EP0781445A1 - Schichtenabsorber zum absorbieren von akustischen schallwellen - Google Patents

Schichtenabsorber zum absorbieren von akustischen schallwellen

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EP0781445A1
EP0781445A1 EP95931221A EP95931221A EP0781445A1 EP 0781445 A1 EP0781445 A1 EP 0781445A1 EP 95931221 A EP95931221 A EP 95931221A EP 95931221 A EP95931221 A EP 95931221A EP 0781445 A1 EP0781445 A1 EP 0781445A1
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EP
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layer
layers
absorber according
spacers
carrier
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EP95931221A
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Manfred Roller
Klaus Pfaffelhuber
Stefan Lahner
Gerhard Köck
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Faist Automotive GmbH and Co KG
Original Assignee
M Faist GmbH and Co KG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0781445B1 publication Critical patent/EP0781445B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • G10K11/168—Plural layers of different materials, e.g. sandwiches
    • G—PHYSICS
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    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the invention relates to a sound absorber for absorbing acoustic sound waves according to the preamble of claim 1.
  • an airborne sound-absorbing molded part for use in the engine compartment of motor vehicles which consists of a film layer and a porous insulation layer.
  • the molded part consists of an open-pore PU foam which is sealed on all sides by a PU film is.
  • sound absorbers are known (DE-U-92 15 132, DE-C-3 039 651, 4 011 705, 4 317 828 and 4 334 984), the sound-absorbing molded parts made of closed-cell PP foam, PE bonded with binder - have nonwoven, polymeric materials or the like; uncovered Helmholtz resonators have also been used.
  • the invention has for its object to improve a sound absorber of the type mentioned in such a way that the greatest possible sound absorption takes place with as little material expenditure.
  • the sound-absorbing component consists of a sequence of layers of different density and rigidity, which can optionally be laterally interrupted or separated by webs and spacers.
  • These layers consist of foils, nonwovens, foams, other membrane-like materials or fabrics or also of a gas, which can expediently also be air. It is essential for the acoustic effectiveness of this component that the successive materials differ very clearly - almost abruptly - in their density and in their rigidity. This results in reflections of the sound waves traveling back and forth in the absorber at the transition points, which, with suitable dimensioning, leads to good sound absorption in certain preselectable frequency ranges.
  • one of the layers can be used as a carrier layer, i.e. be formed as a carrier body, in particular with a high mass.
  • the carrier body can then be designed as a shell-like or trough-like carrier shell, while the spacers - or intermediate layers - which keep other thin layers at a distance from the carrier shell, are designed and arranged in such a way that resonance chambers exist between the layers and the carrier shell surrender.
  • the spaces between the layers are filled with insulating materials
  • the sound-absorbing effect is namely achieved primarily by causing the gas modules between the layers to vibrate due to the incident sound waves.
  • the gas modules which consist in particular of air, have an area-related stiffness that forms a mass-spring system with the mass coatings of the layers and the coupled ambient air, which leads to minima of the acoustic impedance and therefore to sound absorption in the area of the resonance frequencies.
  • the absorber can thus be idealized by connecting masses and springs in series. Per mass-spring pair there is a minimum of acoustic impedance on the absorber surface, which in turn leads to a resonance in the absorption curve of the component in question. By varying the material thicknesses and densities, these resonance frequencies can be varied and an arbitrary absorption curve can thereby be realized.
  • the carrier layer It is advisable to manufacture the carrier layer by deep drawing, injection molding or the like without cutting; Press forming, in particular fibrous structures, is also suitable for this. It is advisable to adapt the surfaces of the carrier layer facing away from the resonance chambers to the contours which face the visible side of the sound absorber, for example the passenger compartment of a motor vehicle.
  • the carrier layer can represent the dashboard of the motor vehicle in order to prevent sound waves arising in the engine compartment from penetrating into the passenger compartment.
  • the carrier layer can therefore also be an already necessary component, for example a partition made of sheet metal, without the sound absorber requiring an additional carrier shell, even if the sound absorber preferably forms an integrated structural unit which is prefabricated and integrated as an application at the location Unit is installed.
  • the layers should have a layer thickness in the range from 10 ⁇ m to 5 mm. It is particularly recommended to use a polyurethane elastomer (PU), polypropylene (PP) and / or polyester (PET) for the layers. It is advisable likewise to produce the layers from carbon, PAN (polyacrylonitrile) or natural fibers and / or from fiber-reinforced thermoplastic or from mixtures of these fibers. Flax, coconut, silicon, jute, hemp or cellulose can be used in particular in the case of the natural fiber materials, which can either be thermoplastic, more or less compressed or bonded with natural binders such as lignin or starch.
  • PU polyurethane elastomer
  • PP polypropylene
  • PET polyester
  • Flax, coconut, silicon, jute, hemp or cellulose can be used in particular in the case of the natural fiber materials, which can either be thermoplastic, more or less compressed or bonded with natural binders such as lignin or starch.
  • the spacers should be arranged at a distance from one another between the carrier layer and the further layers in such a way that the resonance chambers are each closed off from the carrier shell at one end and one of the layers at the other end or between the layers themselves.
  • the carrier layer can also have openings.
  • Very simple spacers are formed by web-like or plate-like supports which extend between the layers and are arranged essentially at right angles to them; the spacers can also run at different angles to these units of the sound absorber, if this is expedient for spatial reasons, for example for accommodating other components, such as electrical components, or for resonance purposes.
  • the spacers consist of PU (polyurethane elastomer), PET (polyester), PP (polypropylene), carbon, PAN (polyacrylonitrile) or natural fibers and / or of fiber-reinforced thermoplastic or mixtures of these fibers, similar to the material composition of the Layers.
  • the spacers made of fleece, foam or foil can also be stand .
  • the spacers consist of a foam made of polyurethane elastomer (PU) or of a PET (polyester) fleece; in this case the spacers themselves contribute to sound absorption in the form of a combination of the "layer absorber” and “dam material absorbers". This combination makes it possible to "tailor" certain frequency spectra of the sound absorption.
  • the spacers consist of deep-drawn material, which in particular consists of the same material as either the layers or the carrier layer. If the deep-drawn material itself acts as a chamber resonator or as a home wood resonator through the introduction of openings, the layer absorber is combined with these types of absorbers. With the Helmholtz resonator in particular, the chamber is also protected against contamination (cf. FIG. 3). If chambers are produced from the material by the deep-drawing process, which, as is known, are also effective as resonance absorbers by varying the chamber dimensions, a combination of chamber and layer absorber is created.
  • Figure 1 shows a sequence of different layers in schematic Sectional image
  • FIG. 2 shows a sequence of different layers and intermediate layers or spacers
  • Figure 3 shows a system of membrane and air layers which are laterally delimited by webs
  • Figure 4 shows a system of membrane and air layers and spacers, which are delimited by webs
  • FIG. 5 shows a layer sequence of membranes formed by thermoforming or hot pressing as thin layers
  • FIG. 6 shows a layer sequence of membranes formed by thermoforming or hot pressing with corresponding intermediate layers or spacers
  • FIG. 7 system of a stacking of absorber chambers
  • FIG. 8 layer system with layers pressed laterally or welded onto the carrier shell
  • Figure 10 shows a corresponding schematic cross section through the sound absorber with foam as spacers
  • FIG. 11 shows a schematic view of an alternative embodiment of the invention, in which the absorber chambers made of deep-drawn material are covered by a thin layer or membrane.
  • FIG. 1 shows a sequence of thin layers 2 or membranes (film, fleece, foam, etc.) with the corresponding intermediate layers 3a. These intermediate layers 3a here form simple resonance chambers 4, which can be gas and in particular air-filled.
  • This system is completed with a layer of very high mass 1, such as that formed as a carrier shell of an engine capsule.
  • Figure 2 shows an alternative embodiment of Figure 1, in which the spacers 3a, i.e. the intermediate layers made of porous absorber material such as e.g. Foam or non-woven material exist. Instead of the air layers, these materials increase the damping of the resulting resonances, which leads to a broadening of the absorption curve in the area of the relevant resonance maxima.
  • the spacers 3a i.e. the intermediate layers made of porous absorber material such as e.g. Foam or non-woven material exist.
  • these materials increase the damping of the resulting resonances, which leads to a broadening of the absorption curve in the area of the relevant resonance maxima.
  • FIG. 3 shows a system composed of layers 2 (membranes) and intermediate layers 3a (air), which is delimited laterally by spacers 3b designed as supports, in particular supporting walls or webs.
  • spacers 3b which can advantageously be connected in one piece to the carrier layer 1, serve to fix the individual layers 2.
  • different layer sequences can thus be realized at different locations, as a result of which resonance chambers 4 of different sizes are created. This provides a further possibility of varying the absorption spectra.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of the system according to FIG. 3, in which case the intermediate layers 3a consist of fleece or foam and fulfill similar tasks as in FIG.
  • FIG. 5 shows a layer sequence of layers 2 (membrane) formed by thermoforming or (warm) pressing, etc., which are applied to the corresponding spacers 3b (webs). Due to the different degree of deformation, different layer spacings can be realized here. This results in resonance chambers 4 of different sizes, which, depending on the location and location, also guarantee a large possibility of variation for the absorption spectra.
  • FIG. 6 shows, analogously to the previous exemplary embodiments, a system according to FIG. 5, the corresponding intermediate layers 3a consisting of corresponding nonwovens, foams or foils which dampen the corresponding resonance maxima.
  • the absorber consists of a stack of absorber chambers 4, which are covered together by a largely flat cover membrane 5 or cover film.
  • Thin layers 2 are arranged between the absorber chambers 4 and can be connected to the cover membrane 5 and the carrier shell 1 at certain points.
  • This additional cover layer improves absorption due to its additional acoustic effectiveness. Instead, it may also be sufficient to build up only a single layer of absorber chambers 4 on the carrier layer 1 and to cover it with a cover film as a thin layer 2.
  • FIG. 8 shows a layer system composed of layers 2, which are fixed to the carrier layer 1 by lateral pressing or welding.
  • This embodiment is particularly recommended for a sequence of films, nonwovens, films, nonwovens (e.g. PES film, PET nonwoven ... or PP film, PP nonwoven ...) or film, foam, film, foam (e.g. PU film, PU foam, PU Film, PU foam) or also in the case of a sequence of nonwovens with different densities.
  • PU film, PU foam, PU Film, PU foam e.g. PU film, PU foam, PU Film, PU foam
  • only one type of material can be used.
  • the carrier shell 1 is trough-shaped; it exists e.g. from GMT and is prefabricated in the deep-drawing process. From the inside lb of the carrier shell 1, plate-shaped spacers 3b extend essentially perpendicular to the plane of the carrier shell 1 to the point at which they serve to support the film acting as a thin layer 2. The film is glued to the edge la of the carrier shell 1. The film is stretched tight. Resonance chambers 4 are formed between the carrier shell 1 and the film.
  • the film is e.g. made of polypropylene, while the spacers 3b are made of the same material as the carrier shell 1 and can also be produced in one piece with it, for example in the injection molding process.
  • the thin layer 2 is coated with a thin foam layer or fleece layer 10 and a thin cover film 11 or a thin cover fleece to improve absorption at high frequencies.
  • the carrier shell 1 is made, for example, of GMT and brought into the shell shape shown here in the pressing process.
  • spacers 3b in the form of foam strips made of polyurethane elastomer and / or polyester fleece are introduced on the inside 1b of the carrier shell. Their width is substantially smaller than their distance, so that the resonance chambers 4 form between the carrier shell 1 and the film or thin cover layer 2 stretched over the spacers 3b and the edge la of the carrier shell 1.
  • the carrier shell 1 is a deep-drawn trough-shaped component, for example made of GMT.
  • the tips 6 of the spacers 3b are attached to the inside 1b and are connected to one another in that they form a deep-drawn component made in particular of polypropylene.
  • the resonance chambers 4 on the side facing away from the carrier shell 1 are covered not only by the layer 2 but also by the webs 7 connecting the spacers 3b.
  • Helmholtz resonators can be produced by introducing openings 4b into the connecting webs 7.
  • the openings 4b are covered by the layer 2 and thus the resonance chambers 4 are protected against contamination, provided that the cover layer 2 and the spacers 3b are not made of the same material as polypropylene (PP), which promotes disposal, can be chosen of another material or by varying the material thickness of the mass coating can be adapted even better to the desired resonance frequency.
  • PP polypropylene
  • Further chambers 4a are formed within the spacers 3b, which are only covered by the fleece or a film on one side and can thus act as a layer resonator.
  • the sound absorber according to the invention thus forms a layer resonance absorber, in which the layer sequence is preferably constructed and dimensioned in such a way by series connection and possibly side-by-side connection that a maximum is produced in the absorption curve for each mass-spring pair.

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Abstract

Für das Absorbieren von akustischen Schallwellen wird eine Anzahl von Schichten, die mindestens eine dünne Schicht enthalten, durch mindestens einen Abstandshalter im Abstand voneinander gehalten. Diese Schichten (1, 2) und der bzw. die Abstandshalter (3a, 3b) weisen unterschiedliche Dichten und/oder Steifigkeiten auf, wobei die Abstandshalter (3a, 3b) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß zwischen den Schichten (1, 2) mehrere Resonanzkammern (4) gebildet sind.

Description

Schichtenabsorber zum Absorbieren von akustischen Schallwellen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schallabsorber zum Ab¬ sorbieren von akustischen Schallwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Damit die Umwelt nicht zu stark durch akustische Schallwellen beeinträchtigt wird, ist es bereits bekannt, Schallwellen möglichst sogleich am Ort ihres Entstehens an der Ausbreitung in die Umgebung zu hindern. Ebenso ist es zur Bildung ruhiger Räume bekannt, das Eindringen des Schalls von draußen in solche Räume soweit wie möglich abzuwehren. Zu diesem Zweck dienen Schallabsorber, die meistens schallabsorbierende Materialien - "Dämmstoffe" genannt - aufweisen. Der Materialverbrauch hierfür ist jedoch verhältnismäßig groß, was sich nicht nur bei den Herstellungskosten, sondern auch beim Entsorgen solcher Dämm¬ stoffe auswirkt.
Aus der DE 92 15 132 Ul ist ein luftschallabsorbierendes Form¬ teil zur Verwendung im Motorraum von Kraftfahrzeugen bekannt, das aus einer Folienschicht und einer porösen Dämmschicht besteht, Dabei besteht das Formteil aus einem offenporigen PU-Schaum, der allseitig durch eine PU-Folie abgedichtet ist. Darüber hinaus sind Schallabsorber bekannt (DE-U-92 15 132, DE-C-3 039 651, 4 011 705, 4 317 828 und 4 334 984), die schall¬ absorbierende Formteile aus geschlossenzelligem PP-Schaum, mit Bindemittel verklebtem PE-Vlies, polymeren Materialien oder dergleichen aufweisen; dabei sind auch unabgedeckte Helmholtz-Resonatoren zur Anwendung gelangt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallabsorber der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit möglichst wenig Materialaufwand eine möglichst große Schall¬ absorption erfolgt.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in Unter¬ ansprüchen sind bevorzugte Ausbildungen beansprucht. Auch die folgende Beschreibung betrifft bevorzugte Ausbildungsformen.
Gemäß der Erfindung besteht das schallabsorbierende Bauteil aus einer Abfolge von Schichten unterschiedlicher Dichte und Steifigkeit, welche gegebenenfalls seitlich unterbrochen bzw. durch Stege und Abstandshalter getrennt sein können. Diese Schichten bestehen aus Folien, Vliesen, Schäumen, anderen membranartigen Werkstoffen oder Geweben oder auch aus einem Gas, welches zweckmäßigerweise auch Luft sein kann. Wesentlich für die akustische Wirksamkeit dieses Bauteils ist es, daß sich die aufeinanderfolgenden Materialien sehr deutlich - geradezu abrupt - in ihrer Dichte und in ihrer Steifigkeit unterscheiden. Hierdurch kommt es an den Übergangsstellen zu Reflexionen der im Absorber hin- und herlaufenden Schallwellen, was bei geeigneter Dimensionierung zu einer guten Schallab¬ sorption in bestimmten vorwählbaren Frequenzbereichen führt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dieses Schichtensystem durch Stege bzw. Abpressungen und Abstandshalter seitlich zu begrenzen. Dadurch lassen sich die einzelnen Materialien fixieren und es besteht die Möglichkeit, an unterschiedlichen Orten unter¬ schiedliche Materialfolgen und damit unterschiedliche Schall¬ absorptionen in den entsprechenden Frequenzbereichen (Ab¬ sorptionsspektren) zu realisieren.
Zweckmäßigerweise kann eine der Schichten als TrägerSchicht, d.h. als Trägerkörper, insbesondere mit einer hohen Masse aus¬ gebildet sein.
Der Trägerkörper kann dann als schalen- bzw. wannenartige Träger¬ schale ausgebildet sein, während die Abstandhalter - oder Zwischenschichten -, welche andere dünne Schichten im Abstand von der Trägerschale halten, derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sich zwischen den Schichten und der Trägerschale Resonanzkammern ergeben.
Im Unterschied zu den am häufigsten angewendeten Schallabsorbern, bei denen die Zwischenräume zwischen den Schichten durch Dämm¬ stoffe ausgefüllt sind, bleiben hier erfindungsgemäß diese Zwischenräume weitgehend frei von Materialien. Die schallab¬ sorbierende Wirkung wird nämlich vornehmlich dadurch erzielt, daß die Gasmoduln zwischen den Schichten durch die einfallenden Schallwellen zu Schwingungen veranlaßt werden. Die insbesondere aus Luft bestehenden Gasmoduln besitzen eine flächenbezogene Steifigkeit, die mit den Massenbelägen der Schichten und der angekoppelten Umgebungsluft ein Masse-Feder-System bildet, das im Bereich der Resonanzfrequenzen zu Minima der akustischen Impedanz und daher zur Schallabsorption führt.
Somit läßt sich der Absorber durch eine Hintereinanderschaltung von Massen und Federn idealisieren. Pro Masse-Feder-Paar entsteht ein Minimum der akustischen Impedanz an der Absorber¬ oberfläche, welches wiederum zu einer Resonanz in der Ab- sorptionskurve des betreffenden Bauteils führt. Durch Variation der Materialdicken und -dichten lassen sich diese Resonanzfrequenzen variieren und dadurch ein beliebiger Ab¬ sorptionsverlauf realisieren.
Die Trägerschicht wird bevorzugt aus einem Material gewählt, das sich durch vor allem folgende Eigenschaften auszeichnet:
Dabei empfiehlt es sich, die Trägerschicht durch Tiefziehen, Spritzpressen oder dergleichen spanloses Formgeben herzu¬ stellen; auch ein Preßverformen insbesondere fasriger Struk¬ turen ist hierfür geeignet. Es empfiehlt sich, die den Resonanz¬ kammern abgewandten Oberflächen der TrägerSchicht den Konturen anzupassen, welche der Sichtseite des Schallabsorbers, bei¬ spielsweise dem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, zugewandt sind. So kann die Trägerschicht beispielsweise das Armaturen¬ brett des Kraftwagens repräsentieren, um im Motorraum ent¬ stehende Schallwellen am Eindringen in den Fahrgastraum zu hindern.
Die Trägerschicht kann daher auch ein ohnehin notwendiges Bau¬ teil, beispielsweise eine Trennwand aus Blech, sein, ohne daß der Schallabsorber einer zusätzliche Trägerschale bedarf, selbst wenn der Schallabsorber bevorzugt eine integrierte Baueinheit bildet, die vorfabriziert und am Ort ihrer Anwendung als inte¬ grierte Baueinheit eingebaut wird.
Die Schichten sollten eine Schichtdicke im Bereich von 10 jum - 5 mm aufweisen. Es empfiehlt sich insbesondere die Verwendung eines Polyurethan-Elastomers (PU), von Polypropylen (PP) und/ oder von Polyester (PET) für die Schichten. Es empfiehlt sich ebenfalls, die Schichten aus Carbon, PAN-(Polyacrylnitril) oder Naturfasern und/oder aus faserverstärktem Thermoplast herzustellen bzw. aus Mischungen dieser Fasern. Dabei können insbesondere bei den Naturfasermaterialien Flachs, Kokos, Siβal, Jute, Hanf oder Zellulose verwendet werden, die entweder thermo¬ plastisch gebunden, mehr oder weniger stark verpreßt oder mit natürlichen Bindemitteln, wie z.B. Lignin oder Stärke, gebunden sein können.
Die Abstandhalter sollten so im Abstand voneinander zwischen der Trägerschicht und den weiteren Schichten angeordnet sein, daß die Resonanzkammern jeweils von der Trägerschale an einem Ende und eine der Schichten am anderen Ende bzw. zwischen den Schichten selbst abgeschlossen sind. Für besondere Fälle kann es zweckmäßig sein, die Schichten zu den Resonanzkammern hin mit Durchbrechungen zu versehen; auch die Trägerschicht kann Durch¬ brechungen aufweisen.
Sehr einfache Abstandhalter werden durch steg- oder platten- förmige Stützen gebildet, welche sich zwischen den Schichten hinziehen und im wesentlichen im rechten Winkel zu diesen ange¬ ordnet sind; die Abstandhalter können auch unter davon ab¬ weichenden Winkeln zu diesen Aggregaten des Schallabsorbers verlaufen, falls dies aus räumlichen Gründen beispielsweise zur Beherbergung von anderen Bauelementen, wie elektrischen Bauteilen, oder zu Resonanzzwecken zweckmäßig ist.
Die Abstandhalter bestehen aus PU-( olyurethanelastomer) , PET- (Polyester), PP-(Polypropylen), Carbon, PAN-(Polyacrylnitril) oder Naturfasern und/oder aus faserverstärktem Thermoplast bzw. aus Mischungen dieser Fasern, ähnlich der MaterialZusammen¬ setzung der Schichten. Ebenso wie die dünnen Schichten können auch die Abstandhalter aus Vlies, Schaumstoff oder Folie be- stehen .
Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung bestehen die Abstandhalter aus einem Schaumstoff aus Polyurethan-Elastomer (PU) oder aus einem PET (Polyester)-Vlies; in diesem Fall tragen die Abstandhalter selbst zur Schallabsorption bei in Form einer Kombination des "Schichtenabsorbers" und von "Dammstoffabsorbern" Durch diese Kombination lassen sich bestimmte Frequenzspektren der Schallabsorption gewissermaßen "maßschneidern" .
Nach einer anderen bevorzugten Ausbildung der Erfindung be¬ stehen die Abstandhalter aus tiefgezogenem Material, das ins¬ besondere aus dem gleichen Werkstoff wie entweder die Schichten oder die Trägerschicht besteht. Ist das tiefgezogene Material selbst als Kammerresonator oder durch Einbringen von Öffnungen als Heimholtzresonator wirksam, ergibt sich eine Kombination des Schichtenabsorbers mit diesen Absorbertypen. Insbesondere beim Helmholtzresonator erfolgt zudem ein Schutz der Kammer vor Verschmutzung (vgl. Fig. 3). Werden durch den Tiefzieh- prozeß aus dem Material Kammern erzeugt, welche, wie bekannt, durch Variation der Kammerabmessungen ebenfalls als Resonanz¬ absorber wirksam sind, so entsteht eine Kombination aus Kammer und Schichtenabsorber. So empfiehlt es sich, den tiefgezogenen Abstandhalter mit den Schichten zu vereinen und diese Baugruppe in die Trägeschale einzusetzen, um mit dieser die integrierte Baueinheit des Schallabsorbers zu bilden. Es empfiehlt sich, den Rand der Schichten am Rand der Trägerschale zu befestigen, insbesondere festzukleben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher beschrieben, dabei zeigen
Figur 1 eine Abfolge verschiedener Schichten im schematischen Schnittbild;
Figur 2 eine Abfolge verschiedener Schichten und Zwischen¬ schichten bzw. Abstandhalter;
Figur 3 ein System aus Membran- und Luftschichten, die seitlich durch Stege abgegrenzt sind;
Figur 4 ein System aus Membran- und Luftschichten sowie Abstand¬ halter, die durch Stege abgegrenzt sind;
Figur 5 eine Schichtenfolge aus durch Thermoformen oder Warm¬ pressen geformten Membranen als dünnen Schichten;
Figur 6 eine Schichtenfolge aus durch Thermoformen oder Warm¬ pressen geformten Membrane mit entsprechenden Zwischen¬ schichten bzw. Abstandhaltern;
Figur 7 System einer ÜbereinanderSchichtung von Absorberkammern;
Figur 8 Schichtensystem mit seitlich abgepreßten oder an die Trägerschale angeschweißten Schichten;
Figur 9/9a schematische Querschnitte durch Schallabsorber mit plattenförmigen AbstandhaItem;
Figur 10 einen entsprechenden schematischen Querschnitt durch den Schallabsorber mit Schaumstoff als Abstandhaltern;
Figur 11 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausbildung der Erfindung, bei der die Absorberkammern aus tiefge¬ zogenem Material durch eine dünne Schicht bzw. Membran überzogen sind. Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Abfolge von jeweils dünnen Schichten 2 bzw. Membranen (Folie, Vlies, Schaumstoff etc. ) mit den entsprechenden Zwischenschichten 3a. Diese Zwischenschichten 3a bilden hier einfache Resonanzkammern 4, die gas- und insbesondere luftgefüllt sein können. Abgeschlossen wird dieses System mit einer Schicht sehr hoher Masse 1, wie sie beispielsweise als Trägerschale einer Motorkapsel gebildet ist.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Figur 1, bei der die Abstandhalter 3a, d.h. die Zwischenschichten aus porösem Absorbermaterial wie z.B. Schaum oder Vliesmaterial bestehen. Anstatt der Luftschichten erhöhen hier diese Materialien die Dämpfung der resultierenden Resonanzen, was zu einer Verbreiterung der Absorptionskurve im Bereich der be¬ treffenden Resonanzmaxima führt.
Figur 3 zeigt ein System aus Schichten 2 (Membranen) und Zwischenschichten 3a (Luft), welches seitlich durch als Stützen, insbesondere Stützwänden bzw. Stegen ausgebildeten Abstands¬ halter 3b abgegrenzt ist. Diese Abstandshalter 3b, die vor¬ teilhafterweise einstückig mit der Trägerschicht 1 verbunden sein können, dienen zur Fixierung der einzelnen Schichten 2. Weiterhin lassen sich somit unterschiedliche Schichtfolgen an unterschiedlichen Orten realisieren, wodurch unterschiedlich große Resonanzkammern 4 entstehen. Dadurch ist eine weitere Variationsmöglichkeit der Absorptionsspektren gegeben.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Systems nach Figur 3, wobei hier die Zwischenschichten 3a aus Vlies bzw. Schaum bestehen und ähnliche Aufgaben wie in Figur 2 erfüllen. Figur 5 zeigt eine Schichtenfolge aus durch Thermoformen oder (Warm-)Pressen etc. geformte Schichten 2 (Membrane), welche auf die entsprechenden Abstandshalter 3b (Stege) aufgebracht sind. Durch den unterschiedlichen Verformungsgrad lassen sich hier unterschiedliche Schichtabstände realisieren. Dadurch entstehen unterschiedlich große Resonanzkammern 4, die auch hier je nach Ort und Lage eine große Variationsmöglichkeit für die Absorptionsspektren gewährleisten.
Figur 6 zeigt analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ein System nach Figur 5, wobei die entsprechenden Zwischen¬ schichten 3a aus entsprechenden Vliesen, Schaumstoffen oder Folien bestehen, die die entsprechenden Resonanzmaxima dämpfen.
Gemäß Figur 7 besteht der Absorber aus einer Übereinander- schichtung von -Absorberkammern 4, die gemeinsam durch eine weitgehend plane Deckmembrane 5 bzw. Abdeckfolie abgedeckt sind. Zwischen den Absorberkammern 4 sind dünne Schichten 2 ange¬ ordnet, die mit der Deckmembrane 5 und der Trägeschale 1 an bestimmten Stellen verbunden sein können. Diese zusätzliche Deckschicht verbessert durch ihre zusätzliche akustische Wirk¬ samkeit die Absorption. Statt dessen kann es auch genügen, lediglich eine einzige Schicht von Absorberkammern 4 auf der Trägerschicht 1 aufzubauen und mit einer Abdeckfolie als dünner Schicht 2 abzudecken.
Figur 8 zeigt ein Schichtensystem aus Schichten 2, die durch seitliches Abpressen oder Anschweißen an der Trägerschicht 1 fixiert sind. Dieses Ausführungsbeispiel empfiehlt sich vor allem bei einer Abfolge von Folie, Vlies, Folie, Vlies (z.B. PES-Folie, PET-Vlies ... oder PP-Folie, PP-Vlies ...) oder Folie, Schaum, Folie, Schaum (z.B. PU-Folie, PU-Schaum, PU- Folie, PU-Schaum) oder auch bei einer Abfolge von Vliesen unter¬ schiedlicher Verdichtung. Aus Recyclinggründen und aufgrund von Umweltschutzmaßnahmen kann hierbei auch nur eine einzige Materialsorte zum Einsatz kommen.
Gemäß Figur 9 ist die Trägerschale 1 wannenför ig ausgebildet; sie besteht z.B. aus GMT und ist im Tiefziehverfahren vorfa¬ briziert. Von der Innenseite lb der Trägerschale 1 ziehen sich plattenförmige Abstandhalter 3b im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Trägerschale 1 bis zu derjenigen Stelle hin, an der sie zur Abstützung der darübergespannten als dünnen Schicht 2 wirksamen Folie dienen. Die Folie ist am Rand mit dem Rand la der Trägerschale 1 verklebt. Dabei ist die Folie straff gespannt. Zwischen der Trägerschale 1 und der Folie werden Resonanzkammern 4 gebildet. Die Folie besteht z.B. aus Polypropylen, während die Abstandhalter 3b aus dem gleichen Material wie die Trägerschale 1 bestehen und mit dieser auch einstückig beispielsweise im Spritzpreßverfahren hergestellt sein können.
Gemäß Figur 9a ist die dünne Schicht 2 zur Verbesserung der Absorption bei hohen Frequenzen mit einer dünnen Schaumschicht oder Vliesschicht 10 und einer dünnen Abdeckfolie 11 oder einem dünnen Abdeckvlies überzogen.
Gemäß Figur 10 ist die Trägerschale 1 z.B. aus GMT hergestellt und im Preßverfahren in die hier gezeigte Schalenform gebracht. Im Abstand voneinander sind an der Innenseite lb der Trägerschale 1 Abstandhalter 3b in Form von Schaumstoffstreifen aus Polyurethan- Elastomer und/oder Polyestervlies eingebracht. Deren Breite ist wesentlich kleiner als deren Abstand, damit sich die Resonanzka mern 4 zwischen der Trägerschale 1 und der über die Abstandhalter 3b und den Rand la der Trägerschale 1 ge¬ spannten Folie bzw. dünnen Abdeckschicht 2 bilden. Gemäß Figur 11 ist die Trägerschale 1 ein tiefgezogenes wannen- förmiges Bauteil z.B. aus GMT. An der Innenseite lb sind die Spitzen 6 der Abstandhalter 3b angesetzt, welche dadurch mit¬ einander verbunden sind, daß sie einen tiefgezogenen Bauteil aus insbesondere Polypropylen bilden.
An der den Spitzen 6 der Abstandhalter 3b abgewandten Seite ist die dünne Schicht 2, z.B. ein Vlies, entlanggezogen. Bei dieser Ausbildung der Erfindung werden die Resonanzkammern 4 an der der Trägerschale 1 abgewandten Seite nicht nur durch die Schicht 2, sondern auch durch die die Abstandhalter 3b ver¬ bindenden Stege 7 abgedeckt. Durch Einbringen von Öffnungen 4b in die verbindenden Stege 7 lassen sich Helmholtz-Resonatoren erzeugen. Die Öffnungen 4b werden von der Schicht 2 überdeckt und somit sind die Resonanzkammern 4 gegen Verschmutzung geschützt, Sofern die Abdeckschicht 2 und die Abstandhalter 3b nicht aus dem gleichen Material, wie Polypropylen (PP), hergestellt sind, was die Entsorgung begünstigt, kann duch Wahl eines anderen Materials bzw. durch Variation der Materialdicke der Massenbelag noch besser auf die gewünschte Resonanzfrequenz angepaßt werden. Bei Verwendung gleichen Materials kann die bessere Rosonanz- frequenzanpassung durch Variation der Materialdicke erzielt werden. Innerhalb der Abstandhalter 3b werden weitere Kammern 4a gebildet, die lediglich durch das Vlies oder eine Folie nach der einen Seite abgedeckt sind, und dadurch als Schichten¬ resonator wirken können.
Der erfindungsgemäße Schallabsorber bildet also einen Schichten- resonanzabsorber, bei dem die Schichtenfolge bevorzugt derart durch Hinter- und gegebenenfalls Nebeneinanderschalten aufge¬ baut und bemessen ist, daß pro Masse-Feder-Paar ein Maximum in der Absorptionskurve entsteht.

Claims

ANSPRUCHSFASSUNG
1. Schichtenabsorber zum Absorbieren von akustischen Schallwellen mit einer Anzahl von Schichten, darunter mindestens einer dünnen Schicht, die durch mindestens einen Abstandshalter im Abstand voneinander gehalten sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schichten (1, 2) und der/die Abstandhalter (3a, 3b) unterschiedliche Dichten und/oder Steifigkeiten aufweisen, und daß die Abstandshalter (3a, 3b) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß zwischen den Schichten (1, 2) mehrere
Resonanzkammern (4) gebildet sind.
2. Schichtenabsorber nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine der Schichten als Trägerschicht, Trägerkörper oder Trägerprofil (1) mit hoher Masse gebildet ist und daß mindestens ein Abstandshalter (3a, 3b) zwischen mindestens einer dünnen Schicht (2) und der Trägerschicht (1) mehrere gasgefüllte Resonanzkammern (4) bildet.
3. Schichtenabsorber nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Trägerschicht (1) als schalen- bzw. wannenartiger Trägerkörper geformt ist.
4. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schichtenfolge des Absorbers durch ein Hintereinander- schalten von Massen und Federn derart bemessen und aufgebaut ist, daß pro Masse-Feder-Paar ein Maximum in der Absorptions¬ kurve entsteht.
5. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Resonanzkammern (4) bzw. Masse-Feder-Paare auf unter¬ schiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt sind.
6. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Abstandshalter als Zwischenschicht (3a) ausgebildet ist.
7. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schichten (1, 2) und/oder die Abstandhalter (3a, 3b) aus Vlies, Schaumstoff oder Folie bestehen.
8. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dünnen Schichten (1, 2) und/oder die Abstandshalter (3a, 3b) aus PU-(Polyurethan-Elastomer) , PET-(Polyester) , PP- (Polypropylen) , PE-(Polyethylen) , ABS-(Acrylnitril/Butadien/ Styrol-Terpolymerisat), PAN-(Polyacrylnitril) und/oder faser¬ verstärktem Thermoplast und/oder faserverstärktem Duroplast bestehen.
9. Schichtenabsorber nach Anspruch 7 oder 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dünnen Schichten (1, 2) Vliese aus Fasern folgender Stoffe aufweisen: PET, PP, Carbon, PAN, PΙ-(Polyimid) und/ oder Naturfasern.
10. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die dünnen Schichten (2) eine Schichtdicke zwischen 0,01 und 5 mm aufweisen.
11. Schichtenabsorber nach einem der Ansprüche 7-10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dünne Schichten (1, 2) und/oder Abstandshalter (3a, 3b) hart verpreßt sind.
12. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Abstandhalter (3a, 3b) mit einer Schicht (1, 2) einstückig ausgebildet ist.
13. Schichtenabsorber nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Trägerkörper (1) mit Abstandshalter (3b) einstückig ausgebildet ist und/oder Ränder der Schichten (2, 3a) am Rand (la) des Trägerkörpers (1) befestigt ist.
14. Schichtenabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß über den gesamten Schallabsorber an der dem Schall¬ einfall zugewandten Seite eine gemeinsame insbesondere membranartige Deckfolie (5) und/oder Vlies - die Resonanz¬ kammern (4) überspannend - angeordnet ist.
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