DE69911331T2

DE69911331T2 - Schalldämmende Wabenstruktur und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69911331T2
Application number: DE69911331T
Authority: DE
Inventors: Patrick Gonidec; Jean Adam Roger Treger
Original assignee: Hurel Hispano Le Havre SA
Current assignee: Hurel Hispano Le Havre SA
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: FR2781719B1; CA2279094C; FR2781719A1; EP0976883A1; CA2279094A1; DE69911331D1; EP0976883B1; US6274216B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wabenstruktur nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, die sich in besonderer Weise für die Konstruktion von schalldämmenden Tafeln eignet, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine solche Struktur ist z. B. aus FR-A-2 261 872 bekannt.
Eine bekannte schalldämmende Struktur hat das Aussehen einer Tafel, die aus Wabenzellen besteht, die zwischen einer vollen Platte und einer perforierten Platte angeordnet sind, durch welche die Zellen sich zu dem lärmenden Milieu öffnen. Die Schallwellen breiten sich in den Zellen aus, indem sie durch die Perforationen wandern, und werden dort durch aufeinanderfolgende Reflexionen an den Wänden absorbiert und können die Zellen kaum noch verlassen. Diese Struktur wird als Helmholtz-Resonator bezeichnet.
Es ist möglich, zwei Zellenschichten aufeinander zu stapeln, indem man ein perforiertes Blech zwischenfügt, um sie voneinander zu trennen, wobei jedoch die Verbindung zwischen ihnen beibehalten wird. Auf der Rückseite des Stapels wird noch eine durchgehende Platte angeordnet, und davor wird eine perforierte Platte angeordnet. Die Schallwellen treten also in die erste Zellenschicht und dann in die zweite ein, wodurch die Schallabsorption verbessert wird. Diese Struktur wird als Helmholtz-Resonator mit zwei Freiheitsgraden bezeichnet, von dem ein Beispiel in dem Dokument US-A-4 265 955 dargestellt ist, Als Variante kann das perforierte Trennblech durch ein Metallgewebe ersetzt werden, das man zwischen die Zellenschichten oder auf ein Lochblech klebt, das sie trennt.
Ein Nachteil dieser komplexeren Strukturen rührt daher, daß diese Zusammensetzungen von Schichten aus Zellen und Blechen oder Gewebe im allgemeinen zerbrechlich sind, und daß es mitunter schwierig ist, sie in befriedigender Weise herzustellen; und da man häufig gezwungen ist, die Platten zu biegen oder in irgendeiner Weise zu verformen, bevor man sie in den Geräten benutzen kann, treten Scherkräfte auf, die im Innern der Tafel größer sind als an seiner Oberfläche, was erklärt, daß sie an diesen Grenzflächen zwischen den Zellenschichten leicht zerreißen. Die Situation wird noch verschärft, wenn die Biegung von Zug oder Kompression begleitet wird und wenn sie um zwei Längs- und Breitenrichtungen auftritt oder wenn die Grenzfläche der Schichten nicht in der Mitte der Wandstärke der Struktur liegt, weil die neutrale Linie der Beanspruchungen Abstand von der Grenzfläche hat, die dann noch stärker belastet wird.
Man kann diese Nachteile vermeiden, indem man die Zellenschichten separat verformt und sie dann zusammensetzt, wodurch die Scherkräfte an den Grenzflächen eliminiert werden. Die Justierung der Zellenschichten ist dann allerdings noch komplizierter, und es muß sichergestellt sein, daß die Formgebung ausreichend präzise durchgeführt wird, um diese Justierung zu ermöglichen.
Nach der Lehre des Dokuments FR-A-2 261 872 ist das Metallblech, durch das die Zellenschichten herkömmlicherweise getrennt werden, durch vorgefaltete Plättchen ersetzt, mit denen sich aufeinanderfolgende Zellenschichten herstellen lassen, ohne daß die Struktur sehr versteift wird und damit große Beanspruchungen weder auftreten oder aufgenommen werden. Die Plättchen zum Trennen der Zellen können nämlich hier sehr viel feiner sein als die herkömmlichen Bleche oder Gewebe, da sie weder bei der Herstellung noch später einer Bruchgefahr ausgesetzt sind und bei der Zusammensetzung der Struktur keine Rolle spielen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Struktur anzugeben, sich einfacher herstellen läßt.
So betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form eine Struktur, bestehend aus gewellten Hauptfolien, die über geradlinige Ränder abwechselnd mit benachbarten und gegenüberliegenden Hauptfolien verbunden sind, wobei sie Zellen mit hexagonalem Querschnitt bestimmen, wobei jede Zelle durch eine Membran in zwei Teile unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptfolien Zwischenfolien vorgesehen sind, die gefaltet und mit geradlinigen Rändern zweier benachbarter Hauptfolien verbunden sind, wobei sie innerhalb der Zellen Membranen mit Bruchfalte bilden.
Die Zwischenfolien können porös, perforiert oder durchgehend, nachgiebig, halbstarr, oder zusammengesetzt sein, aus dünnem Blech, Gewebe usw. bestehen. Es werden mehrere Beispiele angegeben, die sich für die Konstruktion von Helmholtz-Resonatoren eignen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur, das darin besteht, die Zwischenfolien longitudinal zu falten, um dort zwei durch eine Falte getrennte Lippen zu bilden, Hauptfolien und Zwischenfolien im Wechsel zu stapeln und dabei erste Facetten der Hauptfolien an Stellen, die die geradlinigen Ränder ergeben sollen, abwechselnd mit benachbarten Hauptfolien zu verbinden, und den ersten Facetten entgegengesetzte zweite Facetten der Hauptfolien mit Abschnitten von Zwischenfolien zu verbin den, wobei diese Abschnitte einer einzigen der beiden Lippen angehören und Abstand von der Falte haben.
Anhand der anliegenden Zeichnungen werden nun die wichtigsten Realisierungsformen beschrieben, die derzeit für die vorliegende Erfindung ins Auge gefaßt werden,
1 zeigt einen Helmholtz-Resonator,
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der hier vorgeschlagenen Wabenstruktur,
3 zeigt eine isolierte Ansicht der Zellentrennfolien, die für eine Ausführung der Erfindung charakteristisch sind,
4 zeigt einen Helmholtz-Resonator mit mehreren Freiheitsgraden,
5 und 6 zeigen das charakteristische Element einer anderen Realisierungsform der Erfindung vor und nach dem Öffnen der Zellen,
7, 8 und 9 zeigen drei zusätzliche Realisierungsformen der Erfindung.
Ein Helmholtz-Resonator, bei dem die Erfindung angewendet werden kann, besteht also aus einer von einem perforierten Blech gebildeten Platte 1 auf der Vorderseite, einer aus einem vollen Blech gebildeten Platte 2 auf der Rückseite und einer zwischen diesen Blechen angeordneten Wabenschicht 3, die aus dünnen metallischen Hauptfolien 4 hergestellt ist, welche die Zellen 5 voneinander trennen.
2 zeigt zwei dieser metallischen Hauptfolien 4, die einander benachbart sind, sie verlaufen in gebrochenen Linien, wobei geradlinige Ränder 6 mit schrägen Rändern 8 abwechseln, und sind an jedem zweiten geradlinigen Rand 6 verbunden und miteinander verklebt, während sie an den anderen geradlinigen Rändern 6 mit anderen benachbarten Hauptfolien 4 verbunden sind, die jedoch nicht dargestellt sind, wobei eine Zelle 5 sich zwischen zwei geradlinigen Rändern 6 zweier benachbarter Hauptfolien 4 erstreckt.
Aus 3 sind Zwischenfolien 9 besser erkennbar, die im Wechsel mit den Hauptfolien 4 zu diesen hinzugefügt wurden, wobei jede dieser Folien 9 zwischen zwei benachbarten Hauptfolien 4 liegt. Diese Zwischenfolien 9 sind gefaltet. Die Falte 10 ist an der Stelle der miteinander verbundenen geradlinigen Ränder 6 intakt, so daß die Zwischenfolien 9 sich an dieser Stelle als zwei aneinandergrenzende Lippen 11 und 12 darstellen, anderweitig ist sie jedoch gebrochen, und in den Zellen 5 breiten sich die Zwischenfolien 9 auseinander, wobei sie gesonderte Membranen 13 bilden, die die Lippen 11 und 12 trennen und die Zellen 5 verschließen, indem sie sie in zwei Teile teilen. Obwohl auch andere Formen als diese möglich sind und das Herstellungsverfahren nicht immer derart reine Formen zuläßt, kann man auf den Membranen 13 einen flachen rechteckigen Abschnitt 14, der zwischen den geradlinigen Rändern 6 liegt, und zwei geneigte dreieckförmige Abschnitte 15 unterscheiden, die sich zwischen den schrägen Rändern 8 zu beiden Seiten des flachen Abschnitts 14 erstrecken und zu den miteinander verbundenen geradlinigen Rändern 6 ansteigen. Die Zwischenfolien 9 weisen außerdem noch vertikale Fachwände 16 auf, die mit den geradlinigen Rändern 6 verklebt sind, sowie Fachwände 17, die vor den schrägen Rändern 8 verlaufen. Schließlich ist in jeder Membran 13 wenigstens eine Öffnung 7 angebracht.
Die Membranen 13 haben die Aufgabe, die Zellen 5 zu unterteilen, indem sie die Funktion des aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenblechs zur Trennung der Wabenschichten übernehmen. Wenn die Struktur als akustischer Resonanzabsorber benutzt wird, sind die Membranen 13 perforiert oder porös, so daß die Luft zwischen den beiden Teilen der Zellen 5 übertragen werden kann. Sie können aus einem nachgiebigen Material bestehen (d. h. einem Material, das sich unter der Einwirkung auch kleiner Kräfte verformt) oder einem halbstarren Material (d. h. einem Material, das sich nur unter der Einwirkung von größeren Kräften verformt, die z. B. notwendig sind, um die Zellen 5 zu öffnen, indem seitlich an den Metallfolien 4 gezogen wird, die ursprünglich gerade sind). Man kann feine Metallblechfolien benutzen, Metallgewebe, Metallflechten, eine weiche Membran, harzgetränkte Folien usw.. Die Proportionen der flachen und geneigten Abschnitte 14 bzw. 15 sind nicht kritisch, ebensowenig die Position der Höhe der Membranen 13 in den Zellen 5. Außerdem kann die Falte 10 zu dem einen oder dem anderen der beiden Bleche 1 und 2 orientiert sein.
Die Anordnung kann kompliziert sein, wenn man mehrere Zwischenfolien 9 vorsieht, die übereinanderliegen und ebenso viele Membranen 13 in den Zellen 5 bilden, wie dies in 4 dargestellt ist. Man erhält dann einen Helmholtz-Resonator mit drei oder mehr Freiheitsgraden.
Das Herstellungsverfahren kann in ein klassisches Herstellungsverfahren für Wabenstrukturen integriert sein: Statt die Hauptfolien 4 direkt aufeinander zu stapeln, ordnet man zwischen ihnen die Zwischenfolie 9 an, die dann in Längsrichtung gefaltete Folien sind, um die Lippen 11 und 12 zu formen, wobei die Falte 10 fortlaufend ist. Auf den Abschnitten der Hauptfolien 4, die die geradlinigen Ränder 6 bilden sollen, wird abwechselnd auf einer und der anderen Seite Klebstoff aufgebracht, um sie miteinander sowie mit den Teilen der Lippen 11 und 12 der Zwischenfolien an diesen Stellen zu verbinden.
Auf den Hauptfolien 4 wird vor den Abschnitten der Zwischenfolien 9, die die vertikalen Fachwände 16 bilden sollen, ebenfalls Klebstoff aufgebracht. Wenn die so verklebten Folien 4 und 9 gestapelt und gepreßt wurden und der Klebstoff getrocknet ist, öffnet ein seitlicher Zug auf den Stapel der Folien 4 und 9 die Zellen 5 und flacht dort die Zwischenfolie 9 ab, indem die Falten 10 gebrochen werden, wodurch die Membranen 13 gebildet werden.
Es sind durchaus Varianten zur Herstellung möglich, beginnend mit denen, die man bereits beim Stand der Technik zur Herstellung der Waben vorfindet. Man kann insbesondere Verbundwerkstoffe benutzen, die man durch Brennen härtet. Wenn die Zwischenfolien 9 andererseits für den Klebstoff undurchlässig sind, müssen die Lippen 11 und 12 ebenfalls verklebt werden, damit sie an den Stellen der geradlinigen Ränder 6 aneinander haften; wenn sie durchlässig, porös oder mit Harz vorimprägniert sind, müssen Trennfolien auf die beiden Flächen der Lippen 11 und 12 zumindest auf und unter die Stellen eingeschoben werden, die die Membranen 13 ergeben sollen, um an dieser Stelle jedes Haften zu vermeiden, sowie zwischen den Lippen 11 und 12 an den Stellen der vertikalen Fachwände 16 und 17; nachdem die Zellen 5 geöffnet wurden, werden die Antihaftfolien herausgezogen.
Die vertikalen Fachwände 17 können an den schrägen Rändern 8 der Hauptfolien 4 haften oder nicht, je nach dem, ob sie mit Klebstoff getränkt sind oder nicht; wenn dies der Fall ist, wird die Struktur starrer. Wenn die Zwischenfolien 9 aus weichem Gewebe bestehen, können sie nach dem Öffnen der Struktur an den Membranen 13 mit aushärtbarem Harz bestrichen werden, um auch diese zu versteifen.
Im folgenden werden nun weitere Ausführungsformen beschrieben. So kann jede aus einem fortlaufenden Band bestehende Zwischenfolie 9 durch getrennte Elemente ersetzt werden, von denen eines in 5 dargestellt und mit 20 bezeichnet ist. Dieses Element 20 besitzt ebenfalls eine Falte 21, und seine beiden Hälften sind relativ zu der Faltlinie symmetrisch. Ihre Form ist komplex und besteht aus einem Trapez 22, wobei die beiden Trapeze 22 an der Falte 21 mit ihren großen Grundlinien verbunden sind, sowie aus einem Rechteck 23, das mit der kleinen Grundlinie des Trapezes 22 verbunden ist. Die Rechtecke 23 sollen mit dem einzigen entsprechenden geradlinigen Rand 6 in der gleichen Weise verklebt werden, wie dies oben beschrieben wurde. Wenn man die Zellen 5 öffnet, flachen sich die beiden Trapeze 22 durch Brechen der Falte 21 zu einem regelmäßigen Sechseck ab, so daß man also eine in 6 dargestellte flache Membran 24 erhält, die eine der Zellen 5 verschließt. Diese Ausführung ermöglicht eine sorgfältigere Konstruktion, ohne daß man, wie zuvor, Unregelmäßigkeiten beim Falten befürchten muß, dies jedoch auf Kosten einer schwierigeren Durchführung. 5 zeigt auch eine Antihaftfolie 25, die zwischen die Lippen der Falte 21 (die Hälften des Elements 20) und zwei weitere, 36 und 37, eingeschoben ist, die die Trapeze 22 ganz abdecken; diese Folien 35 bis 37 sind, wie oben bereits angedeutet, nur dann von Bedeutung, wenn die Elemente 20 für den Klebstoff durchlässig sind oder mit Harz bestrichen sind; sie werden entfernt oder fallen ab, wenn die Wabenstruktur durch Öffnen der Zellen 5 fertiggestellt wurde.
Die Zwischenfolien können auch zusammengesetzt sein. Ein Beispiel ist in 7 dargestellt, das zeigt, daß die Membranen, die sie bilden, eine halbstarre Armierung 28 und eine weiche Folie 29 aufweisen können. Diese befindet sich auf der Seite des perforierten Blechs 1 und ist deshalb den Druckänderungen ausgesetzt, die auf akustische Vibrationen zurückzuführen sind. Sie verformt sich also, wobei sie sich vor der Armierung 28 hin- und herbewegt, in der Löcher 30 herausgearbeitet sind, die als Reaktion auf die Auslenkungen der weichen Folie 29 den Durchgang der Luft ins Innere der Zelle 5 ermöglichen. Durch diese Luftzirkulation durch die Löcher 30 wird eine zusätzliche Dämpfung der Vibrationen erreicht.
Es kann zumindest bei dieser speziellen Realisierungsform nützlich sein, wenn die Hauptfolien 4 gelocht sind, um die Zellen 5 durch die Öffnungen 31 miteinander in Verbindung zu setzen und dort den Druck auf der Seite der durchgehenden Platte 2 zu vergleichmäßigen. Zum Außenraum hin können weitere Öffnungen 32 vorgesehen sein, um den Druck in allen Zellen 5 zu beiden Seiten der Membranen zu vergleichmäßigen oder im Gegenteil einen abweichenden Druck einzublasen.
Schallwellen, die auf die weiche Folie 29 auftreffen, haben hier also nicht die Möglichkeit, diese zu durchdringen, um sich in dem zweiten Teil der Zelle 5 zu verbreiten und zu zerstreuen. Diese Struktur ist kein Resonator mehr, sondern ein akustischer Energievernichter, der eine ähnliche Funktion hat. Allgemeiner betrachtet, kann ein Energievernichter aus nichts anderem als aus der weichen Folie 29 bestehen; er kann auch mit einem Resonator kombiniert sein; wenn man noch einmal auf die Konstruktion von 4 zurückgreift, könnte die letzte Zwischenfolie 9, d. h. diejenige, die dem vollen Blech 2 am nächsten liegt, durchgehend sein, während die anderen von Öffnungen durchlöchert bleiben, damit die akustischen Wellen durch sie hindurchwandern können.
Eine andere Variante einer zusammengesetzten Folie ist in 8 dargestellt. Hier besteht Membran aus einem weichen Träger 38, der aus einer durchgehenden Folie, wie der Folie 9, und aus einem isolierten Element, wie dem Element 20, hergestellt ist, und aus einem steiferen Blättchen 39, das auf den Träger aufgeklebt und von der Membran umgrenzt ist und das die Wirkung hat, diese zu beschweren und so die Energievernichtung zu unterstützen. Eine in 9 dargestellte weitere Variante ist durchgehenden Folien, wie der Folie 9, vorbehalten und besteht darin, diese an den Stellen zu verdicken, die den schrägen Rändern 7 gegenüberliegen sollen. Zu diesem Zweck können auf die Lippen 11 und 12 an den gewünschten Stellen Verstärkungsstreifen 40 aufgeklebt werden.
Die Höhe der Klebestelle der Lippen 11 und 12 (an den vertikalen Fachwänden 16) kann etwa gleich (h –
a) sein, worin a die Seitenlänge der Sechsecke, die die Zellen 5 bilden, und h die Höhe der Zellen 5 bezeichnen.

Claims

Struktur, bestehend aus gewellten Hauptfolien (4), die über geradlinige Ränder (6) abwechselnd mit benachbarten und gegenüberliegenden Hauptfolien (4) verbunden sind, wobei sie Zellen (5) mit hexagonalem Querschnitt bestimmen, wobei jede Zelle durch eine Membran in zwei Teile unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptfolien (4) Zwischenfolien (9, 20) vorgesehen sind, die gefaltet und mit geradlinigen Rändern (6) zweier benachbarter Hauptfolien verbunden sind, wobei sie innerhalb der Zellen (5) Membranen mit Bruchfalte (10, 21) bilden.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien porös oder perforiert sind (7).
Struktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien nachgiebig sind.
Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien aus Gewebe bestehen.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien zusammengesetzt sind.
Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien eine nachgiebige Schicht (29) und eine halbsteife Schicht (28) aufweisen, wobei die nachgiebige Schicht durchlaufend ist, die halbsteife Schicht perforiert ist und die Schichten nicht miteinander verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien ein Substrat (38) aufweisen sowie Plättchen (39), die steifer sind als das Substrat, wobei die Plättchen nur an den Membranen angeordnet sind.
Struktur nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien an den Membranen mit Bruchfalte verstärkte Abschnitte (40) aufweisen.
Struktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten Abschnitte (40) sich zwischen schrägen Rändern (8) der Hauptfolien (9) erstrecken, die mit den geradlinigen Rändern (6) abwechseln.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Zellen eine Mehrzahl von Membranen (13) mit Bruchfalte aufweist, die in Stufen angeordnet sind und aus ebenso vielen Zwischenfolien hervorgehen.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien (9) ebenso lang sind wie die Hauptfolien (4).
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien (20) sich in nur einer Zelle erstrecken und nur mit einem geradlinigen Rand (6) zweier benachbarter Hauptfolien verbunden sind.
Struktur nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien zwei symmetrische, über eine Falte (21) verbundene Hälften aufweisen, wobei jede der Hälften aus einem Trapez (22), dessen große Basis an der Falte liegt, und einem Rechteck (23) zusammengesetzt ist, das mit einer Seite mit der kleinen Basis des Trapezes verbunden ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfolien (9) außerdem mit schrägen Rändern (8) der Hauptfolien verbunden sind, die mit den geradlinigen Rändern (6) abwechseln.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein durchlaufendes Blech aufweist, das mit einem Rand der Zellen verbunden ist, sowie ein perforiertes Blech (1), das mit einem entgegengesetzten Rand der Zellen (5) verbunden ist.
Struktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (4) perforiert sind (31) und dadurch eine wechselseitige Verbindung der Zellen (5) zwischen dem Membranen (13) mit Bruchfalte und dem durchlaufenden Blech herstellen.
Verfahren zur Herstellung einer Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das darin besteht, die Zwischenfolien longitudinal zu falten, um dort zwei durch eine Falte (10, 21) getrennte Lippen (11, 12) zu bilden, Hauptfolien (4) und Zwischenfolien (9, 20) im Wechsel zu stapeln und dabei erste Facetten der Hauptfolien an Stellen, die die geradlinigen Ränder ergeben sollen, abwechselnd mit benachbarten Hauptfolien zu verbinden, und den ersten Facetten entgegengesetzte zweite Facetten der Hauptfolien (4) mit Abschnitten (16) von Zwischenfolien zu verbinden, wobei diese Abschnitte (16) einer einzigen der beiden Lippen (11, 12) angehören und Abstand von der Falte haben.
Verfahren zur Herstellung einer Struktur nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor auf und unter bestimmten Abschnitten der gefalteten Zwischenfolien und zwischen bestimmten Abschnitte der Lippen Antihaftfolien (35, 36, 37) eingebracht und dann zurückgezogen werden, wenn die Zellen geöffnet wurden.
Verfahren zur Herstellung einer Struktur nach einem der Ansprüche 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß es eine abschließende Stufe umfaßt, in der die Struktur gebrannt wird.