DE2408028C3

DE2408028C3 -

Info

Publication number: DE2408028C3
Application number: DE2408028A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Chem. Dr. Heckel; Guenther Prof. Dipl.-Phys. Dr.Rer.Nat. Kurtze
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1974-02-20
Publication date: 1980-06-26
Also published as: NO750054L; FR2261584B1; NO142042B; AT361683B; GB1444710A; NL177239C; US3985198A; DK152400B; SE404616B; FR2261584A1; CH582398A5; ATA128175A; DE2408028B2; NO142042C; ES433606A1; DE2408028A1; IT1026496B; DK683474A; BE825693A; NL7416835A

Description

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.10

40

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Die Erfindung betrifft eine Schallschluckplatte für Luftschall, bestehend aus einer Deckschicht und einer Hohlräume aufweisenden Kernschicht aus Schaumstoff.

Eine Schallschluckplatte dieser Art ist aus DE-OS 15 522 bekannt. Sie weist eine Kernschicht in Gestalt r_l{) eines Gitters aus einem Polystyrolhartschaum auf, mit dessen Oberfläche eine Schicht aus einem Schaumstoff dauerhaft verbunden ist Die Schicht kann zur Verbesserung der Schallabsorption an den hohen Stellen mit Durchbrechungen versehen sein, was Rückschlüsse auf <-_Λ die Anwendung des Arbeitsprinzips eines Plattenresonators zuläßt. Bekanntlich weist ein solcher eine gute Wirksamkeit nur in einem sehr schmalen Frequenzbereich auf, dessen Lage abhängig ist von tW Dicke der Kernschicht _M

Schallabsorbierende Materialien sind nach dem Stand der Technik offenzellige Faser- oder Schaumstoffe, deren Gerüst die durch den Schall bewirkten Wediselbewegungen der Luft hemmt, und die somit durch viskose Reibung Schallenergie in Wärme umwandeln. _b5 Sie kommen zumeist in Form ebener Platten zur Verkleidung von Wandflächen zur Anwendung, wobei es auch bekannt ist, aus mehreren Platten dieser Art ein in die Tiefe gestaffeltes Schallschluckpaneel zu bilden. Ein solches Paneel zeigt US-PS 34 81427. Dieses besteht aus einem dreidimensional gewebten Flächen gebilde, das durch eine Kunstharzimprägnierung mechanisch ausgesteift ist Seine Eigenschaften lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Beim Eintritt in das offenporige Material wechselt der Schall nicht von einem Medium in ein anderes, sondern er bleibt in der Luft Er kanu deshalb bei ausreichend großer Porosität, die bei den meisten Schallschluckstoffen über 95% liegt, leicht eindringen.

Die auf diesem Mechanismus basierende Forderung, daß Schallschluckstoffe offene Poren haben müssen, hat mancherlei anwendungstechnische Nachteile zur Folge, die auch auf US-PS 34 81 427 zutreffend sind. Schallschluckplatten verschmutzen leicht sind nicht abwaschbar, saugen Wasser, Öl oder andere Flüssigkeiten auf und werden dann unwirksam, können nicht übermalt werden usw. Da Schallschluckplatten wegen ihrer Porosität zugleich Wärmedämmplatten sind, bildet sich im Inneren der Platten häufig Kondenswasser, das dann abtropft (Schwimmbaddecken).

Diese Nachteile versucht man zu vermeiden, indem man die Sichtseite der Platten mit dünnen Kunststoff-Folien abdeckt. Dadurch wird aber das Eindringen des Schalles in den Schallschluckstoff erschwert. Die Abdeckfolie reflektiert einen Teil des Schalles, und zwar um so mehr, je höher die Frequenz ist, je schwerer die Folie ir,t und je dichter sie auf dem Schluckstoff aufliegt. Die Forderung nach mechanischer Festigkeit der Folien führt dabei stets zu unbefriedigenden Kompromissen. Vorteile hat diese Anordnung lediglich für die Absorption tiefer Frequenzen, die durch Resonanzwirkung gegenüber nicht abgedeckten Schluckstoffen etwas erhöht werden kann.

Eine andere Möglichkeit zur Dämpfung von Luftschall besteht in der Verwendung von Plattenresonatoren, wie sie beispielsweise in Kurtze, »Physik und Technik der Lärmbekämpfung«, Karlsruhe, 1964 beschrieben werden. Bei diesen wird eine geschlossene, schwingfähige Platte in einem bestimmten Abstand vor der zu dämpfenden Wand auf einer Stützkonstruktion derartig befestigt, daß sie von den auftreffenden Schallwellen zu Schwingungen angeregt werden kann. Eine gute Dämpfungswirkung wird jedoch nur im Bereich der Resonanzfrequenz erzielt, und diese ist von starren Parametern, insbesondere von der Masse der Platte und deren Abstand von der zu bedämpfenden Wand, abhängig. Eine breitbandige Wirksamkeit läßt sich mithin bei beliebiger Modifikation solcher Plattenresonatoren nicht erzielen.

Diese Aussage ist auch zutreffend in bezug auf die Ausführung, die in »Kunststoffe«, 1953, .Seiten 448/449 beschrieben ist Diese Konstruktion unterscheidet sich von der vorstehend angesprochenen dadurch, daß die schwingfähige Platte durch eine Schicht aus einem geschlossenzelligen Weichschaum ersetzt ist. Auch hierbei wird eine gute Dämpfungswirkung nur in einem relativ eng begrenzten Frequenzbereich erzielt

Grundsätzlich gibt es eine weitere Möglichkeit der Schallabsorption, nämlich die Energieumwandlung durch die vom Schall verursachte Deformation fester Körper. Diese Erkenntnis ist nicht neu, sie wird seit langem zur Absorption von Flüssigkeits- und Körperschall genutzt. Für Luftschall war das bisher nicht möglich, weil die hohen Eingangswiderstände fester Körper das Eindringen von Luftschall praktisch unmöglich machen. Der Eingangswiderstand Z eines

Mediums für Schallwellen ist gegeben durch das Produkt aus der Dichte ρ und Schallgeschwindigkeit c

Z = U-C. (1)

Da auch die leichtesten Feststoffe wie z. B. Kunststoffschäume eine mindestens um den Faktor 10 höhere Dichte Q aufweisen als Luft, wird allein dadurch der Eingangswiderstand des Festkörpers Z_F mindestens um den Faktor 10 größer als der Wellenwiderstand Z_L der Luft Es ergibt sich damit ein Reflexionsfaktor r an der Oberfläche, der auf jeden Fall größer ist als

Z_F-Z_L

10-1

Bei allen geschlossenzelligen Hartschäumen wie z. B. Polystyrolschaum ist überdies die Steife des Gerüstes so hoch, daß auch die Schallgeschwindigkeit crim Feststoff wesentlich größer ist als die Schallgeschwindigkeit c_L in Luft, so daß das Verhältnis

ij_f ■ 'Ji.'

noch ungünstiger wird. Außerdem sind bei den bekannten Hartschäumen die inneren Verluste so klein, daß durch Deformation eine nennenswerte Schallabsorption nicht erzielbar ist.

Geschlossenzellige Weichschäume, insbesondere vernetzter Polyäthylenschaum, bieten eine bessere Ausgangsbasis. Die inneren Verluste sind hoch, insbesondere bei Schubdeformation, und die Gerüststeife ist gering. Die derzeit erzielbare minimale Dichte ρζ-ist noch etwa 20mal größer als die der Luft, dafür ist aber die Schallgeschwindigkeit c/ mit der von Luft etwa vergleichbar.

Benutzt man einen solchen Schaum mit Zf= 2OZ;. als Schallabsorber, so ist der Erfolg noch gering. Rechnerisch ergibt sich für senkrechten Schalleinfall

19
21

= 0,9

x = l — |/-p =0,19

also ein Schallabsorptionsgrad « von nur 19%, der zwar bei schrägem Schalleinfall etwas größer wird, aber damit noch nicht ausreichend ist. Geschlossenzellige Schaumstoffe werden deshalb für Schallabsorptionszwecke praktisch nicht eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrinde, eine Schallschluckplatte mit einer in sich geschlossenen Deckschicht zu entwickeln, die bei niedriger Bautiefe eine gute Dämpfungsvvirkung in einem breiten Frequenzbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß laut kennzeichnendem Teil des Patentanspruchs 1 gelöst

Die Unteransprüche kennzeichnen weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

Bei einer Schallschluckplatte dieses Typs ist durch die spezielle Strukturierung der Reflexionsfaktor r des homogenen Schaumes verkleinert, d. h, die Anpassung an die umgebende Luft wird verbessert, und zwar so, daß bevorzugt Schubdeformationen angeregt werden, die zu hohen inneren Verlusten führen.

F i g. 1 — V zeigen jeweils im Querschnitt besonders vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäß gestalteten Schallschluckplatte.

F i g. I zeigt eine Weichschaumdeckschicht 1, welche nicht vollflächig aufliegt, sondern über eine Abstandshalter 4 aufweisende Kernschicht 2 nur punkt- oder linienförmig gestützt wird. Die zwischen der geschlossenzelligen Weichschaumschicht 1 und einer Wand 3 angeordneten starren Abstandshalter 4 können beispielsweise Wabenstruktur aufweisen. Der Schalldruck einer einfallenden Schallwelle verursacht bei dieser Anordnung zusätzlich zur Kompression der Schaumschicht eine erzwungene Biegung zwischen den Auflagepunkten oder -linien. Die Eingangsimpedanz der Schaumschicht wird dadurch vermindert Solange die Dicke D der Deckschicht 1 nicht klein gegen den Abstand A der Auflager ist, solange also D und A von gleicher Größenordnung sind, ist diese Biegung mit erheblichen Schubdeformationen verbunden, sg daß die gewünschten inneren Verluste auftreten. Dabei bildet die Deckschicht 1 zusammen mit dem dahinterliegenden Lufthohlraum in der Kernschicht 2 zwangsläufig einen Resonator, dessen Eigenfrequenz von Masse und Biegesteife der Schaumschicht 1 und von der Tiefe der Kernschicht 2 abhängig ist Die Resonatorwirkung kann erwünscht sein, wenn gezielt tieffrequenter Schall absorbiert werden soll. Meist wird jedoch breitbandige Wirksamkeit verlangt, die bei dem Weichschaum, z. B. Polyäthylenschaum, wegen der hohen inneren Dämpfung weitgehend zwangsläufig auftritt Es kann vorteilhaft sein, eine gleichmäßigere Absorption in einem breiten Frequenzbereich dadurch zu erzielen, daß man den Abstand A zwischen benachbarten Auflagen örtlich systematisch oder statistisch variiert

Dadurch verteilen sich die Resonanzfrequenzen über einen breiten Frequenzbereich.

F i g. 11 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Schallschluckplatte. Zur Verringerung der Eingangsimpedanz der Platte und damit zur Verringerung des Reflexionsfaktors r sind an Stelle der starren Abstandshalter nachgiebige, ebenfalls aus Weichschaum bestehende Abstandshalter 4 vorgesehen. Zwischen der Deckschicht 1 und der Wand 3 befindet sich demnach eine aus Weichschaum-Säulen bzw. -Stegen 4 aufgebaute Kernschicht 2, z. B. eine analog dem Streckmetall durch Schlitzen und Dehnen hergestellte Weichschaumwabe. Stege oder Säulen sind im allgemeinen deswegen günstiger als eine homogene Schaumschicht, weil sich in ihnen der Schall in Form von Dehnwellen fortsetzt, die

so eine kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit haben als die Dichte-Wellen im homogenen Medium. Die Schallgeschwindigkeit ei- in Gleichung 3 wird damit kleiner, die Anpassung besser.

Im obenerwähnten Sinne kann es günstig sein, von der regelmäßigen Struktur der Kernschicht 2 abzuweichen und die Auflagepunkte der Deckschicht t statistisch zu verteilen. Fi g. III zeigt eine entsprechend konstruierte Anordnung, die als Kernschicht 2 eine lose gebundene Schicht aus Schaumstoffgranulat 5 enthält

bo Als Schaumstoffgranulat können zu diesem Zweck Schaumstoff abfalle verwendet werden.

Die zweischichtige Schallschluckplatte wird aus Gründen der besseren Handhabung und um das Eindringen von Wasser in die Hohlräume zu vermeiden auf der Rückseite mit einer Folie kaschiert

Bewährt hat sich insbesondere die Kaschierung mit einer Papierschicht, weil die Schallschluckplatte dann mit üblichen DisDersionsklebern verklebt werden kann.

Bei Polyäthylen, das neben anderen bekannten Weichschäumen mit Raumgewichten unterhalb 50 kp/m³, wie beispielsweise Polybutylenen oder Polyäthylen und Polybutylen enthaltenden Mischpolymerisaten, gummiartigen Weichschäumen od. dgl., als geschlossenzelliger Schaum besonders geeignet ist, ist das Aufkaschieren beliebiger Materialien mittels Flammkaschierung sehr einfach, während in anderen Fällen ein Verkleben günstiger sein kann. Bei Polyäthylen beispielsweise bereitet das Verkleben bekanntlich Schwierigkeiten.

Besonders große Wirksamkeit erhält man, wenn Schallschluckplatten der beschriebenen Art gemäß F i g. IV mehrfach hintereinandergeschaltet werden, derart, daß Deckschicht 1 und Abstandhalter 2 einander in stetem Wechsel folgen. Durch Messungen konnte festgestellt werden, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles in einer solchen Anordnung bis auf '/s der Luftschallgeschwindigkeit reduziert werden kann, so daß die beschriebene Anordnung im Vergleich zu einem konventionellen, offenporigen Absorber bei gleicher Wirksamkeit nur '/5 von dessen Schichtdicke benötigt.

Die Schallschluckplatte kann mit Vorteil auch beidseitig absorbierend ausgeführt sein, wie dies beispielsweise bei der Verwendung als Schalldämpferkulisse erforderlich ist. In diesem Falle wird entsprechend Fig.V die Anordnung symmetrisch aufgebaut. Zwischen zwei Platten 1 aus Weichschaum ist wiederum die Kernschicht 2 vorgesehen. In der Kernschicht 2 befinden sich Abstandshalter 4. In der Mittelebene kann dabei als versteifendes Element 6 eine Blechplatte oder ein Gitter eingelegt sein.

Die bevorzugte Größe für Platten, deren akustische Wirksamkeit bei etwa 300Hz als untere Frequenz beginnen soll, liegt bei einer Deckschichtstärke von 5 mm und einer Kernschichtdicke von 25 mm.

Für Schalldämpferkulissen ergibt sich unter den gleichen Bedingungen die doppelte Stärke, nämlich zweimal 5 mm für die Deckschichten und ca. 50 mm Kernschichtdecke.

Die beidseitig absorbierend gestaltete, symmetrisch aufgebaute Platte kann auch als schallabsorbierende Stellwand oder als Schallschutzzaun verwendet werden. Hierbei läßt sich die Schalldämmung dadurch erhöhen, daß die ohnehin erforderliche versteifende Einlage in der Mittelebene angemessen schwer gewählt wird.

Durch rückseitige Kaschierung der Schallsohluckplatte mit einer schweren Folie oder mit einer Blechplatte kann deren Schalldämmung so erhöht werden, daß sie als Baustoff für schalldämmende Hauben an Maschinen oder ähnlichem verwendbar ist. Bei Hauben dieser Art wird im allgemeinen eine Schalldämmung von ca. 20 dB gefordert, was durch Aufkaschierung einer biegeweichen Schicht, z. B. einer Gummiplatte mit einem Flächengewicht von 3 kg/m² erreichbar ist.

Unabdingbare Forderung ist außerdem die schallschluckende Auskleidung der Innenseite, wofür die geschlossenzellige Schallschluckplatte sich sehr gut eignet, weil sie z. B. gegen Ölspritzer völlig unempfindlich ist.

Für den Bau schalldämmender Hauben ist es konstruktiv günstig, ein Wandmateriai aus einer Bahnenware zu verwenden, die nur in Querrichtung versteift ist. Hierdurch ist ein stützenfreies Verlegen über größere Breiten möglich, und das Wandmaterial ist, bedingt durch die Rollbarkeit, dennoch leicht zu transportieren.

Eine beispielhafte Ausführung eines solchen schallabsorbierenden und schalldämmenden Wandmaterials ist wie folgt aufgebaut:

Es besteht aus einer etwa 5 mm starken Weichschaum-Deckschicht, die auf eine etwa 20 mm starke Kernschicht aus einem Weichschaumgranulat aufkaschiert ist. Auf der Rückseite ist ein Streckmetallgitter angeordnet, und darauf eine 1,5 mm starke Gummifolie, die zur Gewichtserhöhung mit Schwerspat gefüllt ist. Das Streckmetall übernimmt dabei die Funktion der in einer Richtung steifen, in der anderen Richtung biegsamen Armierung.

Die spezifische Struktur eines solchen Streckmetallgitters erlaubt bei geringeren Ansprüchen auch die gleichzeitige Übernahme der Funktion der Kernschicht, und eine entsprechende Konstruktion ermöglicht die Herstellung einer vereinfachten Ausführung der Schallschluckplatte. Diese besteht entsprechend nur aus einem Streckmetallgitter mit einer Maschenweite größer als 10 mm mit einer darauf angeordneten ca. 20 mm dicken Weichschaum-Deckschicht. Die Unterseite des Streckmetallgitters ist mit einer Gummifolie abgedeckt.

Hierzu 3 Blatt Zcichnunacn

Claims

Patentansprüche:

1. Schallschluckplatte für Luftschall, bestehend aus einer Deckschicht und einer Hohlräume aufweisenden Kernschicht aus Schaumstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (1) aus geschlossenzeiligem Weichschaum mit einem Raumgewicht unterhalb 50 kp/m³ besteht, daß sie mit weniger als ²Ii ihrer Oberfläche mit der Kernschicht (2) verbunden ist, und daß die Abstände benachbarter Verbindungsstellen kleiner sind als die lOfache Dicke der Deckschicht

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen punktförmig sind.

3. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen stegfönnig sind.

4. Platte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) aus geschlossenzeiligem Weichschaum besteht.

5. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) aus Schaumstoffgranulat (5) besteht und der mittlere Teilchendurchmesser des Granulats (5) von der gleichen Größenordnung ist wie die Dicke der Deckschicht (1).

6. Platte nach Anspruch 1 bis 5 mit einer Stützschicht für die Kernschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (1) und die Kernschicht (2) mehrfach hintereinander auf einer gemeinsamen Stützschicht angeordnet sind.

7. Platte nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) zur Erzielung einer beidseitigen Wirksamkeit symmetrisch mit einer beidseitig angeordneten Deckschicht (1) aus geschlossenzeiligem Weichschaum abgedeckt ist.

8. Platte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelebene der Kernschicht (2) eine starre Platte als Versteifungselement (6) vorhanden ist.

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