EP1544847A2 - Schallabsorbierendes flächiges Schaumstoffmaterial - Google Patents

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EP1544847A2
EP1544847A2 EP04029695A EP04029695A EP1544847A2 EP 1544847 A2 EP1544847 A2 EP 1544847A2 EP 04029695 A EP04029695 A EP 04029695A EP 04029695 A EP04029695 A EP 04029695A EP 1544847 A2 EP1544847 A2 EP 1544847A2
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EP
European Patent Office
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film
foam material
sound
foam
elevations
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EP04029695A
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English (en)
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Inventor
Juergen Roellinghoff
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Cellofoam GmbH and Co KG
Original Assignee
Cellofoam GmbH and Co KG
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a sound-absorbing, sheet-like or layered foam material, in particular for lining soundproof hoods and housings, Hoods and the like.
  • the purpose of sound absorption is to obtain the highest possible sound from the incident sound wave Dissipate or absorb energy components.
  • the highest energy level of a sound wave is in the range of maximum amplitude, d. H. the vibration of the air particles vertically to the propagation direction, which is highest at ⁇ / 2 and 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • a sound frequency of 1000 Hz the result is a wavelength of, taking into account the speed of sound 0.33 m, the maximum amplitude occurring at 8 or 24 cm.
  • the invention is based on the object, the sound absorption effect in a layered Significantly improve foam material without increasing the layer thickness got to.
  • This object is achieved in that facing the sound incidence on the Surface of the foam layer a film over elevations and depressions the foam material is stretched so that the film in the region of the dome-shaped Ridges on the foam material is flat and at a distance above the wells strained.
  • This embodiment achieves sound absorption values that are clear higher than a foam layer of constant thickness and the same Volume per unit area, given a corresponding volume per unit area starting with a foam layer according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically a cross section through a layer 1 of polyurethane foam.
  • the the back of the foam layer facing away from the sound incidence which on a not shown Cladding wall comes to concern, may be flat while the sound incidence facing surface with mutually offset convex Raises 1a and intervening concave recesses 1b is provided.
  • About these wavy surface is stretched elastic, soft film 2, which at the elevations 1a lies flat against the crests and in the region of the recesses 1b a distance from the Foam surface has 1c.
  • the elastic film 2 by gluing or melting with the Foam material of the layer 1 may be connected. This results in a mass-spring system in this area for sound absorption.
  • These film absorber regions 2a can be used in the Top view of the surface have an approximately circular shape.
  • the film 2 is so large connected to the crests 1a, that Also, the saddle located between the tips 1a 'and 1a "in Fig. 1 is applied to the film.
  • the film 2 surrounds about the above Centerline lying wave areas 2a, wherein the film areas 2b approximately on the center line lie the wavy line.
  • these Film absorber regions 2a surrounding the intermediate membrane absorber region 2b which has a circular shape.
  • the film 2 is airtight and it may have a thickness of, for example, about 40 ⁇ to have. You can z. B. made of polyurethane.
  • the surface of the film can be water, oil and be formed fuel-tight.
  • the airtight film 2 seals the surface and it It can be equipped with anti-fungicide to ensure protection against mold growth.
  • the film 2 may have a thickness of 20 to 100 ⁇ , preferably 30 to 50 ⁇ .
  • the film 2 is connected by fusing with the crests of the elevations 1a, wherein the film thickness in the contact area 2a by heat and stretching For example, it is reduced to 20 ⁇ while in the free area above the wells 1b retains the original strength of 40 ⁇ .
  • This allows the Folienabsorber Schemee 2a are optimized by reducing the mass of the film 2, while at the same time the film. 2 in the membrane absorber region 2b, a thickness or mass favorable for a membrane absorber having.
  • the film is stretched in the abutment region 2a at the crests of the elevations 1a, that it is microporous in this investment area 2a, while in the membrane absorber area 2b remains closed.
  • These microporous areas are permeable to air, but not for water or oil due to their surface tension.
  • the foam surface is preferably open-pored, in particular in the region 1c of the depressions. As a result, the sound absorption is favored.
  • the smooth film 2 forms a seal of the open-pored structure of the foam surface.
  • the film coverage of the cavities 3 in the profile of the foam surface results in a Membranabsorber Scheme 2b, in which the natural membrane frequencies of the film to deeper and medium frequency ranges can be designed so that in this area a optimal absorption results.
  • the film absorber areas 2 a in which the film 2 on the Foam material rests, arises due to the low mass resistance of the film a sound-transmitting, damped system with an optimum of sound absorption in higher Frequency ranges.
  • the membrane absorber area 2b results from the plant of the edges of the soft and elastic foam an acoustically damped edge region of the clamped film 2, whereby the effect of these membrane absorber regions 2b by the damped edge region is increased, are avoided by the disturbing resonances.
  • the area of the overlying film is mainly in the middle to higher frequency range, ie more than 1000 Hz effective.
  • the film is here on the Soft foam stored. By melting the film 2 on the foam material is also this melted in a thickness range of about 1/10 mm, whereby the film 2 is stored soft and swinging.
  • the mass resistance of the film is in this range is not greater than the characteristic impedance of the air, d. H. the film thickness is like that designed to absorb all frequencies below a given maximum frequency. It should no reflection of the sound on the slide occur.
  • the contact area of the film 2 on the foam material 1 can, for example, 40 to 60% of Depending on the design of the sound absorption.
  • the outwardly convex shape of the film absorber regions 2a is also diffuse Sound incidence beneficial because of this waveform of the surface obliquely incident Components of the sound amplitude can be effectively absorbed, with the longitudinal extent the foam layer and thus a thicker effective foam layer for this obliquely incident or almost wall-parallel components is effective.
  • Fig. 1 shows an approximately Sinusoidal cut line, with the free-clamped film area approximately at the zero line this sinusoidal line lies.
  • the recesses 1b can also be designed deeper and in a different form be.
  • Fig. 3 shows an embodiment with approximately rectangular depressions. Also in this embodiment, the film is soft stored or damped at the edges.
  • the crests may be oval in plan view rather than circular in shape, so that also results in an oval abutment portion 2a of the film.
  • the distance of the elevations 1 a can be varied, as also the height between increase and depression.
  • the domed shape of the film absorber areas 2a may also be made flatter, while the membrane absorber regions 2b a larger Deepening can also have a different shape.
  • the described surface structure of a foam layer can be independent of the Layer thickness can be provided. It also brings with it different types of foam material a significant improvement in the absorption effect.
  • the Foil 2 uses the same material as for the foam 1, in particular polyurethane. As a result, a soft and oscillatory storage of the film 2 during melting achieved on the carrier foam 1.
  • the surface structure or the surface profile is designed so that the film absorber areas 2a opposite to a noticeable enlargement of the surface a foam layer with a flat surface results.
  • Fig. 2 shows the sound absorption of inventively designed foam layers at different average thickness dimensions depending on the Sound frequency. So it is at an average layer thickness of 30 mm and 630 Hz Absorption value ⁇ of about 0.84, where the value 1.0 corresponds to 100%.
  • absorption value is in a foam layer of uniform thickness, ie without the Surface design according to the invention, a layer thickness of 110 mm needed. It results thus compared to a foam layer with a flat surface at the same volume per unit area a significant improvement of the sound absorption effect.
  • the backside of the foam layer may be coated with a reinforcing material and it may also be self-adhesive to facilitate attachment to a wall.
  • polyurethane foam is used as the foam material, which is about 80% has open cell and about 20% closed-cell structure.

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Abstract

Bei einem schallabsorbierenden, schichtförmigen Schaumstoffmaterial, dessen dem Schalleinfall zugewandte Oberfläche mit Erhöhungen und Vertiefungen versehen ist, wird über dieses Oberflächenprofil eine Folie derart gespannt, dass sie im Bereich der Erhöhungen am Schaumstoffmaterial anliegt und in einem Abstand über den Vertiefungen verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes, flächiges bzw. schichtförmiges Schaumstoffmaterial, insbesondere zum Auskleiden von Schalldämmhauben und Einhausungen, Motorhauben und dergleichen.
Es ist bekannt, für Auskleidungen von Schalldämmhauben und dergleichen eine Lage Schaumstoffmaterial zu verwenden. Die Schallabsorptionswirkung solcher Schaumstoffauskleidungen hängt neben Materialeigenschaften und Aufbau des Absorbers vor allem von der Dicke der Schaumstoffschicht ab.
Bei der Schallabsorption geht es darum, aus der einfallenden Schallwelle möglichst hohe Energieanteile abzuführen bzw. zu absorbieren. Die höchste Energieebene einer Schallwelle liegt im Bereich der maximalen Amplitude, d. h. der Schwingung der Luftteilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, die bei λ/2 und ¾ λ, am höchsten ist. Dies bedeutet für einen porösen Absorber wie Schaumstoffmaterial, dass für eine gute Wirkung der Schallabsorption umso höhere Schichtdicken benötigt werden, je niedriger die Schallfrequenz ist bzw. je größer die Wellenlänge der Schallwelle ist. Nimmt man beispielsweise eine Schallfrequenz von 1000 Hz, so ergibt sich unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit eine Wellenlänge von 0,33 m, wobei die maximale Amplitude bei 8 bzw. 24 cm auftritt. Selbst mit einem idealen porösen Absorber, der unter 8 cm dick ist, kann man keine vollständige Absorption erreichen. Um 99,9 % des Schalls bei 100 Hz abzubauen, müsste die Absorberdicke etwa 82 cm stark sein.
In Motorkapseln, Maschinenverkleidungen, insbesondere im KFZ-Bereich, bei Klimakanälen und dergleichen ist es in der Regel nicht möglich, Schichtdicken des schallabsorbierenden Materials über 50 mm einzusetzen. Damit stellen die niedrigen, aber immer deutlich vorhandenen Frequenzbereiche < 1000 Hz unlösbare Probleme dar, weil die Schichtdicke nicht erhöht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schallabsorptionswirkung bei einem schichtförmigen Schaumstoffmaterial deutlich zu verbessern, ohne dass die Schichtdicke erhöht werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der dem Schalleinfall zugewandten Oberfläche der Schaumstoffschicht eine Folie über Erhöhungen und Vertiefungen des Schaumstoffmaterials derart gespannt ist, dass die Folie im Bereich der kuppenförmigen Erhöhungen an dem Schaumstoffmaterial flächig anliegt und in einem Abstand über den Vertiefungen gespannt verläuft. Hierdurch ergibt sich auf der Oberfläche der Schaumstoffschicht eine Kombination von Folienabsorbern im Bereich der auf den Erhöhungen anliegenden Folie und von Membranabsorbern im Bereich der in einem Abstand über den Vertiefungen gespannten Folie. Durch diese Ausgestaltung werden Schallabsorptionswerte erzielt, die deutlich höher liegen als bei einer Schaumstoffschicht von gleichbleibender Dicke und gleichem Volumen pro Flächeneinheit, wenn man von einem entsprechenden Volumen pro Flächeneinheit bei einer erfindungsgemäßen Schaumstoffschicht ausgeht.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
eine Schnittansicht durch eine Schaumstoffschicht mit Folie,
Fig. 2
ein Diagramm, das den Schallabsorptionsgrad in Abhängigkeit von der Schallfrequenz wiedergibt, und
Fig. 3
eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Schicht 1 aus Polyurethanschaum. Die dem Schalleinfall abgewandte Rückseite der Schaumstoffschicht, die an einer nicht dargestellten Verkleidungswand zum Anliegen kommt, kann eben ausgebildet sein, während die dem Schalleinfall zugewandte Oberfläche mit versetzt zueinander angeordneten konvexen Erhöhungen 1a und dazwischen liegenden konkaven Vertiefungen 1b versehen ist. Über diese wellige Oberfläche ist eine elastische, weiche Folie 2 gespannt, die an den Erhöhungen 1a flächig an den Kuppen anliegt und im Bereich der Vertiefungen 1b einen Abstand von der Schaumstoffoberfläche 1c hat. Es ergibt sich in der Draufsicht auf die Schaumstoffschicht etwa eine durch die ebenen Folienabschnitte 2b gebildete Ebene, aus der die von der Folie überzogenen Kuppen 2a der Erhöhungen 1 a herausragen und gegebenenfalls die Sattelbereiche zwischen den Erhöhungen, wenn die Folie auch an diesen anliegt, wie dies bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fall ist.
Im Bereich der kuppenförmigen Erhöhungen 1a und gegebenenfalls der Sattelbereiche zwischen den Erhöhungen kann die elastische Folie 2 durch Kleben oder Anschmelzen mit dem Schaumstoffmaterial der Schicht 1 verbunden sein. Es ergibt sich in diesem Bereich ein Masse-Feder-System für die Schallabsorption. Diese Folienabsorberbereiche 2a können in der Draufsicht auf die Oberfläche eine etwa kreisförmige Gestalt haben. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Folie 2 derart großflächig mit den Kuppen 1a verbunden, dass auch der zwischen den Kuppen 1a' und 1a" in Fig. 1 liegende Sattelbereich an der Folie anliegt. Wie Fig. 1 zeigt, umschließt bei dieser Ausführungsform die Folie 2 etwa die über der Mittellinie liegenden Wellenbereiche 2a, wobei die Folienbereiche 2b etwa auf der Mittellinie der Wellenlinie liegen. Bei dieser großflächigen Anlage der Folie 2 an den Erhöhungen 1a ergibt sich in der Draufsicht eine gitterartige Struktur der Folienabsorberbereiche, wobei diese Folienabsorberbereiche 2a den dazwischen liegenden Membranabsorberbereich 2b umgeben, der etwa eine Kreisform hat.
Zwischen diesen nach außen konvexen bzw. kuppenförmigen Folienabsorberbereichen 2a ist die Folie 2 frei über die Vertiefungen 1b gespannt, wobei sich ein Membranabsorberbereich 2b ergibt, bei dem die Folie 2 die auftreffenden Schallwellen in den dahinter liegenden Hohlraum 3 zwischen Folie 2 und Schaumstoffoberfläche 1c ableitet, in dem sie durch das poröse Schaumstoffmaterial absorbiert werden.
Die Folie 2 ist luftdicht ausgebildet und sie kann eine Stärke von beispielsweise etwa 40 µ haben. Sie kann z. B. aus Polyurethan bestehen. Die Oberfläche der Folie kann wasser-, ölund kraftstoffdicht ausgebildet sein. Die luftdichte Folie 2 versiegelt die Oberfläche und sie kann antifungizid ausgerüstet werden, um einen Schutz gegen Schimmelbildung zu gewährleisten.
Die Folie 2 kann eine Stärke von 20 bis 100µ, vorzugsweise 30 bis 50µ haben.
Vorzugsweise wird die Folie 2 durch Anschmelzen mit den Kuppen der Erhöhungen 1a verbunden, wobei die Folienstärke im Anlagebereich 2a durch Wärmeeinwirkung und Dehnung beispielsweise auf 20 µ verringert wird, während sie im freien Bereich über den Vertiefungen 1b die ursprüngliche Stärke von 40 µ beibehält. Hierdurch können die Folienabsorberbereiche 2a durch Verringerung der Masse der Folie 2 optimiert werden, während zugleich die Folie 2 im Membranabsorberbereich 2b eine für einen Membranabsorber günstige Dicke bzw. Masse aufweist.
Vorzugsweise wird die Folie im Anlagebereich 2a an den Kuppen der Erhöhungen 1a so gedehnt, dass sie in diesem Anlagebereich 2a mikroporös wird, während sie im Membranabsorberbereich 2b geschlossen bleibt. Diese mikroporösen Bereiche sind für Luft durchlässig, nicht aber für Wasser oder Öl aufgrund deren Oberflächenspannung.
Die Schaumstoffoberfläche ist vorzugsweise offenporig, insbesondere im Bereich 1c der Vertiefungen. Hierdurch wird die Schallabsorption begünstigt.
Die glatte Folie 2 bildet eine Versiegelung der offenporigen Struktur der Schaumstoffoberfläche. Die Folienabdeckung der Hohlräume 3 im Profil der Schaumstoffoberfläche ergibt einen Membranabsorberbereich 2b, bei dem die Membran-Eigenfrequenzen der Folie auf tiefere und mittlere Frequenzbereiche ausgelegt werden können, so dass sich in diesem Bereich eine optimale Absorption ergibt. In den Folienabsorberbereichen 2a, in denen die Folie 2 auf dem Schaumstoffmaterial aufliegt, entsteht aufgrund des geringen Massenwiderstands der Folie ein schalldurchlässiges, gedämpftes System mit einem Optimum der Schallabsorption in höheren Frequenzbereichen.
Im Membranabsorberbereich 2b ergibt sich durch die Anlage der Ränder an dem weichen und elastischen Schaumstoff ein akustisch gedämpfter Randbereich der eingespannten Folie 2, wodurch die Wirkung dieser Membranabsorberbereiche 2b durch den gedämpften Randbereich erhöht wird, durch den störende Resonanzen vermieden werden.
Der Bereich der aufliegenden Folie (Folienabsorberbereiche 2a) ist vor allem im mittleren bis höheren Frequenzbereich, also über 1000 Hz wirksam. Die Folie wird hierbei auf dem Schaumstoff weich gelagert. Durch Anschmelzen der Folie 2 am Schaumstoffmaterial wird auch dieses in einem Dickenbereich von etwa 1/10 mm angeschmolzen, wodurch die Folie 2 weich und schwingend gelagert wird. Vorzugsweise ist der Massenwiderstand der Folie in diesem Bereich nicht größer als der Wellenwiderstand der Luft, d. h. die Folienstärke ist so ausgelegt, dass sie alle Frequenzen unter einer gegebenen Höchstfrequenz absorbiert. Es soll keine Reflexion des Schalls an der Folie auftreten.
Der Anlagebereich der Folie 2 am Schaumstoffmaterial 1 kann beispielsweise 40 bis 60 % der Oberfläche betragen, je nach Auslegung der Schallabsorption. Vorzugsweise wird ein Anlagebereich 2a in der Draufsicht in Fig. 1 und 3 von etwa 50 % vorgesehen.
Die nach außen konvexe Gestalt der Folienabsorberbereiche 2a ist auch hinsichtlich des diffusen Schalleinfalls von Vorteil, weil durch diese Wellenform der Oberfläche schräg einfallende Komponenten der Schallamplitude wirksam absorbiert werden können, wobei die Längsausdehnung der Schaumstoffschicht und damit eine dickere wirksame Schaumstofflage für diese schräg einfallenden oder nahezu wandparallelen Komponenten wirksam wird.
Die Form der Vertiefungen 1b bzw. der Hohlräume 3 kann variieren. Fig. 1 zeigt eine etwa sinusförmige Schnittlinie, wobei der frei eingespannte Folienbereich etwa auf der Nulllinie dieser Sinuslinie liegt. Die Vertiefungen 1b können auch tiefer und in anderer Form gestaltet sein. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit im Schnitt etwa rechteckigen Vertiefungen. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Folie an den Rändern weich gelagert bzw. gedämpft.
Auch können die Kuppen oval in der Draufsicht anstelle von kreisförmig ausgebildet sein, sodass sich auch ein ovaler Anlagebereich 2a der Folie ergibt.
Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Gestaltung der Oberfläche einer Schaumstoffschicht möglich. So kann der Abstand der Erhöhungen 1 a variiert werden, wie auch die Höhe zwischen Erhöhung und Vertiefung. Die Kuppenform der Folienabsorberbereiche 2a kann auch flacher gestaltet sein, während die Membranabsorberbereiche 2b eine größere Vertiefung auch in anderer Gestalt aufweisen können.
Die beschriebene Oberflächenstruktur einer Schaumstoffschicht kann unabhängig von der Schichtdicke vorgesehen werden. Sie bringt auch bei verschiedenen Arten von Schaumstoffmaterial eine deutliche Verbesserung der Absorptionswirkung. Vorzugsweise wird für die Folie 2 das gleiche Material wie für den Schaumstoff 1 verwendet, insbesondere Polyurethan. Hierdurch wird eine weiche und schwingungsfähige Lagerung der Folie 2 beim Anschmelzen am Trägerschaum 1 erreicht.
Vorzugsweise wird die Oberflächenstruktur bzw. das Oberflächenprofil so ausgelegt, dass sich durch die Folienabsorberbereiche 2a eine merkliche Vergrößerung der Oberfläche gegenüber einer Schaumstoffschicht mit ebener Fläche ergibt.
Fig. 2 zeigt den Schallabsorptionsgrad von erfindungsgemäß gestalteten Schaumstoffschichten bei unterschiedlichen durchschnittlichen Dickenabmessungen in Abhängigkeit von der Schallfrequenz. So wird bei einer durchschnittlichen Schichtdicke von 30 mm und 630 Hz ein Absorptionswert α von etwa 0,84 erreicht, wobei der Wert 1,0 100 % entspricht. Für einen solchen Absorptionswert wird bei einer Schaumstoffschicht einheitlicher Dicke, also ohne die erfindungsgemäße Oberflächengestaltung, eine Schichtdicke von 110 mm benötigt. Es ergibt sich somit gegenüber einer Schaumstoffschicht mit ebener Oberfläche bei gleichem Volumen pro Flächeneinheit eine wesentliche Verbesserung der Schallabsorptionswirkung.
Die Rückseite der Schaumstoffschicht kann mit einem Verstärkungsmaterial beschichtet sein und sie kann auch selbstklebend ausgebildet sein, um die Anbringung an einer Wand zu erleichtem.
Vorzugsweise wird als Schaumstoffmaterial Polyurethanäther verwendet, der eine etwa 80 % offenzellige und etwa 20 % geschlossenzellige Struktur hat.

Claims (6)

  1. Schallabsorbierendes, schichtförmiges Schaumstoffmaterial, dessen dem Schalleinfall zugewandte Oberfläche mit Erhöhungen (1a) und Vertiefungen (1b) versehen ist, wobei über diesem Oberflächenprofil eine Folie (2) derart angeordnet ist, dass sie im Bereich der kuppenförmigen Erhöhungen (1a) am Schaumstoffmaterial flächig anliegt und in einem Abstand über den Vertiefungen (1b) verläuft.
  2. Schaumstoffmaterial nach Anspruch 1, wobei die Folie (2) im Anlagebereich (2a) durch Anschmelzen mit dem Schaumstoffmaterial verbunden ist.
  3. Schaumstoffmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durch den Anlagebereich (2a) der Folie (2) gebildeten Folienabsorber eine nach außen konvexe Form haben.
  4. Schaumstoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (2) im Anlagebereich (2a) dünner ausgebildet ist als im frei liegenden Bereich über den Vertiefungen (1b).
  5. Schaumstoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Schaumstoffmaterials wellenförmig gestaltet ist.
  6. Schaumstoffmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumstoffoberfläche (1c) in den von der Folie (2) überspannten Bereichen offenporig ausgebildet ist.
EP04029695A 2003-12-15 2004-12-15 Schallabsorbierendes flächiges Schaumstoffmaterial Withdrawn EP1544847A3 (de)

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