EP0931309B1 - Einrichtung zum absorbieren und/oder dämpfen von schallwellen - Google Patents

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EP0931309B1
EP0931309B1 EP97938876A EP97938876A EP0931309B1 EP 0931309 B1 EP0931309 B1 EP 0931309B1 EP 97938876 A EP97938876 A EP 97938876A EP 97938876 A EP97938876 A EP 97938876A EP 0931309 B1 EP0931309 B1 EP 0931309B1
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EP
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layer
thin
chamber system
sound waves
support
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Klaus Pfaffelhuber
Gerhard Köck
Stefan Lahner
Thomas Ruhe
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Faist Automotive GmbH and Co KG
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Faist Automotive GmbH and Co KG
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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
    • 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
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    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • 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 device for absorbing and / or damping sound waves with a sound wave damping and / or insulating chamber system in the preamble of Claim 1 mentioned genus.
  • Absorber devices made of aluminum are also known (EP-A-0557 597. Two aluminum outer layers are replaced by one Sawtooth-like aluminum spacers in Kept apart.
  • plastic packs fiber material and inorganic thermally highly resilient Fiber material made of, for example, basalt stone wool as a sound-absorbing material Cladding for the engine compartment of motor vehicles to form and these packs on the one facing the engine Partly with a reflective heat radiation Laminate aluminum foil.
  • the invention has for its object the establishment of genus mentioned at the outset with simple means to improve that, despite being easy to manufacture, if possible far introduced to sound and possibly heat sources can be and still good acoustic Has insulation and steam properties.
  • the Material used for the facility can be recycled as cheaply as possible or be disposable without harming the environment.
  • the thin, vibratable layer consists of Aluminum or an aluminum alloy with a layer thickness between 0.004 and 0.35 mm; preferably between 0.0045 and 0.020 mm. It has been shown that despite the use one compared to numerous used for cover films Plastics of much more rigid material, here aluminum, such a thin aluminum layer the above task then triggers when it is designed and arranged to vibrate is. "Viability” is understood here to mean the ability execute vibrations when sound waves hit, whose amplitudes also depend on the degrees of freedom of vibration the aluminum foil has between those parts, on which she is supported.
  • the "thin oscillating film” transmits airborne sound waves that hit one side of the same, in the airspace on the other side of the same, even if the "sound pressure" decreases, which finally also advantageous for acoustic damping is.
  • the thin, swingable aluminum layer covers a system of Resonance chambers based on the so-called Helmholtz principle.
  • the thin one Layer covered with a thin thermoplastic layer.
  • the aluminum foil can be used for special sound wave frequency spectra also be at least partially perforated.
  • the unit consisting of the shell-like carrier and in particular the web-shaped spacers are preferably made of GMT (glass fiber reinforced thermoplastic). You can in the injection molding process but also be made by deep drawing.
  • GMT glass fiber reinforced thermoplastic
  • the thin vibratable aluminum layer itself to a chamber system deformed by deep drawing.
  • thermoplastic layer On the aluminum foil to apply by lamination.
  • the thermoplastic layer should consist of polypropylene (PP) (also polyester, Polyethylene or the like would be suitable). It recommends a layer thickness of the same in the area of the same layer thickness order like the thin aluminum layer.
  • PP polypropylene
  • Such Aluminum-thermoplastic composite layer is inexpensive deep-draw, but still maintains sufficient vibratory capacity when impacting sound waves.
  • the aluminum foil can also be a porous aluminum body cover, for example, an aluminum fiber fleece; important is, that the thin aluminum layer is able to vibrate does not lose, even if this is due to the nonwoven Aluminum is somewhat reduced. This "all-aluminum technique" is beneficial for disposal.
  • thermoplastic layer is preferred on that Side of the aluminum foil arranged, which the Sound wave incidence is turned away.
  • the thermoplastic of this Plastic layer can also be used as a connecting means to the structural unit from serving in particular GMT with which the facility is connected to an aggregate by fusion.
  • the vibratable aluminum-thermoplastic composite layer according to the invention has also proven to be advantageous when sticking to the surface facing the engine compartment Bonnet for example of a motor vehicle.
  • Such bonnets are caused by sound waves, particularly the engine generated, often stimulated to vibrate, causing the bonnet itself forms a sound source.
  • the vibratable aluminum foil over the thermoplastic layer works with the hood, which is made especially of metal the oscillatable aluminum layer over the thermoplastic layer also as a damping element for the vibrations of the bonnet. Because the vibration frequencies of the extremely thin aluminum layer on the one hand and the hood's sheet metal on the other the device according to the invention can differ greatly also their job as sound-absorbing and at the same time as a sound absorbing component.
  • the carrier 4 is trough-shaped as a carrier shell educated; it consists e.g. from GMT and is e.g. in the Pre-fabricated deep-drawing process. From the inside 4a of the Carrier shell pull plate-shaped spacers 14 in essentially perpendicular to the plane of the carrier shell up to that Place where they support the spanned vibratable thin aluminum layer 1 one Serve layer thickness of 0.1 mm.
  • the carrier 4 e.g. according to FIG. 2 coated with a thermoplastic layer 8 made of polypropylene and with the edges 4b of the cup-shaped support 4 and with the free ends 14a of the web-shaped spacers 14 are welded (thermal) or glued.
  • a thermoplastic layer 8 made of polypropylene
  • the membrane-like Layer 1 stretched tight.
  • resonance chambers 2 are formed between the carrier shell and the layer 1, resonance chambers 2 are formed.
  • the spacers 14 consist of the same material as the carrier shell and are in one piece with it, for example in Injection molding process.
  • the carrier 4 is as Shaped that, for example, a car partition or a Dashboard forms.
  • a Chamber system for absorbing sound from the engine compartment Sound waves arranged by an aluminum thermoplastic composite film 1a in the schematically shown Deep-drawn and additionally with an aluminum foil 1, which in turn can be laminated with a thermoplastic film, is covered. This creates a system called resonances generated in the chambers 2.
  • FIG. 3 there is a chamber system 11 on the engine compartment 12 facing side of the partition 7 between the engine compartment 12 and Passenger compartment 13 of a motor vehicle 5 is arranged. Moreover is a composite system 10 on the underside of the hood 6 glued that from an aluminum foil 1 and a laminated Foil 8 consists of the plastic PP.
  • the Aluminum foil 1 facing the engine compartment 12 on the free side, while the thermoplastic film 8 on the side of the connection layer to the sheet metal of the hood 6 so that a Vibration system of the aluminum foil 1 on the one hand and the Sheet metal of the hood 6 on the other hand, but with completely different Vibration frequencies arise, which results to dampen vibrations of the hood 6 in the sense of a "deadening" leads.
  • Damping and insulation devices 10 and 11 exist under other in that this is very close to the one Engine units serving as heat sources can be brought up, whereby a significant gain in space is achieved without the functionality of the sound attenuation and Soundproofing devices even when there is a lot of heat is affected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Absorbieren und/oder Dämpfen von Schallwellen mit einem Schallwellen dämpfenden und/oder dämmenden Kammersystem der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung.
Eine derartige Einrichtung mit Aluminium-Resonanzkammern in Form von Honigwaben ist bereits bekannt (WO 94/26994).
Ferner sind Absorbereinrichtungen aus Aluminium bekannt (EP-A-0557 597. Dabei werden zwei Aluminiumaußenschichten durch einen sägezahnähnlich gebogenen Abstandhalter aus Aluminium im Abstand voneinander gehalten.
Darüber hinaus ist es bekannt (DE-A-3 313 001), eine außen gewellte poröse Schaumstoffschicht aus Kunststoff mit einer 30 µm dünnen Folie aus schweißbarem Kunststoff abzudecken. Dabei wirkt die poröse Grundschicht bei höheren Frequenzen als Schallabsorber, während bei niedrigeren Frequenzen die Folie als Membranabsorber wirksam ist.
Ferner sind andere Einrichtungen mit Schallwellen dämpfenden und/oder dämmenden Systemen bekannt (EP-0 454 949 A2, DE-GM 92 15 132), bei denen poröser Faservliesstoff oder offenporiger Schaumstoff aus insbesondere Polypropylen derart geformt ist, daß zusammen mit einer Trägerschicht oder der Motorhaube sogenannte Helmholtzresonatoren gebildet werden. Bei einer dieser Ausführungen wird das aus Polyurethan gebildete Kammersystem durch je eine Polyurethanfolie abgedeckt, welche sich entlang der die Kammern bildenden Schaumstoffwände hinzieht.
Auch ist es bekannt (DE-OS 36 01 204), Packungen aus Kunststoff fasermaterial und anorganischem thermisch hochbelastbarem Fasermaterial aus beispielsweise Basaltsteinwolle als geräuschdämmende Verkleidung für den Motorraum von Kraftfahrzeugen zu formen und diese Packungen an der zum Motor weisenden Seite teilweise mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Aluminiumfolie zu kaschieren.
Schließlich ist es bekannt (EP-0 439 046 A2, GB-PS 482 747), Aluminiumbleche an den Außenseiten von Packungen gewellter Metallschichten anzubringen, um reflektierende Hitzeschilde für Flammen ausgesetzte Bauteile herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Gattung mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, daß sie trotz einfacher Herstellbarkeit möglichst weit an Schall- und gegebenenfalls Wärmequellen herangeführt werden kann und dennoch langzeitig gute akustische Dämm- und Dämpfeigenschaften aufweist. Darüber hinaus soll das für die Einrichtung verwendete Material möglichst günstig recyclebar bzw. entsorgbar sein, ohne die Umwelt zu beeinträchtigen.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. In Unteransprüchen sind bevorzugte Ausbildungen beansprucht. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung und den darauf gerichteten Zeichnungen.
Bei der Erfindung besteht die dünne schwingfähige Schicht aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung einer Schichtdicke zwischen 0,004 und 0,35 mm; bevorzugt zwischen 0,0045 und 0,020 mm. Es hat sich nämlich gezeigt, daß trotz der Verwendung eines gegenüber zahlreichen für Abdeckfolien verwendeten Kunststoffen wesentlich starreren Materials, hier Aluminium, eine solche dünne Aluminiumschicht die oben genannte Aufgabe dann löst, wenn sie schwingfähig ausgebildet und angeordnet ist. Unter "Schwingfähigkeit" wird hier das Vermögen verstanden, bei Auftreffen von Schallwellen Schwingungen auszuführen, deren Amplituden auch davon abhängen, welche Schwingungsfreiheitsgrade die Aluminiumfolie zwischen denjenigen Teilen aufweist, an denen sie sich abstützt. Die "dünne Schwingfolie" überträgt Luftschallwellen, die auf eine Seite derselben auftreffen, in den Luftraum auf der anderen Seite derselben, selbst wenn sich hierbei der "Schalldruck" vermindert, was schließlich gleichfalls für die akustische Dämpfung vorteilhaft ist.
Die dünne schwingfähige Aluminiumschicht deckt ein System von Resonanzkammern nach dem sogenannten Helmholtzprinzip ab. An der dem Schallwelleneinfall abgewandten Seite ist die dünne Schicht mit einer dünnen thermoplastischen Schicht überzogen.
Für besondere Schallwellenfrequenzspektren kann die Aluminiumfolie auch mindestens teilweise gelocht sein.
Die Baueinheit aus dem insbesondere schalenartigen Träger und den stegförmigen Abstandhaltern besteht bevorzugt aus GMT (glasfaserverstärktem Thermoplast) . Sie kann im Spritzpreßverfahren aber auch durch Tiefziehen hergestellt sein.
Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die dünne schwingfähige Aluminiumschicht selbst zu einem Kammersystem durch Tiefziehen verformt.
Es empfiehlt sich, die dünne Thermoplastschicht an der Aluminiumfolie durch Kaschieren zu applizieren. Die Thermoplastschicht sollte aus Polypropylen (PP) bestehen (auch Polyester, Polyethylen oder dergleichen wären geeignet). Es empfiehlt sich eine Schichtdicke derselben im Bereich derselben Schichtdickengrößenordnung wie die dünne Aluminiumschicht. Eine solche Aluminium-Thermoplast-Verbundschicht läßt sich günstig tiefziehen, behält jedoch dennoch eine ausreichende Schwingfähigkeit beim Auftreffen von Schallwellen bei.
Die Aluminiumfolie kann auch einen porösen Aluminiumkörper beispielsweise ein Aluminiumfaservlies abdecken; wichtig ist, daß die dünne Aluminiumschicht dabei ihre Schwingfähigkeit nicht verliert, selbst wenn diese durch das Faservlies aus Aluminium etwas reduziert wird. Diese "All-Aluminium-Technik" ist vorteilhaft für die Entsorgung.
Die thermoplastische Kunststoffschicht wird bevorzugt an derjenigen Seite der Aluminiumfolie angeordnet, welche dem Schallwelleneinfall abgewandt ist. Der Thermoplast dieser Kunststoffschicht kann auch als Verbindungsmittel zu der Baueinheit aus insbesondere GMT dienen, mit dem die Einrichtung zu einem Aggregat durch Verschmelzen verbunden wird.
Die erfindungsgemäße schwingfähige Aluminium-Thermoplast-Verbundschicht hat sich im übrigen auch vorteilhaft erwiesen beim Ankleben an die dem Motorraum zugewandte Oberfläche einer Motorhaube beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Derartige Motorhauben werden durch Schallwellen, die insbesondere der Motor erzeugt, vielfach zu Vibrationen angeregt, wodurch die Motorhaube selbst eine Schallquelle bildet. Durch den Verbund der schwingfähigen Aluminiumfolie über die Thermoplastschicht mit der insbesondere aus Metall bestehenden Motorhaube wirkt die schwingfähige Aluminiumschicht über die Thermoplastschicht auch als dämpfendes Element für die Vibrationen der Motorhaube. Da die Schwingungsfrequenzen der extrem dünnen Aluminiumschicht einerseits und des Blechs der Motorhaube andererseits sich stark unterscheiden, kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch ihre Aufgabe als schalldämmendes und gleichzeitig als schalldämpfendes Bauelement erfüllen.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1
einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung;
Figur 2
einen vergrößerten Querschnitt durch eine Aluminium-Thermoplast-Verbundfolie und
Figur 3
ein Kraftfahrzeug in Seitenansicht mit teilweise aufgebrochenem Motorraum.
Gemäß Figur 1 ist der Träger 4 als eine Trägerschale wannenförmig ausgebildet; sie besteht z.B. aus GMT und ist z.B. im Tiefziehverfahren vorfabriziert. Von der Innenseite 4a der Trägerschale ziehen sich plattenförmige Abstandhalter 14 im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Trägerschale bis zu derjenigen Stelle hin, an der sie zur Abstützung der darübergespannten schwingfähigen dünnen Aluminiumschicht 1 einer Schichtdicke von 0,1 mm dienen.
Diese ist innen, dem Träger 4 zugewandt, z.B. gemäß Figur 2 mit einer Thermoplastschicht 8 aus Polypropylen beschichtet und mit den Rändern 4b des schalenförmigen Trägers 4 sowie mit den freien Enden 14a der stegförmigen Abstandhalter 14 verschweißt (thermisch) oder verklebt. Dabei ist die membranartige Schicht 1 straff gespannt. Zwischen der Trägerschale und der Schicht 1 werden Resonanzkammern 2 gebildet. Die Abstandhalter 14 bestehen aus dem gleichen Material wie die Trägerschale und sind mit dieser einstückig, beispielsweise im Spritzpreßverfahren, hergestellt. Durch Wahl der Größe der Resonanzkammern und daher auch Größe der schwingfähigen Teile der Aluminiumfolie 1 kann die Schallabsorption über ein breites Frequenzspektrum ausgedehnt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 3 ist der Träger 4 als Schale geformt, die beispielsweise eine Kfz-Trennwand oder ein Armaturenbrett bildet. An einer Seite des Trägers 4 ist ein Kammersystem zum Schallabsorbieren der vom Motorraum einfallenden Schallwellen angeordnet, indem eine Aluminium-Thermoplast-Verbundfolie 1a in der schematisch dargestellten Weise tiefgezogen und zusätzlich mit einer Aluminiumfolie 1, die wiederum mit einer Thermoplastfolie kaschiert sein kann, überzogen ist. Hierdurch wird ein System gebildet, das Resonanzen in den Kammern 2 erzeugt. Dadurch, daß auch die Aluminium-Thermoplast-Verbundfolie 1a schwingfähig ist, wird die Breitbandigkeit noch weiter verbessert.
Gemäß Figur 3 ist ein Kammersystem 11 an der dem Motorraum 12 zugewandten Seite der Trennwand 7 zwischen Motorraum 12 und Fahrgastraum 13 eines Kraftfahrzeugs 5 angeordnet. Außerdem ist an der Unterseite der Motorhaube 6 ein Verbundsystem 10 angeklebt, das aus einer Aluminiumfolie 1 und einer aufkaschierten Folie 8 aus dem Kunststoff PP besteht. Dabei ist die Aluminiumfolie 1 an der freien Seite dem Motorraum 12 zugewandt, während die Thermoplastfolie 8 an der Seite die Verbindungsschicht zum Blech der Motorhaube 6 herstellt, so daß ein Schwingungssystem der Aluminiumfolie 1 einerseits und des Blechs der Motorhaube 6 andererseits, jedoch mit völlig unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen entsteht, was im Ergebnis zu einer Dämpfung von Vibrationen der Motorhaube 6 im Sinne eines "Entdröhnens" führt. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Dämpfungs- und Dämmeinrichtungen 10 und 11 besteht unter anderem darin, daß diese sehr weit an die gleichzeitig eine Wärmequelle dienenden Motoraggregate herangebracht werden können, wodurch ein erheblicher Raumgewinn erzielt wird, ohne daß die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Schalldämpfungsund Schalldämmungseinrichtungen auch bei größerer Hitzeentwicklung beeinträchtigt wird.

Claims (11)

  1. Einrichtung zum Absorbieren und/oder Dämpfen von Schallwellen mit einem Schallwellen dämpfenden und/oder dämmenden Kammersystem (11) und mit einer dünnen Schicht (1), die an der dem Schallwelleneinfall zugewandten Seite des Kammersystems (11) membranartig über dieses gespannt ist, bei der das Kammersystem (1) aus einem Träger (4) und von diesem abstehenden Abstandhaltern (14) besteht, die eine einstückige Baueinheit mit diesem bilden,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Kammersystem (1) Resonanzkammern im betreffenden Frequenzbereich der zu absorbierenden und/oder dämpfenden Schallwellen bildet, dass die dünne Schicht (1) als schwingfähige Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einer Schichtdicke zwischen 0,004 und 0,35 mm ausgebildet und an der dem Schallwelleneinfall abgewandten Seite (B) mit einer dünnen thermoplastischen Kunststoffschicht (8) überzogen ist, und dass die Abstandhalter (14) stegförmig vom Träger (4) abstehen.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Aluminiumschicht (1) gelocht ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Aluminiumschicht (1) zu dem Kammersystem (11) hin verformt ist.
  4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dünne schwingfähige Aluminiumfolie eine Schichtdicke zwischen 0,0045 und 0,020 mm aufweist.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der thermoplastischen Kunststoffschicht (8) die gleiche Größenordnung wie die Schichtdikke der dünnen Aluminiumschicht (1) aufweist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß für die dünne thermoplastische Kunststoffschicht (8) Polypropylen verwendet ist.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Kunststoffschicht (8) mit der Baueinheit verschmolzen ist.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Baueinheit aus den Abstandhaltern (14) und dem Träger (4) spritzgepreßt oder tiefgezogen ist.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Baueinheit aus den Abstandhaltern (14) und dem Träger aus GMT besteht.
  10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Aluminiumschicht (1) an die Innenfläche einer Motorhaube (6) eines Kraftfahrzeugs (5) angeklebt ist.
  11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Aluminiumschicht (1) an der dem Motorraum (12) zugewandten Seite einer Trennwand (7) zwischen Motorraum (12) und Fahrgastraum (13) eines Kraftfahrzeugs (5) befestigt ist.
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