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Die
Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes, flächiges bzw. schichtförmiges Schaumstoffmaterial,
insbesondere zum Auskleiden von Schalldämmhauben und Einhausungen,
Motorhauben und dergleichen.
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Es
ist bekannt, für
Auskleidungen von Schalldämmhauben
und dergleichen eine Lage Schaumstoffmaterial zu verwenden. Die
Schallabsorptionswirkung solcher Schaumstoffauskleidungen hängt neben
Materialeigenschaften und Aufbiau des Absorbers vor allem von der
Dicke der Schaumstoffschicht ab.
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Bei
der Schallabsorption geht es darum, aus der einfallenden Schallwelle
möglichst
hohe Energieanteile abzuführen
bzw. zu absorbieren. Die höchste Energieebene
einer Schallwelle liegt im Bereich der maximalen Amplitude, d. h.
der vertikalen Schwingung der Luftteilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung,
die bei λ/2
und ¾λ am höchsten ist.
Dies bedeutet für
einen porösen
Absorber wie Schaumstoffmaterial, dass für eine gute Wirkung der Schallabsorption
umso höhere
Schichtdicken benötigt
werden, je niedriger die Schallfrequenz ist bzw. je größer die
Wellenlänge
der Schallwelle ist. Nimmt man beispielsweise eine Schallfrequenz
von 1000 Hz, so ergibt sich unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit
eine Wellenlänge
von 0,33 m, wobei die maximale Amplitude bei 8 bzw. 24 cm auftritt.
Selbst mit einem idealen porösen
Absorber, der unter 8 cm dick ist, kann man keine vollständige Absorption
erreichen. Um 99,9% des Schalls bei 100 Hz abzubauen, müsste die
Absorberdicke etwa 82 cm stark sein.
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In
Motorkapseln, Maschinenverkleidungen, insbesondere im KFZ-Bereich,
bei Klimakanälen
und dergleichen ist es in der Regel nicht möglich, Schichtdicken des schallabsorbierenden
Materials über
50 mm einzusetzen. Damit stellen die niedrigen, aber immer deutlich
vorhandenen Frequenzbereiche < 1000
Hz unlösbare
Probleme dar, weil die Schichtdicke nicht erhöht werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schallabsorptionswirkung
bei einem schichtförmigen
Schaumstoffmaterial deutlich zu verbessern, ohne dass die Schichtdicke
erhöht
werden muss.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass auf der dem Schalleinfall zugewandten Oberfläche der
Schaumstoffschicht eine Folie über
Erhöhungen
und Vertiefungen des Schaumstoffmaterials derart gespannt ist, dass
die Folie im Bereich der Erhöhungen
an dem Schaumstoffmaterial anliegt und in einem Abstand über den
Vertiefungen verläuft.
Hierdurch ergibt sich auf der Oberfläche der Schaumstoffschicht
eine Kombination von Folienabsorbern im Bereich der auf den Erhöhungen anliegenden
Folie und von Membranabsorbern im Bereich der in einem Abstand über den
Vertiefungen gespannten Folie. Durch diese Ausgestaltung werden Schallabsorptionswerte
erzielt, die deutlich höher
liegen als bei einer Schaumstoffschicht von gleichbleibender Dicke
und gleichem Volumen pro Flächeneinheit
wie die erfindungsgemäße Schaumstoffschicht.
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Die
Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
Schnittansicht durch eine Schaumstoffschicht mit Folie,
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2 ein
Diagramm, das den Schallabsorptionsgrad in Abhängigkeit von der Schallfrequenz wiedergibt,
und
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3 eine
Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform.
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1 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch eine Schicht 1 aus
Polyurethanschaum. Die dem Schalleinfall abgewandte Rückseite
der Schaumstoffschicht, die an einer nicht dargestellten Verkleidungswand
zum Anliegen kommt, ist eben ausgebildet, während die dem Schalleinfall
zugewandte Oberfläche
mit versetzt zueinander angeordneten Erhöhungen 1a und dazwischen
liegenden Vertiefungen 1b versehen ist. Über diese
wellige Oberfläche
ist eine Folie 2 gespannt, die an den Erhöhungen 1a flächig an
den Kuppen anliegt und im Bereich der Vertiefungen 1b einen
Abstand von der Schaumstoffoberfläche 1c hat.
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Im
Bereich der kuppenförmigen
Erhöhungen 1a kann
die Folie 2 durch Kleben oder Anschmelzen mit dem Schaumstoffmaterial
der Schicht 1 verbunden sein. Es ergibt sich in diesem
Bereich ein Masse-Feder-System für
die Schallabsorption. Diese Folienabsorberbereiche 2a können in
der Draufsicht auf die Oberfläche
eine etwa kreisförmige
Gestalt haben. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Folie 2 derart
großflächig mit
den Kuppen 1a verbunden, dass auch der zwischen den Kuppen 1a' und 1a'' in 1 liegende
Sattelbereich an der Folie anliegt. Bei dieser großflächigeren
Anlage der Folie 2 an den Erhöhungen 1a ergibt sich
in der Draufsicht eine gitterartige Struktur der Folienabsorberbereiche, wobei
diese Folienabsorberbereiche den dazwischen liegenden Membranabsorberbereich
umgeben, der etwa eine Kreisform hat.
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Zwischen
diesen nach außen
konvexen Folienabsorberbereichen 2a ist die Folie 2 frei über die Vertiefungen 1b gespannt,
wobei sich ein Membranabsorberbereich 2b ergibt, bei dem
die Folie 2 die auftreffenden Schallwellen in den dahinter
liegenden Hohlraum 3 zwischen Folie 2 und Schaumstoffoberfläche 1c ableitet,
in dem sie durch das poröse Schaumstoffmaterial
absorbiert werden.
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Die
Folie 2 ist luftdicht ausgebildet und sie kann eine Stärke von
beispielsweise etwa 40 μ haben.
Sie kann z. B. aus Polyurethan bestehen. Die Oberfläche der
Folie kann wasser-, öl- und kraftstoffdicht
ausgebildet sein. Die luftdichte Folie 2 versiegelt die
Oberfläche
und sie kann antifungizid ausgerüstet
werden, um einen Schutz gegen Schimmelbildung zu gewährleisten.
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Die
Folie 2 kann eine Stärke
von 20 bis 100 μ,
vorzugsweise 30 bis 50 μ haben.
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Vorzugsweise
wird die Folie 2 durch Anschmelzen mit den Kuppen der Erhöhungen 1a verbunden,
wobei die Folienstärke
im Anlagebereich beispielsweise auf 20 μ verringert wird, während sie im
freien Bereich über
den Vertiefungen 1b die ursprüngliche Stärke von 40 μ beibehält. Hierdurch können die
Folienabsorberbereiche 2a durch Verringerung der Masse
der Folie 2 optimiert werden, während zugleich die Folie 2 im
Membranabsorberbereich 2b eine für einen Membranabsorber günstige Dicke
bzw. Masse aufweist.
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Die
Schaumstoffoberfläche 1c ist
vorzugsweise offenporig im Bereich der Vertiefungen. Hierdurch wird
die Schallabsorption begünstigt.
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Die
glatte Folie 2 bildet eine Versiegelung der offenporigen
Struktur der Schaumstoffoberfläche. Die
Folienabdeckung der Hohlräume 3 im
Profil der Schaumstoffoberfläche
ergibt einen Membranabsorberbereich 2b, bei dem die Membran-Eigenfrequenzen
der Folie auf tiefere und mittlere Frequenzbereiche ausgelegt werden
kann, so dass sich in diesem Bereich eine optimale Absorption ergibt.
In den Folienabsorberbereichen 2a, in denen die Folie 2 auf
dem Schaumstoffmaterial aufliegt, entsteht aufgrund des geringen
Massenwiderstands der Folie ein schalldurchlässiges, gedämpftes System mit einem Optimum
der Schallabsorption in höheren
Frequenzbereichen.
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Im
Membranabsorberbereich 2b ergibt sich durch die Anlage
der Ränder
an dem weichen und elastischen Schaumstoff ein akustisch gedämpfter Randbereich
der eingespannten Folie 2, wodurch die Wirkung dieser Membranabsorberbereiche 2b durch den
gedämpften
Randbereich erhöht
wird, durch den störende
Resonanzen vermieden werden.
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Der
Bereich der aufliegenden Folie (Folienabsorberbereiche 2a)
ist vor allem im mittleren bis höheren
Frequenzbereich, also über
1000 Hz wirksam. Die Folie wird hierbei auf dem Schaumstoff weich
gelagert. Durch Anschmelzen der Folie 2 am Schaumstoffmaterial wird
auch dieses in einem Dickenbereich von etwa 1/10 mm angeschmolzen,
wodurch die Folie 2 weich und schwingend gelagert wird.
Vorzugsweise ist der Massenwiderstand der Folie in diesem Bereich
nicht größer als
der Wellenwiderstand der Luft, d. h. die Folienstärke ist
so ausgelegt, dass sie alle Frequenzen unter einer gegebenen Höchstfrequenz
absorbiert. Es soll keine Reflexion des Schalls an der Folie auftreten.
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Die
nach außen
konvexe Gestalt der Folienabsorberbereiche 2a ist auch
hinsichtlich des diffusen Schalleinfalls von Vorteil, weil durch
diese Wellenform der Oberfläche
schräg
einfallende Komponenten der Schallamplitude wirksam absorbiert werden
können,
wobei die Längsausdehnung
der Schaumstoffschicht und damit eine dickere wirksame Schaumstofflage
für diese
schräg
einfallenden oder nahezu wandparallelen Komponenten wirksam wird.
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Die
Form der Vertiefungen 1b bzw. der Hohlräume 3 kann variieren. 1 zeigt
eine etwa sinusförmige
Schnittlinie, wobei der frei eingespannte Folienbereich etwa auf
der Nulllinie dieser Sinuslinie liegt. Die Vertiefungen 1b können auch
tiefer und in anderer Form gestaltet sein. 3 zeigt ein
Ausführungsbeispiel
mit im Schnitt etwa rechteckigen Vertiefungen. Auch bei dieser Ausführungsform
ist die Folie an den Rändern
weich gelagert bzw. gedämpft.
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Es
sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Gestaltung der
Oberfläche
einer Schaumstoffschicht möglich.
So kann der Abstand der Erhöhungen 1a variiert
werden, wie auch die Höhe
zwischen Erhöhung
und Vertiefung. Die Kuppenform der Folienabsorberbereiche 2a kann
auch flacher gestaltet sein, während
die Membranabsorberbereiche 2b eine größere Vertiefung auch in anderer
Gestalt aufweisen können.
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Die
beschriebene Oberflächenstruktur
einer Schaumstoffschicht kann unabhängig von der Schichtdicke vorgesehen
werden. Sie bringt auch bei verschiedenen Arten von Schaumstoffmaterial
eine deutliche Verbesserung der Absorptionswirkung.
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Vorzugsweise
wird die Oberflächenstruktur bzw.
das Oberflächenprofil
so ausgelegt, dass sich durch die Folienabsorberbereiche 2a eine
merkliche Vergrößerung der
Oberfläche
gegenüber
einer Schaumstoffschicht mit ebener Fläche ergibt.
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2 zeigt
den Schallabsorptionsgrad von erfindungsgemäß gestalteten Schaumstoffschichten bei
unterschiedlichen durchschnittlichen Dickenabmessungen in Abhängigkeit
von der Schallfrequenz. So wird bei einer durchschnittlichen Schichtdicke
von 30 mm und 630 Hz ein Absorptionswert α von etwa 0,84 erreicht, wobei
der Wert 1,0 100% entspricht. Für
einen solchen Absorptionswert wird bei einer Schaumstoffschicht
einheitlicher Dicke, also ohne die erfindungsgemäße Oberflächengestaltung, eine Schichtdicke
von 110 mm benötigt.
Es ergibt sich somit gegenüber
einer Schaumstoffschicht mit ebener Oberfläche bei gleichem Volumen pro
Flächeneinheit eine
wesentliche Verbesserung der Schallabsorptionswirkung.
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Die
Rückseite
der Schaumstoffschicht kann mit einem Verstärkungsmaterial beschichtet
sein und sie kann auch selbstklebend ausgebildet sein, um die Anbringung
an einer Wand zu erleichtern.