ausbilden, welche Schall dämpfen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Perforationen in der zumindest einen perforierten Konstruktionsschicht und in der zumindest einen perforierten Substratschicht zueinander ausgerichtet angeordnet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht aufweist: eine erste perforierte Filmschicht; eine perforierte Fiberglasschicht, die mit der ersten perforierten Filmschicht verbunden ist; und eine zweite perforierte Filmschicht, die mit der perforierten Fiberglasschicht verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren perforierten Schichten aufweisen: eine erste perforierte Konstruktionsschicht, die mit der Schallabsorptionsschicht verbunden ist; eine perforierte Substratschicht, die mit der ersten perforierten Konstruktionsschicht verbunden ist; und eine zweite perforierte Konstruktionsschicht, die mit der perforierten Substratschicht verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Schallabsorptionsschicht durchlässig ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Filterschicht vorgesehen ist, die mit den mehreren perforierten Schichten verbunden ist, und zum Filtern von Luft zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite der Schalldämpfungseinrichtung dient.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Filterschicht zwischen der zumindest einen Schallabsorptionsschicht und ein mehreren perforierten Schichten angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Filterschicht aus Urethanschaum besteht, der mit Kohlenstoff imprägniert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Filterschicht durchlässig ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Resonanzrohre eine Länge von zumindest annähernd 3 mm aufweisen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus einer oder mehreren der folgenden Substanzen: Fiberglas, Polyurethan, thermoplastisches Material, und Polyethylen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest ein Schallabsorptionsschicht aus einem offenporigen Schaum besteht.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfungseinrichtung die Form einer Auskleidung für Dachhimmel von Fahrzeugen aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzrohre zumindest ein Dämpfungsmuster bilden.
Verfahren zur Herstellung einer Schalldämpfungseinrichtung mit folgenden Schritten: Ausbilden und Verbinden zumindest einer Schallabsorptionsschicht mit einer äußeren Schicht; und Ausbildung und Verbindung zumindest einer Konstruktionsschicht mit der zumindest einen Schallabsorptionsschicht; Ausbildung und Verbindung zumindest einer Substratschicht mit der zumindest einen Konstruktionsschicht; Ausbildung mehrerer Resonanzrohre beim Ausbilden und Verbinden der zumindest einen Substratschicht mit der zumindest einen Substratschicht; und Perforieren der zumindest einen Konstruktionsschicht und der zumindest einen Substratschicht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parameter der Schalldämpfungseinrichtung bestimmt wird, der ausgewählt ist unter zumindest einer der folgenden Größen: Materialdicke, Luftflusswiderstand, Materialsteifigkeit, Anzahl an Schichten, Resonanzrohrdurchmesser, Resonanzrohrabstand, Schichtkonstruktion, Schichtverteilung, Perforationsmuster, Perforationswinkel, Schichtdichte, Porosität, Verschlungenheit, Elastizitätsmodul, Poisson'sche Konstante, Dämpfung, und viskoser Formfaktor.
Auskleidung für den Dachhimmel eines Fahrzeugs, hergestellt mit dem Verfahren nach Anspruch 15.
Schalldämpfungseinrichtung, welche aufweist eine äußere Schicht; zumindest einen Schallabsorptionsschicht, die mit der äußeren Schicht verbunden ist; mehrere perforierte Schichten, die mit der zumindest einen Schallabsorptionsschicht verbunden sind, und aufweisen: zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht; und zumindest eine perforierte Substratschicht, die mit der zumindest einen perforierten Konstruktionsschicht verbunden ist; wobei die zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht und die zumindest eine perforierte Substratschicht für konstruktive Steifigkeit sorgen, und mehrere Resonanzrohre ausbilden, welche Schall dämpfen; und zumindest eine Luftfilterschicht, die mit den mehreren perforierten Schichten verbunden ist, und Luft zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite der Schalldämpfungseinrichtung filtert; wobei die äußere Schicht, die zumindest eine Schallabsorptionsschicht, und die mehreren perforierten Schichten durchlässig sind.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine perforierte Konstruktionsschicht aufweist: eine erste perforierte Filmschicht; eine perforierte Fiberglasschicht, die mit der ersten perforierten Filmschicht verbunden ist; und eine zweite perforierte Filmschicht, die mit der perforierten Fiberglasschicht verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren perforierten Schichten aufweisen: eine erste perforierte Konstruktionsschicht, die mit der Schallabsorptionsschicht verbunden ist; eine perforierte Substratschicht, die mit der ersten perforierten Konstruktionsschicht verbunden ist; und eine zweite perforierte Konstruktionsschicht, die mit der perforierten Substratschicht verbunden ist.