EP1406792B1 - Schallabschirmelement - Google Patents

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EP1406792B1
EP1406792B1 EP02764576A EP02764576A EP1406792B1 EP 1406792 B1 EP1406792 B1 EP 1406792B1 EP 02764576 A EP02764576 A EP 02764576A EP 02764576 A EP02764576 A EP 02764576A EP 1406792 B1 EP1406792 B1 EP 1406792B1
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EP
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plate
partitions
chambers
element according
sound proofing
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EP02764576A
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Franz Schweiggart
Franz Koch
Dimitrios Patsouras
Klaus Pfaffelhuber
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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
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/82—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to sound only
    • E04B1/84—Sound-absorbing elements
    • E04B1/86—Sound-absorbing elements slab-shaped
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    • E04B2001/8263—Mounting of acoustical elements on supporting structure, e.g. framework or wall surface
    • E04B2001/8281—Flat elements mounted parallel to a supporting surface with an acoustically active air gap between the elements and the mounting surface
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    • E04B1/84—Sound-absorbing elements
    • E04B2001/8423—Tray or frame type panels or blocks, with or without acoustical filling
    • E04B2001/8433—Tray or frame type panels or blocks, with or without acoustical filling with holes in their face
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04B2001/8457—Solid slabs or blocks
    • E04B2001/8476—Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling
    • E04B2001/848—Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling the cavities opening onto the face of the element
    • E04B2001/8485—Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling the cavities opening onto the face of the element the opening being restricted, e.g. forming Helmoltz resonators
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    • E04B2001/848—Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling the cavities opening onto the face of the element
    • E04B2001/8495—Solid slabs or blocks with acoustical cavities, with or without acoustical filling the cavities opening onto the face of the element the openings going through from one face to the other face of the element

Definitions

  • the invention relates to a sound shielding element at least one with many small openings Plate according to the preamble of claim 1.
  • Such sound shielding elements for example for Protection against sound propagation from the noise area of a room in a neighboring room and / or to cover sound reflecting or sound generating components are already in use known (WO 00/68039 and WO 99/44816).
  • the dimensioning is the middle one Diameter or as holes, slots or the like trained small breakthroughs as important as the proportion of the area which such openings in the total area of the sound shielding element.
  • This so-called "Perforated area ratio” should be the same as the middle one Diameter or the width of the openings very small his. Perforated area ratios between 0.01% and 10% as well average diameter or width of the openings between 0.01 mm and 1 mm are preferred.
  • the invention is based, sound shielding elements of the genus mentioned at the beginning with regard to their Sound absorption in the simplest possible way and with low To further improve manufacturing costs.
  • the training according to the invention is also not known with for a long time Helmholtz resonators comparable, which in cross section essentially circular chambers in, for example, plastic have either a thin oscillatable Cover film or are covered with a front panel, which for each Helmholtz chamber has an opening.
  • the chambers are preferred in cross section rectangular, so that the partitions in each run on a substantially straight plane, which makes the production of large-area sound screening elements facilitated.
  • the partitions can also be honeycomb-like trained or formed by put together pipe pieces his.
  • the chambers have a clear width between 10 mm and 300 mm.
  • the partitions should be as thin as possible his; the wall thicknesses are between 0.5 mm and 5 mm, and 3 mm.
  • Polypropylene is particularly recommended as the material for the partition walls with a cased underbody paneling .from Motor vehicles.
  • metals are also e.g. Aluminum, advantageous for the partitions.
  • a hole area ratio between 1% and 8% particularly preferred, and the average diameter or The width of the small openings should be between 0.05 mm and 1 mm.
  • the system of chambers and partitions should be on connect the side facing away from the plate to a rear wall; this can also be designed as a plate. The back wall but can also be missing.
  • the chambers are preferably filled with air. It is supposed that the air vibrations behind that with small openings, especially small circular holes "Perforated plate” through the partition walls arranged as “transverse walls” be influenced in such a way that a considerably larger proportion of "Sound energy” in the micro-perforated plate in front of it is steamed.
  • FIG. 1 is behind the one with small holes Breakthroughs 2 provided plate 1 a system 3 of Arranged chambers 4, which by orthogonal to the plate 1st extending partitions 5 are formed.
  • the chambers 4 are rectangular in cross section in this example, in particular square, with a width B and a depth T between the back of the plate 1 and the rear wall 6, which can also consist of a plate.
  • This back wall can, however, also be omitted, which surprisingly affects the absorption behavior barely changed.
  • the partitions 5 have a as small as possible wall thickness S, which is above all sufficient Stability of the self-supporting chamber system in particular A of "cassettes" has to ensure.
  • the wall thickness d of the plate 1 is about 2 mm.
  • the chamber system 3 has a depth T of 30 mm.
  • the chamber or partition walls 5 with a wall thickness S of 2 mm are made of polypropylene.
  • the Plate 1 is made of transparent injection molding; she has one Wall thickness d of 2 mm.
  • the chambers 4 have the height H and the width B.
  • the dimensions of the entire measured arrangement are 1,200 mm x 800 mm B (mm) H (mm) A 800 1200 B 400 400 C 200 200 D 100 100 e 50 50 F without chambers, only with spacer bolts
  • FIG. 2 shows the equivalent absorption area (m 2 ) (measured in the alpha cabin) as a function of the measuring frequency for examples A to F in the table, ie for different widths and heights of the chambers 4.
  • the curve F results.
  • the equivalent absorption area is increased at 600 Hz to 600%, ie five times. Even at a frequency f of 8 kHz, the equivalent absorption area is still more than doubled.
  • FIG. 3 shows the same cassette measures as in the previous one Example of the dependence of the absorption curve on "Degree of cassette" when a high-frequency tuning of the Microperforation is chosen.
  • the sound shielding element according to the invention is not only in Rooms, but also to shield machines and noise-causing Aggregates can be used in motor vehicles. Also in aircraft and especially passenger ships in which the The cabin area should be particularly noise-protected preferred areas of application.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen aufweisenden Platte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Schallabschirmelemente, die beispielsweise zum Schutz vor Schallausbreitung aus dem Lärmbereich eines Raumes in einen Nachbarraum und/oder zum Abdecken schallreflektierender oder schallerzeugender Bauteile verwendet werden, sind bereits bekannt (WO 00/68039 und WO 99/44816). Dabei ist die Bemessung des mittleren Durchmessers bzw. der als Löcher, Schlitze oder dergleichen ausgebildeten kleinen Durchbrechungen ebenso wichtig wie der Flächenanteil, welcher solche Durchbrechungen auf der Gesamtfläche des Schallabschirmelements aufweist. Dieses sogenannte "Lochflächenverhältnis" soll ebenso wie der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechungen sehr klein sein. Lochflächenverhältnisse zwischen 0,01 % und 10 % sowie mittlere Durchmesser bzw. Breiten der Durchbrechungen zwischen 0,01 mm und 1 mm werden bevorzugt.
Bei solchen Schallabschirmelementen ist es auch bereits bekannt, mehrere solcher mit vielen kleinen Durchbrechungen versehenen Platten parallel hintereinander vor bespielsweise der schallreflektierenden Wand anzuordnen und durch Abstandhalter voneinander im Abstand zu halten.
Darüber hinaus ist es auch bekannt (DE-AS 1 180 155), eine aus mindestens drei Schichten bestehende Schalldämpfungsplatte mit gelochten Frontplatten und sandwichartig zwischen Front- und Rückplatte eingesetzter Hartfaserplatte auszurüsten; dabei sind auch große Löcher vorgesehen, welche durch das 3-Platten-System hindurchgehen und vor allem der Belüftung dienen.
Bei schallisolierenden, aus Kunststoff verformten Bauteilen ist es auch bekannt (US 4 479 992), stark hervorspringende dünne Wandteile dadurch mechanisch zu stabilieseren, daß sie auf der Rückseite mit einer wabenförmigen Versteifungsstruktur versehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schallabschirmelemente der eingangs genannten Gattung hinsichtlich ihrer Schallabsorption auf möglichst einfache Weise und mit niedrigen Herstellungskosten noch weiter zu verbessern.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet, und in weiteren Unteransprüchen und in der Beschreibung sind bevorzugte Ausbildungsformen beansprucht bzw. beschrieben.
Es hat sich sehr überraschenderweise gezeigt, daß die Schallabsorption dann erfindungsgemäß verbessert werden kann, wenn hinter der Platte ein System von Kammern angeordnet ist, welche durch Trennwände voneinander getrennt sind. Die Platte dient dann gewissermaßen als frontseitige Abdeckung des Kammersystems, bei dem die Trennwände im wesentlichen unter rechtem Winkel zur Platte verlaufen. Ein solches "Kasten- bzw. Kassettensystem" ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Messungen haben bestätigt, daß die äquivalente Absorptionsfläche, welche ein Maß für die Absorption insbesondere im hörbaren Schallwellenbereich repräsentiert, ganz erheblich und für bestimmte Frequenzbereiche um das Mehrfache verbessert werden kann. Diese Ergebnisse sind nicht voraussehbar gewesen, selbst wenn es bekannt war, zwischen einer perforierten Außenschicht und einer rückseitigen Abdeckplatte gelochtes Material insbesondere aus Schaumstoff anzuordnen (US 3 770 560). Die erfindungsgemäße-Ausbildung ist auch nicht etwa mit bereits seit langem bekannten Helmholtz-Resonatoren vergleichbar, welche im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Kammern in beispielsweise Kunststoff aufweisen, die entweder mit einer dünnen schwingfähigen Abdeckfolie oder mit einer Frontplatte abgedeckt sind, die für jede Helmholtz-Kammer eine Durchbrechung aufweist.
Bei der Erfindung werden die Kammern bevorzugt im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet, so daß die Trennwände jeweils in einer im Wesentlichen geraden Ebene verlaufen, wodurch sich die Herstellung auch großflächiger Schallabschirmelemente sehr erleichtert. Die Trennwände können aber auch bienenwabenartig ausgebildet oder durch aneinandergelegte Rohrstücke gebildet sein. Die Kammern haben eine lichte Breite zwischen 10 mm und 300 mm. Die Trennwände sollten möglichst dünnwandig sein; die Wandstärken Betragen zwischen 0,5 mm und 5mm, und 3 mm.
Als Material für die Trennwände empfiehlt sich vor allem Polypropylen bei einer kasettierten Unterbodenverkleidung .von Kraftfahrzeugen. Bei Hochtemperaturanwendungen sind auch Metalle, z.B. Aluminium, für die Trennwände vorteilhaft.
Für die Platte ist ein Lochflächenverhältnis zwischen 1 % und 8 % besonders bevorzugt, und der mittlere Durchmesser oder die Breite der kleinen Durchbrechungen sollte zwichen 0,05 mm und 1 mm betragen. Das System der Kammern und Trennwände sollte an der der Platte abgewandten Seite an eine Rückwand anschließen; diese kann gleichfalls als Platte ausgebildet sein. Die Rückwand kann aber auch fehlen.
Die Kammern sind bevorzugt luftgefüllt. Es wird vermutet, daß die Luftschwingungen hinter der mit kleinen Durchbrechungen, insbesondere kleinen kreisförmigen Löchern versehenen "Lochplatte" durch die als "Querwände" angeordneten Trennwände derart beeinflußt werden, daß ein erheblich größerer Anteil an "Schallenergie" in der davorliegenden mikroperforierten Platte gedämpft wird.
Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Folgenden beschrieben. Dabei zeigen:
  • Figur 1 eine schematische Teilansicht (teilweise aufgerissen) auf ein erfindungsgemäßes Schallabschirmelement und
  • Figuren 2 und 3 Kurven für die äquivalente Absorptionsfläche in m2 in Abhängigkeit von der Meßfrequenz f in Hz.
  • Gemäß Figur 1 ist hinter der mit kleinen als Löchern ausgebildeten Durchbrechungen 2 versehenen Platte 1 ein System 3 von Kammern 4 angeordnet, welche durch orthogonal zur Platte 1 sich erstreckende Trennwände 5 gebildet sind. Die Kammern 4 sind bei diesem Beispiel im Querschnitt rechteckförmig, insbesondere quadratförmig, mit einer Breite B und einer Tiefe T zwischen der Rückseite der Platte 1 und der Rückwand 6, welche gleichfalls aus einer Platte bestehen kann. Diese Rückwand kann jedoch auch entfallen, was überraschenderweise das Absorptionsverhalten kaum verändert. Die Trennwände 5 weisen eine möglichst geringe Wandstärke S auf, die vor allem eine genügende Stabilität des insbesondere selbsttragenden Kammersystems A von "Kassetten" zu gewährleisten hat.
    Bei einem Messungen unterworfenen Ausführungsbeispiel beträgt die Wanddicke d der Platte 1 etwa 2 mm. Es werden Lochdurchmesser D von 0,8 mm verwendet und das Lochflächenverhältnis, d.h. der Anteil der von den Löchern eingenommenen Fläche an der Gesamtfläche der Platte 1, beträgt 0,5 %. Das Kammersystem 3 weist eine Tiefe T von 30 mm auf. Die Kammer- bzw. Trennwände 5 mit einer Wandstärke S von 2 mm bestehen aus Polypropylen.
    Deren Breite B ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Platte 1 besteht aus transparentem Spritzguß; sie weist eine Wanddicke d von 2 mm auf.
    Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kammern 4 die Höhe H und die Breite B auf. Die Abmessung der gesamten gemessenen Anordnung beträgt 1.200 mm x 800 mm
    B (mm) H (mm)
    A 800 1.200
    B 400 400
    C 200 200
    D 100 100
    E 50 50
    F ohne Kammern, nur mit Abstandbolzen
    In Figur 2 ist die äquivalente Absorptionsfläche (m2) (gemessen in der Alpha-Kabine) in Abhängigkeit von der Meßfrequenz für die Beispiele A bis F der Tabelle, d.h. für unterschiedliche Breiten und Höhen der Kammern 4 aufgeführt. Wenn die gelochte Platte 1 ohne Trennwände im Abstand T von der Rückwand 6 angeordnet ist, was durch geeignete Abstandhalter realisiert werden kann, ergibt sich die Kurve F. Mit zunehmender Begrenzung der Breite B und Höhe H der Kammern 4 werden höhere Absorptionswerte bzw. α-Werte erreicht. Die äquivalente Absorptionsfläche wird bei beispielsweise 500 Hz auf 600 %, d.h. um das Fünffache vergrößert. Selbst bei einer Frequenz f von 8 kHz ergibt sich noch eine Vergrößerung der äquivalenten Absorptionsfläche auf mehr als das Doppelte.
    Figur 3 zeigt bei gleichen Kassettierungsmaßnahmen wie im vorherigen Beispiel die Abhängigkeit des Absorptionsverlaufes vom "Kassettierungsgrad", wenn eine hochfrequente Abstimmung der Mikroperforation gewählt wird. Im Gegensatz zu Figur 2 beträgt der Abstand, d.h. die Tiefe T, der mikroperforierten Platte 1 zur Rückwand 6 aber nur T = 20 mm. Auch hier ist durch die Kassettierung eine erhebliche Verbesserung der Absorption erreichbar, selbst wenn die prozentuale Steigerung weniger groß ausfällt als bei der tieffrequenten Abstimmung. Die Wanddicke d der Platte 1 beträgt d = 0,5 mm mit schlitzförmigen Durchbrechungen 2 von 0,1 mm Breite bei einem Lochflächenverhältnis von 5 %.
    Das erfindungsgemäße Schallabschirmelement ist nicht nur in Räumen, sondern auch zur Abschirmung von Maschinen und lärmverursachenden Aggregaten in Kraftfahrzeugen anwendbar. Auch in Flugzeugen und insbesondere Fahrgastschiffen, in denen der Kabinenbereich besonders lärmgeschützt sein soll, ergeben sich bevorzugte Anwendungsbereiche.
    Die Herstellung des Schallabschirmelements kann durch beispielsweise folgende bevorzugte Herstellungsverfahren so erfolgen, daß die die Kammern bildenden Trennwände mit der die Kammern abdeckenden Platte bzw. Schicht eine mechanische Baueinheit bilden:
  • 1. Es wird eine thermoplastische Kunststoff-Folie von einem Heizfeld erwärmt und dann insb. mittels Vakuum in ein die Kammern bildendes Tiefziehwerkzeug gezogen. Die Folie schmiegt sich der Kammerkontur an und erhärtet durch Erkalten. Die Durchbrechungen können durch Perforieren der Kammerböden, welche die Platte bzw. Schicht bilden, mittels Nadelfeldern hergestellt werden. Dies ist entweder noch im Tiefziehwerkzeug oder auch nachträglich nach dem Entformen möglich. Statt des Vakuum-Tiefziehverfahrens ist auch ein entsprechendes Blasverfahren anwendbar, bei dem die thermoplastische Kunststoff-Folie durch den Blasdruck an die Kontur des formgebenden Blasformwerkzeugs gedrückt wird.
  • 2. Es werden Vliese, Schäume, Folien oder plastische Massen in eine Kammerstruktur verpresst. Dabei ist das Kaltverpressen von vorher thermisch erhitzten thermoplastischen Materialien oder das Heißverpressen von duroplastischen Materialien möglich. Auch hier können die Durchbrechungen durch Perforieren entweder im Presswerkzeug selbst oder nachträglich eingebracht werden. Darüber hinaus ist es dabei auch möglich, schon vorab "perforiertes" Material entsprechend zu verformen. Dazu kann ein dünnes vlies Anwendung finden, welches einen mittleren Öffnungsanteil und einen mittleren Öffnungsdurchmesser aufweist, welche den Bemessungsregeln für die Durchbrechungen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 entsprechen.
  • 3. Ein die Platte bzw. die Schicht einerseits und die Trennwände der Kammer andererseits integrierendes Bauteil kann auch durch Gießen, Spritzgießen, Spritzpressen oder Spritzprägen hergestellt werden. Dabei empfiehlt sich auch hier die Verwendung ein und desselben Materials für Platte und Trennwände. Nach einer bevorzugten Ausbildung werden an eine mit den Durchbrechungen versehenen insb. nadelgewalzten Folie aus Polypropylen, insb. eine Aluminiumpolypropylenverbundschicht, die Trennwände mit der Kammerstruktur aus insb. Polypropylen angespritzt.
  • Claims (10)

    1. Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen (2) aufweisenden Schallabsorberplatte (1) und mit einem System (3) von Kammern (4), bei dem die Platte (1) eine Dicke (d) zwischen 0,001 mm und 50 mm aufweist und als frontseitige Abdeckung des Systems (3) von Kammern (4) dient, und bei der der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechung (2) zwischen 0,001 mm und 2 mm und das Lochflächenverhältnis zwischen 0,01 % und 8 % betragen, und bei dem die Trennwände (5) zwischen den Kammern (4) im wesentlichen unter rechtem Winkel zur Ebene der Platte (1) verlaufen,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4) eine lichte Breite (B) zwischen 0,5 und 20 cm und die Trennwände (5) eine Wandstärke (S) zwischen 0,5 mm und 4 mm aufweisen.
    2. Schallabschirmelement nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Platte
      mit den Trennwänden als einstückige Baneinheit ausgebildet und zwar aus einer Folie tiefgezogen und/oder im Blasverfahren oder durch Anspritzen der Trennwände (15) an eine nadelgewalzte Folie hergestellt ist.
    3. Schallabschirmelement nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind und sich die Trennwände (5) jeweils in einer im wesentlichen geraden Ebene erstrecken.
    4. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Lochflächenverhältnis der Platte (1) zwischen 1 % und 8 % beträgt.
    5. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechungen (2) zwischen 0,05 mm und 0,7 mm beträgt.
    6. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) aus einem Aluminum-Polypropylen-Verbund besteht.
    7. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) aus Polypropylen bestehen.
    8. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß das System (3) von Kammern (4) und Trennwänden (5) an der der Platte (1) abgewandten Seite durch eine Rückwand (6) abgedeckt ist.
    9. Schallabschirmelement nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (6) als Platte ausgebildet ist.
    10. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß die nadelgewalzte Folie aus einem Aluminium-Polypropylen-Verbund besteht.
    EP02764576A 2001-07-17 2002-06-04 Schallabschirmelement Revoked EP1406792B1 (de)

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    DE10134783A DE10134783B4 (de) 2001-07-17 2001-07-17 Schallabschirmelement
    PCT/EP2002/006106 WO2003008237A1 (de) 2001-07-17 2002-06-04 Schallabschirmelement

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    EP1406792A1 EP1406792A1 (de) 2004-04-14
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    Country Link
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    AT (1) ATE283181T1 (de)
    DE (2) DE10134783B4 (de)
    ES (1) ES2235081T3 (de)
    WO (1) WO2003008237A1 (de)

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