EP4035854B1

EP4035854B1 - Mehrschichtige schallabsorptionsplatte und deren verwendung sowie verfahren und vorrichtung für deren herstellung

Info

Publication number: EP4035854B1
Application number: EP22154186.5A
Authority: EP
Inventors: Moritz Dr. SPÄH; Benjamin MÜLLER; Xiaoru Zhou; Max MUCTAR
Original assignee: Legno Tischlerei GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Legno Tischlerei GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2024-06-19
Anticipated expiration: 2042-01-31
Also published as: EP4035854A1; DE102021200905A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Schallabsorptionsplatten, die jeweils eine durch mechanische Bearbeitung dreidimensional strukturierte Oberfläche an einer Deckschicht aus Holz haben, das weiche und harte Abschnitte aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine mehrschichtige Schallabsorptionsplatte sowie deren Verwendung.
Bei der Oberflächengestaltung von Möbeln und Raumoberflächen kommen häufig Holzoberflächen zum Einsatz. In der Regel sind diese Oberflächen geschlossen, d. h. sie haben keine Öffnungen, und sind damit für eine akustische Wirksamkeit durch Schallabsorption nicht geeignet. Um Holzoberflächen für die Schallabsorption wirksam zu machen, werden sie mit Löchern, Schlitzen oder Rillen durch Bearbeitungsverfahren wie Bohren, Fräsen, Schlitzen, Sägen, Laserbearbeitung oder Stanzen versehen. Derart geöffnete Holzoberflächen können z. B. für schallabsorbierende Prallwände in Sporthallen angewendet werden. Bei diesen schallabsorbierenden Prallwänden und anderen Anwendungen können die Oberflächen durch gelochte oder mikrogelochte Platten akustisch transparent (oder teil-transparent und mit rückseitiger Materialbelegung)gemacht oder aber auch durch Mikroperforation (mit Lochdurchmesser von 1 mm oder kleiner) selbst schallabsorbierend ausgebildet werden. Alle bisher bekannten Verfahren der Öffnung von Holzoberflächen haben den Nachteil, dass sie die Öffnungen für das Auge sichtbar machen und das Erscheinungsbild der Oberflächen im Vergleich zu geschlossenen Oberflächen deutlich verändern.
Unter dem Begriff "Holzoberflächen" wie er hier verwendet wird, sind dreidimensionale Teile, Lagen oder Schichten aus Holz zu verstehen, die jeweils eine sichtbare zweidimensionale Oberfläche haben, die die Grenzfläche zwischen der Umgebung und dem jeweiligen Holzkörper ist. Als "Holzoberflächen" werden hier auch Holzfurniere oder Kunstholzfurniere verstanden, die ihrerseits als dünne Blätter aus Holz mit einer Stärke von 0,25 bis 6 mm definiert werden. Mit dem hier verwendeten Begriff "Deckschicht" ist die äußerste dreidimensionale Schicht einer mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte gemeint, deren zweidimensionale Oberfläche zugleich die zweidimensionale Oberfläche dieser äußersten Schicht der mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte ist.
Eine mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 sowie ein Verfahren für deren Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind aus der Gebrauchsmusterschrift DE 299 11 495 U1 bekannt. Bei dieser mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte ist die aus Holz bestehende Deckschicht, die eine Stärke von kleiner als etwa 1,5 mm hat, mit bis zur nächsten Schicht durchgehenden Löchern versehen, die Mikroperforationen mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 1,1 mm sein können, die durch Stanzen, Laserbearbeitung oder Bohren hergestellt und in Reihen in einem Raster von 5 mm angeordnet werden können. Die Deckschicht kann ein Holzfurnier sein, das mit der eine tragende Schicht bildenden nächsten Schicht durch Verkleben oder Verleimen fest verbunden ist. Rückseitig an der tragenden Schicht ist eine weitere Schicht angebracht, die aus einer dünnen Hartfaserplatte besteht und ebenfalls Durchbrüche aufweist. Diese Schallabsorptionsplatte kann als Wand- oder Deckenverkleidung verwendet werden. Sie kann aber auch als Türen- und Schrankverkleidung sowie als freistehender Paravents verwendet werden. Trotz des relativ kleinen Durchmessers der Mikroperforationen sind sie mit dem Auge gut erkennbar und stören deshalb das Erscheinungsbild der Holzoberfläche, wobei sich die störende Wirkung der Mikroperforationen auf einen Betrachter durch eine regelmäßige Verteilung der Mikroperforationen noch verstärkt. Außerdem ist die Einbringung der Mikroperforationen in die Deckschicht durch Stanzen oder Laserbearbeitung aufwändig.
Aus der Praxis bekannt ist das Bürsten von Holzoberflächen mittels Rotationsbürsten, wobei durch das Bürsten weiche Abschnitte des Holzes, wie z. B. Frühholz, entfernt und harte Abschnitte des Holzes, wie z. B. Spätholz, stehen gelassen werden und infolgedessen eine ästhetisch ansprechende dreidimensionale Struktur der Holzoberfläche erzeugt wird.
Aus der DE 10 2009 058 386 A1 ist eine Holzbautafel für Decken oder Wände eines Raumes bekannt. Diese soll Zwischenräume zur Aufnahme von Schallabsorptionsmaterial aufweisen, welche in eine Trägerschicht eingebracht sind. Die Holzbautafel besitzt eine mit Öffnungen versehende Sichtlage. Für die bekannte Holzbautafel ist kennzeichnend, dass die Sichtlage auf ihrer dem Raum zugewandten Sichtseite eine zur diffusen Streuung des reflektierten Schalls stark strukturierte Oberfläche hat und dass wenigstens eine größere Anzahl der in der Sichtlage vorgesehenen Öffnungen bis tief in das Schallabsorptionsmaterial reichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Art fortzubilden, dass die dreidimensionale Struktur der Oberfläche der Platte auf eine Art und Weise erzeugt wird, die dem Betrachter ein optisch ansprechendes, im Wesentlichen ungestörtes Erscheinungsbild der oberflächlichen Holzstruktur der Deckschicht der Platte vermittelt, einen geringeren Aufwand als herkömmliche Verfahren erfordert und ein weiterhin gutes Schallabsorptionsvermögen der Platte garantiert. Ferner soll eine Schalldämmungsplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 angegeben werden, die sich durch die aufgrund der erfindungsgemäßen Herstellung verbesserten Eigenschaften auszeichnet. Darüber hinaus sollen eine Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Verwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Schallabsorptionsplatteangegeben werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Schallabsorptionsplatte nach Anspruch 6 und eine Verwendung nach Anspruch gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.
Um Holzoberflächen schallabsorbierend wirksam zu machen, muss die Oberfläche akustisch geöffnet werden. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Holzoberflächen wie z.B. Holzfurniere durch eine spezielle Bearbeitung so aufzubereiten, dass die Oberfläche an den "weichen" Stellen durch Entfernung von Holzzellen (hauptsächlich Frühholzzellen bei Nadelholz) mittels mechanischer Bearbeitung sowie die Öffnung und Vergrößerung der Gefäße im Holz (Tracheen, Poren, bei Laubholz) akustisch geöffnet wird. Verschiedene Bürstenverfahren sind dafür möglich, oder die Bearbeitung geschieht durch eine Furnierprägung durch Stanzen, Walzen oder Fräsen. Damit ergibt sich eine Oberfläche, die die natürliche Struktur des Holzes erhält und die dennoch akustisch geöffnet bzw. teilgeöffnet ist. Durch die Bear-Leitung ergibt sich eine gewisse Streuung der Parameter des Furniers (Lochflächenanteil und Lochflächengeometrie), je nach natürlichem Wuchs des Furniers etc. Ein Vorteil der Bearbeitung ist, dass sie deutlich einfacher zu bewerkstelligen ist als das Einbringen einer Perforation durch Bohren, Schlitzen oder Stanzen. Damit eröffnen sich wirtschaftliche Vorteile der Erfindung. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine holztypische Ansicht der Oberfläche, bei der die Öffnung der Oberfläche nicht oder deutlich geringer optisch erkennbar ist, als dies bei anderen Formen der Perforation (wie z.B. der Mikroperforation) der Fall ist.
Die Vorgehensweise, durch andere mechanische Verfahren als Sägen oder Bohren akustisch transparente oder semi-transparente Holzoberflächen zu erhalten, ist vorteilhaft.
Wird dieses geöffnete Furnier auf eine Trägerplatte aufgebracht, die entweder selbst durch größere Lochung schalltransparent oder die porös und selbstabsorbierend gestaltet ist, entsteht ein schallabsorbierendes Bauteil, dass optisch den Eindruck einer Holzoberfläche besitzt. Die akustische Wirksamkeit kann dabei die einer Mikroperforation oder einer akustisch transparenten oder semi-transparenten geschlitzten Oberfläche sein, die mit den dahinterliegenden gelochten oder absorbierenden Schichten einen Schallabsorber darstellt, wobei diese Schichten auch als Trägermaterial für das Furnier dienen können.
Mögliche Materialien für die Oberfläche sind Furniere aus Laub-, Nadelholz oder Gräser in der Stärke von 0,25 bis 6 mm. Die Bearbeitungsmethoden sind mechanische Bearbeitung durch Bürsten, z.B. Rotationsbürsten aus Stahl, Edelstahl, Messing, Nylon etc. oder die Furnierprägung durch Stanzen, Walzen oder Fräsen.
Mögliche Trägermaterialien sind gebohrte, gefräste oder gestanzte Holzwerkstoffplatten wie z.B. Spanplatten, Faserplatten oder Massivholzplatten, Weichfaserplatten, Wabenplatten, Schaumstoffe, Holzschäume oder ein Rahmenbau. Hinter der Trägerplatte kann eine schallabsorbierende Schicht z.B. aus Mineralwolle oder anderen Materialien angeordnet sein, oder die Trägerplatte selbst ist schallabsorbierend oder sie wird zusätzlich mit dahinter angebrachtem absorbierendem Material kombiniert.
Eine weitere Alternative besteht in der Verwendung von Holzwerkstoffplatten, die einseitig gebürstet und rückseitig gebohrt, gefräst oder geschlitzt werden, so dass wiederum die Werkstoffplatte akustisch geöffnet wird.
Die erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schallabsorptionsplatten können als Wand- und Deckenpaneele, Türen, Raumtrenner, in Möbeln wie Sitzmöbel, Schränke, Sideboards, als Möbelfronten etc. oder in weiteren Anwendungen, nicht nur in Gebäuden, sondern auch in Fahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen eingesetzt werden.
Der Perforationsgrad (Anteil offene Fläche zur Gesamtfläche) sollte für eine akustisch transparente Oberfläche zwischen 10 % und 50% liegen. Für akustisch semi-transparente Oberflächen soll der Perforationsgrad zwischen 2 und 10 % liegen. Bei einer Wirkung durch mikroperforierte Schlitze sollte die der Perforationsgrad zwischen 0,1 und 2 % liegen. Die durchschnittlichen Schlitzbreiten sollten möglichst klein und zwischen 0,05 mm und 6 mm sein und in der Größenordnung der Dicke des Furniers oder kleiner sein. Die Schlitzbreite wird zusätzlich durch die optische Ansicht und durch die mechanische Stabilität des Furniers eingeschränkt.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1a eine Draufsicht auf die Oberfläche der aus Holz bestehenden Deckschicht eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte, wobei das Holz der Deckschicht das einer ersten Holzart ist und mechanisch bearbeitet wurde, um die Deckschicht an den weichen Stellen des Holzes bis zur nächsten Schicht hin zu durchbrechen, so dass auf die Deckschicht auftreffende Schallwellen durch die Durchbrechungen hindurch in die nächste Schicht vordringen können;
Fig. 1b eine Darstellung der in den Figuren 1a, 1c und 1d verwendeten unterschiedlichen grafischen Muster für die Kennzeichnung von in diesen Figuren dargestellten weichen und harten Stellen im Holz der Deckschicht und der nächsten Schicht;
Fig. 1c eine Ansicht eines Querschnittes des in Fig. 1a dargestellten Plattenabschnittes entlang der Linie A-A in Fig.1a, wobei die gleichen grafischen Muster zur Kennzeichnung von weichen und harten Stellen im Holz der Deckschicht und der nächsten Schicht verwendet wurden;
Fig. 1d einen vergrößerten Ausschnitt aus der in Fig. 1c gezeigten Querschnittsansicht, wobei der Ausschnitt durch eine rechteckige Umrahmung in Fig. 1c hervorgehoben ist; und
Fig. 2a bis 2c entsprechende Darstellungen wie in den Fig.1a bis 1d, wobei jedoch die Deckschicht aus einer von der ersten Holzart optisch verschiedenen zweiten Holzart besteht, der in Fig. 2c dargestellte Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 2a gelegt ist und der in Fig. 2d dargestellte vergrößerte Ausschnitt durch eine rechteckige Umrahmung in Fig. 2c hervorgehoben ist.

Wie in den Figuren 1a bis 1c dargestellt besteht eine erfindungsgemäße Schallabsorptionsplatte 1 aus einer dünnen schalldurchlässigen, aus einem Holzfurnier bestehenden Deckschicht 2 und einer schallabsorbierenden nächsten Schicht 3, die eine der Schallabsorptionsplatte 1 zusätzlich Stabilität verleihende, tragende Schicht aus einem geeigneten Trägermaterial ist und mit der Deckschicht z. B. durch Verkleben oder Verleimen, fest verbunden ist. Auf der Rückseite der nächsten Schicht 3 kann eine weitere Schicht oder können weitere Schichten (nicht gezeigt) angebracht sein. Das Holz der Deckschicht 2 weist harte Abschnitte 4 und weiche Abschnitte 5 auf, wobei die harten Abschnitte 4 aus Spätholz und die weichen Abschnitte 5 aus Frühholz bestehen. Durch mechanische Bearbeitung wie z.B. durch Bürsten der sichtbaren Oberfläche der Deckschicht 2 mittels einer Rotationsbürste (nicht gezeigt) wird ein Großteil der weichen Abschnitte 5 des Holzes weggebürstet, so dass Durchbrechungen 6 entstehen, die die Deckschicht 2 durchsetzen und bis zur nächsten Schicht 3 reichen. Die sichtbare Oberfläche der schalldämmenden Platte 1 erhält durch die durch Bürsten erzeugten Durchbrechungen 6 und dabei stehengebliebenen harten Abschnitte 4 eine dreidimensionale Oberflächenstruktur, wie die Figuren 1a und Fig. 1d zeigen. Aus der in Fig. 1a dargestellten Draufsicht auf die Oberfläche der Schallabsorptionsplatte 1 ist ersichtlich, dass an denjenigen Stellen, an denen weiche Holzabschnitte 5 weggebürstet wurden und infolgedessen Durchbrechungen 6 bis zur nächsten Schicht 3 entstanden sind, die Oberfläche der nächsten Schicht 3 sichtbar ist. Die Durchbrechungen 6 entsprechen in der Draufsicht im Wesentlichen in Form, Verlauf, Breite und Länge der vormals weichen Abschnitte 5 des Holzes, wodurch sich ein kaum vom holztypischen Erscheinungsbild der noch unbearbeiteten Holzoberfläche abweichendes Erscheinungsbild der gebürsteten Holzoberfläche ergibt. Der auf die Holzoberfläche der Schallabsorptionsplatte 1 auftreffende Schall tritt durch die Durchbrechungen 6 in der Deckschicht 2 hindurch und dringt in die nächste Schicht 3 ein, wo er absorbiert wird.
Wie bereits erwähnt unterscheidet sich die in den Figuren 2a bis 2d dargestellte Schallabsorptionsplatte 8 nur in einer für die Deckschicht 9 verwendeten anderen (zweiten) Holzart als diejenige der Deckschicht 2. Diese andere Holzart weist einen größeren Anteil an Hartholz in Form von harten Abschnitten 10 und weniger Weichholz in Form von weichen Abschnitten 12 auf als die erste Holzart. Die Weichholzabschnitte 12 befinden sich in geradlinigen oder geschwungenen schmalen Streifen zwischen den Hartholzabschnitten 10. Ferner ist in den Figuren 2a bis 2d beispielhaft eine Holzart mit Ästchen 11 dargestellt. Selbstverständlich können solche Ästchen 11 auch bei der ersten Holzart auftreten. Schalldurchlässige Durchbrechungen 13 durch die Deckschicht 9, die auch durch ein Holzfurnier gebildet wird, reichen wieder bis zur nächsten Schicht 14, die schallabsorbierend und fest mit der Deckschicht 9 verbunden ist. Auch bei dieser Holzart ergibt sich durch die Bearbeitung der Holzoberfläche durch Wegbürsten von weichen Stellen 12 oder Poren (Tracheen) aus Weichholz mit einer Rotationsbürste eine dreidimensionale Oberflächenstruktur der Schallabsorptionsplatte 8, wie Fig. 2b und Fig. 2d zeigen. Die helleren Streifen der Draufsicht in Fig. 2b sind die durch das Wegbürsten erzeugten Durchbrechungen 13, die den Blick auf die darunterliegende tragende Schicht 14 freigeben. Auch bei dieser Schallabsorptionsplatte 8 weicht das holztypische Erscheinungsbild der noch unbearbeiteten Deckschicht nur unwesentlich vom Erscheinungsbild der gebürsteten Deckschicht 9 ab.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und die verwendeten Holzarten beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung "erste" und "zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte (1; 8) mit zumindest einer Trägerplatte (3, 14) und einer auf der Trägerplatte angeordneten Deckschicht (2; 9) aus Holz oder Kunstholz, wobei auf der Schallabsorptionsplatte eine strukturierte Oberfläche an der Deckschicht (2; 9) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz der Deckschicht weiche und harte Abschnitte (4, 5; 10, 11, 12) aufweist und die strukturierte Oberfläche durch Entfernen nur von weichen Abschnitten (5; 12) des Holzes durch Bürsten erzeugt wird, so dass die Deckschicht (2; 9) bis zur Trägerplatte (3; 14) hin durchbrochen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (2; 9) mit der Trägerplatte (3; 14) verklebt wird, bevor oder nachdem sie durch Bürsten mechanisch bearbeitet wird bzw. wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) mit Ausnehmungen versehen wird, welche Löcher, Rillen, Schlitze oder Nuten enthalten oder daraus bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher, Rillen, Schlitze oder Nuten einen Querschnitt aufweisen, welcher vom Querschnitt der Durchbrüche im Holz der Deckschicht (2; 9) verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) schallabsorbierend ist und/oder mit einer weiteren Schicht verbunden wird, die schallabsorbierend ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte, mit zumindest einer Trägerplatte (3, 14) und einer auf der Trägerplatte angeordneten Deckschicht (2; 9), welche Holz oder Kunstholz enthält oder daraus besteht und welche eine strukturierte Oberfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Holz weiche und harte Abschnitte (4, 5; 10, 11, 12) aufweist, und die strukturierte Oberfläche durch Entfernen von weichen Abschnitten (5; 12) des Holzes durch Bürsten erhältlich ist, so dass die Deckschicht (2; 9) bis zur Trägerplatte(3; 14) hin durchbrochen ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (2; 9) ein Holzfurnier ist, welches mit der Trägerplatte (3, 14) verklebt ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (2; 9) ein Holzfurnier aus Laub-oder Nadelholz oder Gräsern ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (2; 9) eine Dicke von etwa 0,25 mm bis etwa 6 mm aufweist oder
dass die Deckschicht (2; 9) eine Dicke von etwa 1,25 mm bis etwa 5 mm aufweist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) schallabsorbierend ist und/oder dass die Trägerplatte (3; 14) porös ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) schalldurchlässig ist und hinter der Trägerplatte (3; 14) eine schallabsorbierende Schicht angeordnet ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) mit einer Vielzahl von Löchern, Rillen, Schlitzen oder Nuten versehen ist, welche einen Querschnitt aufweisen, welcher vom Querschnitt der Durchbrüche im Holz der Deckschicht (2; 9) verschieden ist.
Mehrschichtige Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3; 14) und/oder die schallabsorbierende Schicht Mineralwolle enthält oder daraus besteht.
Verwendung einer mehrschichtigen Schallabsorptionsplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 13 als Wand- oder Deckenpaneel, Tür, Raumtrenner, in Möbeln, Gebäuden, Schiffen, Flugzeugen oder Fahrzeugen.