DE10358595A1

DE10358595A1 - Sound-absorbing sheet-like foam material

Info

Publication number: DE10358595A1
Application number: DE10358595A
Authority: DE
Inventors: Juergen Roellinghoff
Original assignee: Cellofoam GmbH and Co KG
Current assignee: Cellofoam GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-07-21
Also published as: ES2543083T3; EP1544846A3; PT1544846E; EP1544846A2; DK1544846T3; HUE025109T2; EP1544846B1; PL1544846T3

Abstract

Bei einem schallabsorbierenden, schichtförmigen Schaumstoffmaterial wird die Schallabsorption erheblich verbessert, wenn die dem Schalleinfall zugewandte Oberfläche mit Erhöhungen und Vertiefungen derart versehen ist, dass im Verhältnis zu einer Schaumstoffschicht von einheitlicher Dicke und gleichem Volumen pro Flächeneinheit die Oberfläche für den einfallenden Schall etwa auf das Doppelte vergrößert ist. Insbesondere ist dabei die Oberfläche wellenförmig gestaltet.In a sound-absorbing, sheet-like foam material, the sound absorption is significantly improved when the surface facing the sound incidence is provided with ridges and depressions such that the surface of the incident sound is about twice as large relative to a foam layer of uniform thickness and volume per unit area is enlarged. In particular, the surface is wave-shaped.

Description

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes, flächiges bzw. schichtförmiges Schaumstoffmaterial, insbesondere zum Auskleiden von Schalldämmhauben und Einhausungen, Motorhauben und dergleichen.The The invention relates to a sound-absorbing, sheet-like foam material, in particular for lining soundproof hoods and housings, Hoods and the like.

Es ist bekannt, für Auskleidungen von Schalldämmhauben und dergleichen eine Lage Schaumstoffmaterial zu verwenden. Die Schaumstoffschicht kann durch Anschmelzen eine mikroporöse Oberflächenschicht aufweisen. Die Schallabsorptionswirkung solcher Schaumstoffauskleidungen hängt neben Materialeigenschaften und Aufbau des Absorbers vor allem von der Dicke der Schaumstoffschicht ab.It is known for Linings of soundproof hoods and the like to use a layer of foam material. The Foam layer can be made by melting a microporous surface layer exhibit. The sound absorption effect of such foam linings hangs beside Material properties and structure of the absorber especially from the Thickness of the foam layer from.

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/4 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.at The sound absorption is about it, from the incoming sound wave preferably dissipate high energy components or to absorb. The highest energy level a sound wave is in the range of the maximum amplitude, d. H. the vertical vibration of the air particles perpendicular to the propagation direction, at λ / 4 and ¾λ is highest. This means for a porous one Absorber like foam material that for a good effect of sound absorption the higher Layer thicknesses needed the lower the sound frequency is or the larger the wavelength the sound wave is. Take, for example, a sound frequency of 1000 Hz, this is taking into account the speed of sound a wavelength 0.33 m, with maximum amplitude occurring at 8 and 24 cm, respectively. Even with an ideal porous Absorber, which is less than 8 cm thick, you can not complete absorption to reach. To reduce 99.9% of the sound at 100 Hz, the Absorber thickness be about 82 cm thick.

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.In Engine capsules, machine linings, in particular in the field of motor vehicles, at air conditioning ducts and the like, it is usually not possible, layer thicknesses of the sound-absorbing Material over 50 mm. Thus, the low, but always clear existing frequency ranges <1000 Hz insoluble Problems because the layer thickness can not be increased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schallabsorptionswirkung bei einem schichtförmigen Schaumstoffmaterial deutlich zu verbessern, ohne dass die Schichtdicke erhöht werden muss.Of the Invention is based on the object, the sound absorption effect in a layered form Foam material significantly improve without affecting the layer thickness elevated must become.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die dem Schalleinfall zugewandte Oberfläche der Schaumstoffschicht mit Erhöhungen und Vertiefungen derart versehen ist, dass im Verhältnis zu einer Schaumstoffschicht von einheitlicher Dicke und gleichem Volumen pro Flächeneinheit die dem Schalleinfall ausgesetzte Oberfläche erheblich vergrößert ist.These Task is inventively characterized solved, that the sound incidence facing surface of the foam layer with raises and Recesses is provided such that in relation to a foam layer of uniform thickness and volume per unit area the surface exposed to the sound incidence is considerably increased.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe Invention will be explained with reference to the drawing, for example. It demonstrate

1 eine Schnittansicht durch eine Schaumstoffschicht, 1 a sectional view through a foam layer,

2 ein Diagamm, das den Schallabsorptionsgrad in Abhängigkeit von der Schallfrequenz wiedergibt, 2 a diagram showing the sound absorption coefficient as a function of the sound frequency,

3 ein Diagramm, das den Absorptionskoeffizienten in Abhängigkeit von der Frequenz bei einer Schaumstoffschicht wiedergibt, 3 a diagram showing the absorption coefficient as a function of the frequency in a foam layer,

4 ein Diagamm, das die Pegelabnahme als Funktion des Schallabsorptionsgrads wiedergibt, und 4 a graph showing the decrease in level as a function of the sound absorption coefficient, and

5 eine Tabelle, die die subjektiv empfundene Lautstärkenreduzierung wiedergibt. 5 a table that shows the subjective perceived volume reduction.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Schicht 1 aus Polyurethanschaum, die einen porösen Absorber darstellt und eine durchschnittliche Schichtdicke von beispielsweise 15 mm hat. Die dem Schalleinfall abgewandte Rückseite der Schaumstoffschicht 1, 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. Der Abstand der Erhöhungen 1a kann beispielsweise etwa 50 mm betragen und die Höhendifferenz zu einer Vertiefung 1b ca. 10 mm. Durch diese Oberflächenstruktur ergibt sich gegenüber einer Schaumstoffschicht von 15 mm Dicke mit ebener Oberfläche etwa eine Verdoppelung der Schallschluckfläche, ohne dass das Volumen verringert wird. 1 schematically shows a cross section through a layer 1 polyurethane foam, which is a porous absorber and has an average layer thickness of, for example, 15 mm. The back of the foam layer facing away from the sound incidence 1 , which comes to rest on a cladding wall, not shown, is planar, while the surface facing the sound incidence with mutually offset increases 1a and intervening pits 1b is provided. The distance of the elevations 1a may be, for example, about 50 mm and the height difference to a recess 1b about 10 mm. As a result of this surface structure, compared to a foam layer of 15 mm thickness with a flat surface, the sound-absorbing surface approximately doubles, without the volume being reduced.

Mit 1c ist eine Oberflächenschicht der Schaumstoffschicht bezeichnet, die durch Anschmelzen der Oberfläche des Schaumstoffmaterials ausgebildet wird. Hierdurch ergibt sich eine weitgehend geschlossene Oberfläche, die aber mikroporös ist. Diese Oberflächenschicht 1c wirkt als schwingungsfähige Membrane.With 1c is a surface layer of the foam layer, which is formed by melting the surface of the foam material. This results in a largely closed surface, but which is microporous. This surface layer 1c acts as a vibratory membrane.

In der Oberflächenschicht 1c werden vorzugsweise Einprägungen vorgesehen, die die Oberfläche für den einfallenden Schall vergrößern und Beugungseffekte des Schalls verstärken. Als Beispiel sind sich kreuzende bzw. rautenförmig angeordnete Nutabschnitte 1d in 1 angedeutet, die in die Oberflächenschicht 1c eingeprägt sind.In the surface layer 1c For example, embossments are provided which increase the surface for the incident sound and amplify diffraction effects of the sound. As an an example are intersecting or diamond-shaped groove sections 1d in 1 indicated in the surface layer 1c are impressed.

Die Absorption eines Schallschluckmaterials hängt auch sehr stark vom Einfallswinkel einer Schallwelle ab. 3 zeigt den Absorptionskoeffizienten bei diffusem Schalleinfall in Abhängigkeit von der Frequenz. In der Praxis treten bei diffusen Schallfeldern alle Einfallswinkel auf. Die Oberflächenstruktur nach 1 ergibt einen optimalen durchschnittlichen Einfallswinkel. Durch den zum großen Teil schrägen Schalleinfall auf die Oberfläche treten nahezu wandparallele Komponenten der Schallamplitude auf, bei denen die Längsausdehnung der Schaumstoffschicht zur Wirkung kommt, so dass diese Komponenten wie durch eine sehr dicke Schaumstofflage wirksam absorbiert werden. Zusammen mit auftretenden Beugungseffekten an den Einprägungen bzw. durch die Rautenstruktur der Oberfläche werden dabei Schallabsorptionswerte erzielt, die über die allein durch die Schichtdicke rechnerisch erzielbare Schallabsorptionswirkung deutlich hinausgehen und sonst nur mit vielfachen Schichtdicken eines üblichen flächigen Schaumstoffmaterials erreicht werden.The absorption of a sound-absorbing material also depends very much on the angle of incidence of a sound wave. 3 shows the absorption coefficient with diffuse sound incidence as a function of the frequency. In practice, all incidence angles occur in diffuse sound fields. The surface structure after 1 gives an optimal average angle of incidence. Due to the largely oblique sound incidence on the surface occur almost wall-parallel components of the sound amplitude, in which the longitudinal extent of the foam layer comes into effect, so that these components are effectively absorbed as by a very thick foam layer. Together with occurring diffraction effects on the indentations or through the rhombic structure of the surface sound absorption values are achieved, which go beyond the only achievable by the layer thickness computationally sound absorption effect and otherwise can only be achieved with multiple layer thicknesses of a conventional sheet-like foam material.

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 über 1,0 erreicht, wobei 1,0 100 % entspricht. Für einen solchen Absorptionswert wird bei einer Schaumstoffschicht einheitlicher Dicke, also ohne die erfindungsgemäße Wellenstruktur der Oberfläche mit Einprägungen, eine Schichtdicke von 130 mm benötigt. Die praktische Bedeutung derartiger Absorptionswerte wird durch die 4 und 5 verdeutlicht. 4 zeigt die Schallpegelabnahme als Funktion des Schallabsorptionsgrads α. 5 gibt die subjektiv empfundene Lautstärkenreduzierung wieder. Danach entspricht z. B. eine Schallpegelreduzierung von 5 dB bei einem Schallpegel von 60 dB bereits einer Lautstärkenreduzierung für das menschliche Ohr von 29 %. 2 shows the degree of sound absorption of inventively designed foam layers at different average thickness dimensions as a function of the sound frequency. Thus, with an average layer thickness of 30 mm and 630 Hz, an absorption value α above 1.0 is achieved, where 1.0 corresponds to 100%. For such an absorption value, a layer thickness of 130 mm is required for a foam layer of uniform thickness, that is to say without the wave structure according to the invention of the surface with indentations. The practical significance of such absorption values is determined by the 4 and 5 clarified. 4 shows the sound level decrease as a function of the sound absorption coefficient α. 5 reflects the subjective perceived volume reduction. After that, z. For example, a sound level reduction of 5 dB at a sound level of 60 dB already represents a volume reduction for the human ear of 29%.

Die Rückseite der Schaumstoffschicht 1 kann mit einem Verstärkungsmaterial beschichtet sein. Sie kann auch selbstklebend ausgebildet sein, um die Anbringung an einer Wand zu erleichtern.The back of the foam layer 1 may be coated with a reinforcing material. It may also be self-adhesive to facilitate attachment to a wall.

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. So kann der Abstand zwischen den Erhöhungen 1a 40 – 60 mm, insbesondere 45 – 55 mm betragen. Die Höhe zwischen Erhöhung und Vertiefung kann dabei 8 – 15 mm betragen. In besonderen Fällen kann ein Abstand der Erhöhungen von bis zu 100 mm verwendet werden.Various modifications of the described design of the surface of a foam layer are possible. So can the distance of the increases 1a be varied, as well as the height between increase and depression. So can the distance between the increases 1a 40-60 mm, in particular 45-55 mm. The height between increase and depression can be 8 - 15 mm. In special cases, a distance of the elevations of up to 100 mm can be used.

Die wellenförmige Oberflächenstruktur ist unabhängig von der verwendeten Schichtdicke des Schaumstoffs. Bei einer gegebenen Dicke der Schaumstoffschicht wird die wellige Oberflächenstruktur so ausgelegt, dass bei geringst möglicher Profiltiefe eine Vergrößerung der Oberfläche von etwa 180 – 250 % erzielt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 mit einem Abstand der Erhöhungen von 50 mm und einer Differenz zwischen Erhöhung und Vertiefung von 10 mm ergibt sich etwa eine Verdoppelung der Oberfläche bzw. eine Erhöhung der Oberfläche von etw 200 %.The wavy surface structure is independent of the layer thickness of the foam used. For a given thickness of the foam layer, the wavy surface structure is designed so that at the lowest possible tread depth, an increase in surface area of about 180 - 250% is achieved. According to the embodiment 1 with a spacing of the elevations of 50 mm and a difference between elevation and depression of 10 mm, there is approximately a doubling of the surface area or an increase in the surface area of approximately 200%.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel folgt die Schnittlinie in 1 etwa einer Sinuskurve. Es ist aber auch möglich, die Vertiefungen beispielsweise tiefer auszubilden und die Erhöhungen breiter zu gestalten als die Vertiefungen. Wesentlich ist hierbei, dass sich kuppenförmige Erhöhungen 1a ergeben und auch die Vertiefungen 1b derart abgerundet konkav gestaltet sind, dass sich eine stetige Neigungsänderung der Oberfläche ergibt.In the illustrated embodiment, the cutting line follows in 1 about a sine wave. However, it is also possible to form the depressions deeper, for example, and to make the elevations wider than the depressions. It is essential here that dome-shaped elevations 1a yield and also the depressions 1b are designed rounded rounded so that there is a constant change in inclination of the surface.

Die beschriebene Oberflächenstruktur führt bei verschiedenen Arten von Schaumstoffmaterial zu einer wesentlichen Verbesserung der Schallabsorptionswirkung.The described surface structure leads different types of foam material to a substantial Improvement of the sound absorption effect.

Claims

Sound-absorbing, layered foam material, whose surface facing the sound incidence with elevations ( 1a ) and depressions ( 1b ) is provided such that in relation to a foam layer of uniform thickness and the same volume per unit area, the surface for the incident sound is increased.

A foam material according to claim 1, wherein the surface is about 180 - 250 % across from a flat surface is enlarged.

Foam material according to claim 1 or 2, wherein in cross section the foam layer ( 1 ) the surface has a wavy structure and offset in the valleys of the cutting line to elevations of an adjacent cutting line are arranged.

Foam material according to claim 3, wherein the elevations ( 1a ) have a distance of about 40 - 60 mm from each other and the height between the recess and depression is about 8 - 15 mm.

Foam material according to one of claims 1 to 4, wherein the surface with a mikropo red skin ( 1c ) is provided.

Foam material according to one of the preceding claims, wherein the surface with indentations, such as diamond-shaped groove sections ( 1d ) or smaller depressions.