DE69717789T2

DE69717789T2 - Schallabsorbierendes element, verfahren zu dessen herstellung und seine anwendung

Info

Publication number: DE69717789T2
Application number: DE69717789T
Authority: DE
Inventors: Dale Knipstein
Original assignee: Individual
Current assignee: Odecon Sweden Hasselby Se AB
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: AU723237B2; CN1209852A; US6194052B1; WO1997027370A1; ATE229601T1; PT876539E; SE9600273D0; KR19990082005A; BR9707191A; EP0876539A1; JP2000504120A; SE9600273L; CA2243950A1; DE69717789D1; CA2243950C; SE506188C2; EP0876539B1; JP3632768B2; AU1563497A; ES2190519T3

Description

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Element, wie ein solches herzustellen und wie es zu verwenden ist.
Verschiedene Arten von schallabsorbierenden Elementen sind auf dem Gebiet der Technik bekannt. Dämpfende Materialien, die an der Decke montiert sind, bestehen oft aus einer perforierten Platte mit einem schallabsorbierenden Material in Farm eines absorbierenden Filzes oder eines anderen auf Fasern beruhenden Materials, das auf der Rückseite der Platte angeordnet ist. Diese Platten werden in einem bestimmten Abstand von der tatsächlichen Decke angeordnet. Dies und die Tatsache, daß das schallabsorbierende Material selbst Platz erfordert, bedeutet, daß die zur Verfügung stehende Höhe des Raumes reduziert ist. Andere Typen von akustischen Kacheln, die aus Fasern, Glasfasern oder Asbest hergestellt sind, weisen vornehmlich während ihrer Installation Nachteile auf, jedoch auch während des Entfernens, da ihre Handhabung gesundheitsgefährdend ist. Geschäumte Kunststoffe werden auch als absorbierende Elemente verwendet. Diese Materialien weisen den offensichtlichen Nachteil auf, daß sie brennbar sind. Kunststoffschaumteile weisen oft eine kurze Lebensdauer auf, wobei sie anschließend auseinanderfallen.
Im Schwedischen Patent 207 484 ist ein schallabsorbierendes Element für Decken, Wände oder ähnliche Anwendungen beschrieben. Das Element gemäß dem Patent besteht aus einer einzigen Platte oder einer langen Wicklung von Material, die mit einer großen Menge von Öffnungen versehen ist, die in parallelen Reihen angeordnet sind, wobei die Teile des Elements, die zwischen benachbarten und parallelen Schlitzen liegen, aus der Ebene der Platte herausgepreßt sind und diese Teile mit dem Element durch Laschen verbunden sind. Alle hervorstehenden Teile sind dadurch in einer Ebene angeordnet, die parallel zur, jedoch außerhalb der Ebene der Platte ist. Die Öffnungen werden somit durch Schlitze ähnlicher Größe gebildet, die rechtwinklig zur Ebene des Materials orientiert sind. Jeder Schlitz grenzt daher an die Platte und die Vorsprünge, die durch die Laschen mit der Platte verbunden sind. Diese Vorsprünge sind im wesentlichen parallel zur Platte orientiert. Falls die obere Oberfläche der herausgepreßten Vorsprünge immer noch unterhalb der unteren Oberfläche der Platte wäre, fordert das Patent, daß keine Schlitze erzeugt werden, das heißt, ein nur vertikal orientierter Schlitz durch die Platte wird als in den Patentansprüchen nicht enthalten betrachtet, sondern der Vorsprung muß auf eine Weise so erzeugt werden, daß der Vorsprung im wesentlichen über die Oberfläche der Platte hinaus herausgepreßt wird.
Ein ähnlicher Aufbau ist aus der schwedischen veröffentlichten Druckschrift 394 126 bekannt, in der ein Metallblech beschrieben ist, das eine große Anzahl von hervorragenden Segmenten aufweist, die wie parallele Rippen geformt sind, wobei jedes hervorstehende Segment aus einem Teil des Metallblechs besteht, das zwischen zwei longitudinal orientierten Schlitzen liegt, und wobei die Schnittoberflächen von jedem hervorragenden Segment über die mittlere Ebene der Platte hinausgedrückt sind.
Kombinationen von Platten mit durchgehenden Schlitzen verschiedener Formen in Kombination mit einer Schicht von schallabsorbierendem zusätzlichem Material sind auch beispielsweise aus der schwedischen veröffentlichten Publikation 325 694 und der US 2,009,512 bekannt.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Platten gibt es verschiedene absorbierende Platten aus gepreßten Fasern und porösen Materialien, entweder kombiniert mit Platten oder alleine.
Ein gemeinsames Merkmal im Stand der Technik ist, daß der Schall die Platten durch Löcher und Schlitze von relativ großer Größe durchdringt und daß die Platte selbst als ein Resonanzabsorber arbeitet. Um den Energieverlust weiter zu vergrößern, das heißt, die Schallabsorption zu vergrößern, ist eine Luftstromwiderstandsschicht hinter den Löchern oder Schlitzen angeordnet.
Diese früheren Arten von perforierten akustischen Kacheln sind vom Helmholtz-Resonatortyp, das heißt, ein Resonanzabsorber, wobei eine mit Löchern ausgestattete Platte in einem bestimmten Abstand von einer starren Wand angeordnet ist.
In einem Artikel von H. V. Fuchs, Einsatz mikroperforierter Platten als Schallabsorber mit inhärenter Dämpfung, Acustica vol. 81 (1995), S. 107-116 wird die Theorie eines anderen Typs von Schallabsorbern beschrieben.
In dem Artikel wird beschrieben, wie eine mikroperforierte Platte verwendet werden kann, um eine breitbandige Absorption zu erreichen. Die Theorie dahinter ist, daß die Schwingungen in der Luft (= der Schall) effektiv durch den Einfluß der Scherkräfte innerhalb der kleinen Löcher gedämpft werden und daß auf diese Weise eine breitbandige Absorption erreicht wird, ohne zusätzliche Fasern oder anderes poröses Material zu verwenden. Die Löcher in dem Artikel werden unter Verwendung eines Laserstrahls hergestellt.
In dem oben zitierten Artikel wird jedoch geschlußfolgert, daß die Produktionskosten dieser Platten beträchtlich sind und daß, wenn steife oder dicke Materialien verwendet werden, Kostenüberlegungen deren Einsatz unmöglich machen. Die Theorie von Mikrolöchern ist seit 1950 diskutiert worden, doch die Schwierigkeiten, so viele und so kleine Perforationen herzustellen, hat den praktischen Einsatz von Mikrolöchern als einem schallabsorbierenden Mittel verhindert.
Somit ist gezeigt worden, daß die schalldämpfenden Elemente nach dem Stand der Technik, beispielsweise Helmholtz-Typ-Resonatoren, neben den zuerst erwähnten Nachteilen auch den Nachteil aufweisen, daß eine Kombination von Materialien verwendet werden muß, um eine gewünschte Absorption über einen weiten Frequenzbereich zu erreichen.
Es hat sich auch gezeigt, daß schalldämpfende Elemente, die Mikroperforationen benutzen, sehr teuer in der Herstellung beispielsweise mittels eines Laserstrahls wie in dem obigen Artikel, sind.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein schallabsorbierendes Element zu erreichen, das eine breitbandige Absorptionscharakteristik aufweist, das aus einer einzigen Platte besteht, die einfach zu installieren und einfach herzustellen ist, und das keine zusätzliche Schicht an Fasern oder dergleichen benötigt.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein schallabsorbierendes Element zu erreichen, das einfach in zwei oder drei Dimensionen geformt werden kann, das schweißbar ist und das einfach gesäubert werden kann, selbst mit Hochdrucksandstrahlen oder anderen Reinigungsverfahren einschließlich verschiedener Arten von Reinigungsmitteln.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein schallabsorbierendes Element zu erreichen, das aufgrund seiner Herstellungsweise wirtschaftlich vorteilhaft ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein schallabsorbierendes Element zu erreichen, das feuerbeständig ist und harten Bedingungen, beispielsweise korrosiven Umgebungen, widerstehen kann.
Ein weiterer Zweck ist es noch, ein schallabsorbierendes Element zu erreichen, das einen dekorativen Effekt aufweist.
Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß es mit einem schallabsorbierenden Element gemäß der Erfindung und einem Herstellungsverfahren für dieses schallabsorbierende Element möglich ist, exzellente Schallabsorption über im wesentlichen die gesamte tatsächliche Bandbreite zu erzielen. Die oben beschriebenen Zwecke werden durch ein Element und ein Herstellungsverfahren erreicht, die durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 10 charakterisiert sind, ebenso wie durch ihre Verwendung gemäß den Ansprüchen 12 bis 16 und eine schallabsorbierende Vorrichtung nach Anspruch 17.
Mit dem Element und dem Verfahren wird ein einfaches und unkompliziertes Element erreicht, das einfach herzustellen und zu montieren ist und das hohen Temperaturen und anspruchsvollen chemischen Umgebungen widersteht und das selbsttragend ist.
Das Element gemäß der Erfindung ist formbar und kann geschweißt werden und ist dünn, leichtgewichtig und flexibel zu montieren.
Das Element gemäß der Erfindung ist darüber hinaus an verschiedene akustische Anforderungen anpaßbar, indem eine Anzahl von Schlitzen pro m² variiert wird und auch indem die Schlitzform variiert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Leistung vorauszusagen, was bedeutet, daß ein Element oder ein Elementsystem für verschiedene Bedürfnisse maßgeschneidert werden kann.
Es hat sich auch gezeigt, daß das Element sehr effektiv zur Dämpfung von Maschinenlärm ist. Es kann daher in Motorräumen, in Maschinenwerkzeugen und Fahrzeugen verwendet werden. Wenn es in Schalldämpfern verwendet wird, kann ein Teil oder der gesamte Dämpfer aus dem Element gemäß der Erfindung bestehen.
Die Einsetzbarkeit des Elements für die oben beschriebenen Applikationen hängt nicht nur von der exzellenten Formbarkeit und, der Möglichkeit ab, das Element mit Metallkonstruktionen mittels bekannter Verfahren wie beispielsweise Schweißen zu verbinden, sondern auch von Eigenschaften wie etwa der Feuerbeständigkeit und der Waschbarkeit.
Zusätzliche Merkmale des Elements und des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine ebene Ansicht einer Ausführung eines Teils eines Elements gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte Teiloberfläche des Elements von Fig. 1 zeigt, die einem Gebiet von ca. 4 cm² entspricht;
Fig. 3 ein Profil zeigt, das der markierten Linie in Fig. 2 durch eine Anzahl von Schlitzen, wo diese am weitesten sind, entspricht;
Fig. 4 zwei Vergleichskurven der Veränderung des Absorptionsfaktors mit der Frequenz für zwei Ausführungen des Elements gemäß der Erfindung zeigt.
In Fig. 1 ist eine ebene Ansicht eines Teils einer Ausführung gemäß der Erfindung von einem schallabsorbierenden Element 1 mit Mikroschlitzen 2 gezeigt. Das durch die Schlitze gebildete Muster stellt nur ein Beispiel von vielen möglichen Anordnungen der Schlitze dar. Die gegenseitige Beziehung zwischen den Schlitzen ist unter anderem abhängig davon, einen wie großen Teil der Oberfläche die Schlitze bilden. Das Muster kann natürlich gestaltet sein, um einen speziellen dekorativen Effekt zu erreichen, ohne die Möglichkeit zu nehmen, die Form der Schlitze und ihre Anzahl so zu variieren, daß die gewünschte Schallabsorption erreicht wird. Die Schlitze des in Fig. 1 gezeigten Elements sind in Reihen angeordnet, und diese Reihen sind wechselseitig angeordnet. Durch diese Anordnung wird die Steifigkeit des Elements vergrößert, da es leicht gewellt ist, was natürlich bedeutet, daß ein dünneres Material verwendet werden kann als ohne die Wellen.
Fig. 2 ist eine Vergrößerung von Fig. 1, wobei die Schlitze detaillierter zu sehen sind. Die maximale Breite b und Länge 1 der Mikroschlitze ist in der Figur markiert. Die Mikroschlitze in der gezeigten Ausführung wurden dadurch gefertigt, daß die Materialwicklung mit einem Schneidewerkzeug bearbeitet worden ist, das eine Kante aufweist, die gegenüber einer anderen Kante eine wellenförmige Form aufweist. Mit einem geeigneten Druck auf die Materialebene werden die Schlitze 2 mit einer ersten bzw. zweiten Schlitzkante 3 bzw. 4 erzeugt, wobei die hervorstehenden Zähne der Kante des Werkzeugs gegen die Materialebene gepreßt werden, wobei bei einer bestimmten Scherkraft eine Kante 3 des Schlitzes teilweise aus der Ebene herausgepreßt wird und der Schlitz 2 erzeugt wird. Teil 5 zeigt die Schlitzkante 3, die durch das Verfahren leicht deformiert ist. Die andere Schlitzkante 4 ist in der Figur nicht zu sehen. Diese Bearbeitung des Materials kann durch verschiedene Arten von Schneideanordnungen durchgeführt werden.
Bei diesem Schneideverfahren wird natürlich angenommen, daß der Druck so kontrolliert wird, daß die Länge und Größe der Schlitze die beabsichtigte ist und daß das Material nicht abgeschnitten wird. Die richtigen Parameter für das Schneideverfahren können durch einen Fachmann im Rahmen der Erfindung bestimmt werden. Durch das Versetzen der gezahnten Werkzeugkante in dem gezeigten Beispiel in jeder aufeinanderfolgenden Reihe um die Hälfte der Wellenlänge zwischen den Zähnen erhalten die Schlitze ein Zickzackmuster in der Longitudinalrichtung.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2. In der Figur ist erkennbar, daß die Mikroschlitze 2 rechtwinklig zur Materialebene 1 orientiert sind. Die teilweise Deformation des Metalls, die durch das Scheren verursacht worden ist, ist in dieser Figur vernachlässigt. Beim Scheren zur Herstellung der Schlitze 2 wird die Scheroberfläche 6 um mehr als die Dicke der Materialebene herausgepreßt. Anschließend werden die Vorsprünge gerollt, so daß sie in einer gewünschten Position stehen und mehr oder weniger aus der Materialebene herausstehen.
Beim Betrachten der Figuren, insbesondere Fig. 2, ist die Form der Mikroschlitze erkennbar. Die Schlitze weisen eine längliche Form auf, die an den Enden enger ist, und im wesentlichen in der Ebene des Elements liegt. Aufgrund der variierenden Breite der Schlitze wird ein weiter Frequenzbereich absorbiert, das heißt, Schallwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen werden durch unterschiedliche Schlitzbreiten behindert.
Eine geeignete Länge für die Schlitze liegt zwischen 3 und 20 mm. Gute Ergebnisse werden mit Längen von 4-10 mm und mit Längen von etwa 5-6 mm erzielt. Die maximale Breite der Schlitze in der Ebene des Elements kann zwischen 0,01-0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 mm, bevorzugt zwischen 0,1 bis 0,4 mm variieren.
Zwei Kurven, die die Schallabsorption von zwei verschiedenen Ausführungen der Erfindung zeigen, sind in Fig. 4 dargestellt. Die durchgezogene Linie A zeigt eine Absorptionskurve, wobei das Element gemäß ISO 356 in einer Entfernung von 150 mm von der Wand angeordnet ist. Kurve B zeigt die Absorption, wenn zwei identische Elemente übereinander angeordnet sind, eines in einem Abstand von 100 mm und das andere in einem Abstand von 150 mm von der Wand. Alle bei den Messungen verwendeten Elemente waren identisch ausgebildet, das heißt, dieselbe Form und Anzahl von Schlitzen wurde bei allen Elementen verwendet. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß durch das Montieren von zwei einzelnen Elementen übereinander eine bessere Absorption über den im wesentlichen gesamten Frequenzbereich erzielt wird, verglichen mit der Verwendung nur eines einzelnen Elements. Ähnliche Kurven, die für verschieden ausgebildete Elemente (verschiedene Schlitzgröße und Dichte) gemessen werden, ergeben etwas unterschiedliche Kurven, obwohl die generellen Ergebnisse von verschiedenen Elementen im wesentlichen wie die des gezeigten Beispiels sein werden.
Die Materialien, aus denen die Elemente hergestellt werden, sind vorzugsweise Metalle. Beispiele hierfür sind rostfreier Stahl, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Natürlich können auch andere Metalle oder Legierungen verwendet werden. Es ist denkbar, daß in bestimmten Anwendungen geeignete Kunststoff- bzw. Plastikmaterialien verwendet werden können.
Die Elemente gemäß der Erfindung könne natürlich als sofort einsatzfähige Module verschiedener Größen ebenso wie in der Form von Rollen oder Blechen hergestellt werden, die später zugeschnitten werden, um für die beabsichtigte Verwendung zu passen. Das Element kann auch unabhängig von den Schlitzen auf eine solche Weise geformt sein, daß das Element versteift wird, beispielsweise durch Falten oder dergleichen. Die fertigen Module können, wie für den Fachmann offensichtlich, mit Rahmen, Befestigern oder dergleichen versehen sein. Andere Modifikationen können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne das erfindungsgemäße Konzept zu umgehen, das in den Patentansprüchen ausgedrückt ist.

Claims

1. Schallabsorbierendes Element, das aus einer Platte aus Material besteht, in der Löcher angeordnet sind und die selbsttragend ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher aus Mikroschlitzen (1) gebildet sind, die an die Schallabsorption angepaßt sind, wobei jeder Schlitz eine längliche Form aufweist und im wesentlichen in der Ebene des Elements liegt, wobei die maximale Breite der Schlitze ungefähr 0,01 bis 0,8 mm beträgt und die Schlitze in der Breite und Länge der Platte voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei wenigstens der Teil der Platte, der in der Nähe jedes Schlitzes ist, teilweise aus der Ebene der Platte herausgepreßt ist.

2. Schallabsorbierendes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise herausgepreßten Teile mittels eines leichten Rollens der Platte aus Material teilweise wieder in die Ebene der Platte zurückgebracht sind.

3. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroschlitze eine maximale Breite von vorzugsweise 0,05-0,5 mm und besonders bevorzugt von 0,1-0,4 mm aufweisen.

4. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroschlitze eine Länge von 3-20 mm, vorzugsweise 4-10 mm und besonders bevorzugt 5-6 mm aufweisen.

5. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialplatte einen Perforationsgrad von 10-40%, vorzugsweise 15-30% und besonders bevorzugt 20-30% aufweist.

6. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialplatte eine Stärke von 0,1-10 mm, vorzugsweise 0,1-5 mm aufweist.

7. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialplatte aus einem Metall hergestellt ist, das bevorzugt aus der Gruppe von rostfreiem Stahl, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgewählt ist.

8. Schallabsorbierendes Element nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialplatte aus Kunststoff- oder Plastikmaterial besteht.

9. Schallabsorbierendes Element, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei einzelne Elemente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-7 verbunden sind, um eine Einheit zu bilden, oder daß wenigstens zwei dieser Elemente mit einem bestimmten Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines schallabsorbierenden Elements nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Materialplatte (1) mit einem Scherwerkzeug bearbeitet wird, das so ausgebildet ist, daß es in bestimmten Abständen entlang der Länge und Breite der Platte so gegen die Platte pressen kann, daß Löcher in Form von Mikroschlitzen (2) erzeugt werden, wobei die Platte, die verarbeitet wird, teilweise bricht und wenigstens der Teil der Platte, der in der Nähe der Schlitze liegt, ganz oder teilweise aus der Ebene des Materials herausgepreßt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Materialplatte herausstehenden Teile durch ein sanftes Rollverfahren ganz oder teilweise in die Ebene der Platte zurückgebracht sind.

12. Verwendung eines schallabsorbierenden Elements nach irgendeinem der Ansprüche 1-7 oder 8 als einem schallabsorbierenden Element in der Bau-, Lüftungs- und Heizungsindustrie.

13. Verwendung eines schallabsorbierenden Elements nach irgendeinem der Ansprüche 1-7 oder 8 für die Lärmbekämpfung an Arbeitsmaschinen und Fahrzeugen.

14. Verwendung eines schallabsorbierenden Elements nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1-8 als Schallisolation in Motorräumen.

15. Verwendung eines schallabsorbierenden Elements nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1-7 oder 8 in Schalldämpfern.

16. Verwendung nach irgendeinem der Ansprüche 12-15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei schallabsorbierende Elemente nach irgendeinem der Ansprüche 1-7 in einem System oder in doppelten oder mehrfachen Schichten mit einem bestimmten Abstand zwischen den Elementen angeordnet sind.

17. Schallabsorbierende Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß schallabsorbierende Elemente nach irgendeinem der Ansprüche 1-7 oder 8 verwendet werden, wobei das Element oder die Elemente in einer vorgegebenen Form ausgebildet sind.