EP4199537B1 - Multischichtverbundsystem mit optionalem textilem träger mit einer polyvinylchlorid-polyurethan-kompositschicht als lautsprechermembran mit grosser frequenzbreite - Google Patents

Multischichtverbundsystem mit optionalem textilem träger mit einer polyvinylchlorid-polyurethan-kompositschicht als lautsprechermembran mit grosser frequenzbreite

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Publication number
EP4199537B1
EP4199537B1 EP22210933.2A EP22210933A EP4199537B1 EP 4199537 B1 EP4199537 B1 EP 4199537B1 EP 22210933 A EP22210933 A EP 22210933A EP 4199537 B1 EP4199537 B1 EP 4199537B1
Authority
EP
European Patent Office
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polyvinyl chloride
polyurethane
audio system
composite material
polyurethane composite
Prior art date
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Active
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EP22210933.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4199537A1 (de
EP4199537B8 (de
Inventor
Thorsten Dr. Neumann
Christian Walther
Johannes Kerkmann
Mergim Shala
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benecke Kaliko AG
Aumovio Engineering Solutions GmbH
Original Assignee
Benecke Kaliko AG
Continental Engineering Services GmbH
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Publication date
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Publication of EP4199537A1 publication Critical patent/EP4199537A1/de
Publication of EP4199537B1 publication Critical patent/EP4199537B1/de
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Publication of EP4199537B8 publication Critical patent/EP4199537B8/de
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
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    • H04R2307/00—Details of diaphragms or cones for electromechanical transducers, their suspension or their manufacture covered by H04R7/00 or H04R31/003, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2307/025—Diaphragms comprising polymeric materials
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    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • a sound driver vibrates surfaces, usually plastic components, that serve as diaphragms, enabling them to function as loudspeaker diaphragms.
  • a commercial audio system based on this principle is, for example, Ac2ated Sound® from Continental AG. DE 102019210296 B4 For example, it shows a device for generating sound in which the membrane consists at least of part of the interior trim of the vehicle.
  • the audio system should reproduce all frequencies in the audible range (approximately 20 Hz to 20 kHz) at roughly the same sound pressure level.
  • EP 2918629 A1 describes methods for producing breathable films from polyvinyl chloride-polyurethane composites and artificial leather containing these breathable films.
  • the object of the present invention is to provide a material, in particular a surface material, as a membrane for a structure-borne sound transducer, which exhibits improved broadband properties in the audible range.
  • a material in particular a surface material
  • the sound response of low, mid and high frequency ranges should be reproduced as homogeneously as possible.
  • this audio system demonstrated excellent broadband characteristics.
  • the sound response across low, mid, and high frequencies was reproduced relatively homogeneously.
  • the deviations in the measured sound pressure level, both in the high-frequency range, through the mid-frequency range, and in the low-frequency range, are acceptable for good sound quality across the entire audible range.
  • conventional surface materials could only cover either the high-frequency or the low-frequency range.
  • the actuator with diaphragms made of PVC films and PVC synthetic leather only covered low-frequency ranges
  • diaphragms made of polyurethane synthetic leather and films only covered high-frequency ranges.
  • the high-frequency range could not be covered.
  • perforated materials based on PVC or polyurethane could not achieve the desired broadband characteristics. Both micro-perforations and standard perforations were investigated for this purpose.
  • the audio system comprises at least one structure-borne sound transducer and an artificial leather serving as a diaphragm.
  • the audio system can include one or more structure-borne sound transducers. If only one structure-borne sound transducer is present, it can be positioned at a suitable location on the artificial leather. If two or more structure-borne sound transducers are present, they are positioned at different locations on the artificial leather.
  • the artificial leather typically forms the surface material, the The cladding or covering material of a component.
  • the at least one structure-borne sound transducer is then located behind or inside the component, so that it is not visible.
  • Structure-borne sound transducers are also known as exciters.
  • a structure-borne sound transducer typically includes an actuator, also called an acoustic actuator or structure-borne sound actuator.
  • the actuator can be electrodynamic or piezoelectric. It converts electrical signals into mechanical displacements, causing adjacent components to vibrate and produce sound.
  • the body sound transducer has electrical connections through which it can be connected, for example, to an amplifier or audio amplifier, which provides the body sound transducer with audio signals for processing.
  • the amplifier is driven by at least one audio source, such as an infotainment system or a control unit for warning or assistance messages.
  • the component positioned between the structure-borne sound transducer and the synthetic leather can be, for example, a foam material (reticulated or standard), particularly a foam cover or backing foam, a plastic plate, or an actuator holder.
  • a foam material can improve user comfort, for example, in headrests.
  • non-woven fabric or spacer fabric can also be used as an intermediary component. These should ideally have high mechanical rigidity.
  • the structure-borne sound transducer can be attached to the installation surface, for example by gluing and/or fastening means such as screws, whereby the installation surface is formed by the artificial leather or the component in between.
  • the structure-borne sound transducer may optionally include a sound-emitting plate connected to the actuator.
  • a sound-emitting plate is not required but can be advantageous for design reasons. For example, it can prevent visible movement of the synthetic leather during sound reproduction. It may also be used to adjust the sound quality.
  • the plate connected to the actuator can be made of materials such as plastic, metal, or wood, with a plastic plate being preferred.
  • the audio system according to the invention further comprises the artificial leather serving as a membrane, which includes at least one breathable layer made of a polyvinyl chloride-polyurethane composite material. It may contain one or more such breathable layers.
  • the layer made of a polyvinyl chloride-polyurethane composite material is breathable due to its porous structure.
  • the polyvinyl chloride-polyurethane composite material has pores (channels) extending from one side of the layer to the other. Water vapor can pass through these pores, resulting in breathable properties.
  • the pores preferably have an average diameter of 0.1 ⁇ m to 1 mm.
  • the breathable layer made of polyvinyl chloride-polyurethane composite material is a composite with PVC phases and polyurethane phases, each of which can exist as microscopic and/or macroscopic areas.
  • the at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material preferably has a gas permeability of 0.1 to 200 dm ⁇ 2 min ⁇ 1 .
  • the at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material preferably has a water vapor permeability of 0.1 to 200 mg cm ⁇ 2 h ⁇ 1 .
  • the breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material can have a water impermeability of 0.1 to 60 m2 Pa ⁇ 1 w ⁇ 1 .
  • the gas permeability can be determined in accordance with DIN 53887.
  • the water vapor permeability can be determined in accordance with DIN ISO 14268.
  • pores Due to the in-situ generation of pores during the process, the pores are statistically arranged in the material both horizontally and vertically. It is evident that pores or channels in the polyvinyl chloride-polyurethane composite material are statistically distributed, including with regard to small and large pores. The pores and channels can preferentially be statistically oriented in all directions (horizontally and vertically) and thus interact.
  • the at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material preferably contains 98 to 40 wt.% polyvinyl chloride and 2 to 60 wt.% polyurethane, based on the total weight of polyvinyl chloride and polyurethane in the layer.
  • the at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material may further contain excipients and additives, e.g., one or more thermoplastic polyurethanes (TPU), but it can also consist solely of polyvinyl chloride and polyurethane.
  • TPU thermoplastic polyurethanes
  • the amounts of excipients and additives can vary widely depending on requirements and desired properties and are therefore not subject to any general limitations.
  • the polyvinyl chloride-polyurethane composite material has a total amount of polyvinyl chloride and polyurethane, based on the total weight of the breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material, of 25 to 100 wt.%, preferably 35 to 90 wt.%. Excipients and additives usually constitute the remainder.
  • the polyurethane of the polyvinyl chloride polyurethane composite material preferably comprises polyether polyurethane, polyester polyurethane or polycarbonate polyurethane or mixtures thereof, or is selected from these.
  • auxiliary and additive materials can include, for example, fillers, plasticizers, crosslinkers, stabilizers, kickers, silicones, thermoplastic polyurethanes (TPU), flame retardants, additives, and/or colorants and pigments. It is understood that added auxiliary and additive materials, such as crosslinkers, which can be included in the initial mixture, may undergo reactions during the production of the breathable layer and then be present in a modified form.
  • thermoplastic polyurethane can be aliphatic TPU and/or aromatic TPU. With regard to thermal and yellowing aspects, aliphatic TPUs are preferred, as they exhibit a lower tendency to yellow.
  • suitable fillers include calcium carbonate, cellulose (especially Arbocel types), calcium sulfate, barium sulfate, silicon dioxide (such as TS 100), aluminum hydroxide, aluminum oxide, zinc oxide, and zinc bromide.
  • suitable fillers include calcium carbonate, cellulose (especially Arbocel types), calcium sulfate, barium sulfate, silicon dioxide (such as TS 100), aluminum hydroxide, aluminum oxide, zinc oxide, and zinc bromide.
  • pigments include organic or inorganic pigments, metallic pigments, and iriodines.
  • plasticizers include phthalates, adipates, sebacates, citrates, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid diisononyl esters, non-aromatic cyclic ester compounds such as DINCH, dioctyl terephthalate (DOTP), epoxy plasticizers such as epoxidized soybean oil, oligoglycol- or polyethylene glycol-based plasticizers, castor oil-based plasticizers, polymer plasticizers, phosphate plasticizers, chlorinated and brominated plasticizers, sulfate plasticizers, and ionic liquids.
  • plasticizers include phthalates, adipates, sebacates, citrates, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid diisononyl esters, non-aromatic cyclic ester compounds such as DINCH, dioctyl terephthalate (DOTP), epoxy plasticizers such as epoxidized soybean oil, oligoglycol-
  • crosslinking agents examples include isocyanates, aceridines, carbidiimides, melamines and peroxides.
  • stabilizers/kickers include those based on barium, calcium, cadmium, tin, lead, mercury, antimony, arsenic, thiols or mercaptans, phosphites or phosphates, OBS, zinc, magnesium and/or aluminum, as well as sterically hindered and unhindered phenols (e.g., Irganox types), UV stabilizers, especially HALS, nano-titanium oxides, ⁇ -diketones, epoxy-based, perchlorate-based stabilizers and/or amine-based stabilizers.
  • flame retardants include antimony oxide, aluminum oxide, hydrotalcite, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium carbonate, zinc borate, various phosphates such as ammonium phosphate, expandable graphites, and brominated and chlorinated plasticizers.
  • silicones include crosslinked, crosslinking and/or non-crosslinked silicones, such as platinum-catalyzed crosslinking silicones or condensation reaction-based crosslinking silicones.
  • the at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material can, for example, have a basis weight in the range of 10 to 2000 g/ m2 , preferably 50 to 1000 g/ m2 , more preferably 120 to 500 g/ m2 .
  • the pasty mass is dried on the substrate simply by applying heat, possibly reacted, and gelled. During this process, the film forms, and the pores responsible for the film's breathable properties are also formed in situ during film formation.
  • the automatic or self-organizing pore formation during the drying and gelling of the pasty mass under the application of heat results from This is due to the fact that the pasty mass is composed of chemically incompatible fractions, namely PVC and polyurethane. Furthermore, the polyurethane exhibits very low to virtually non-existent wettability within the pasty mass.
  • the pasty mass is composed of chemically incompatible fractions, namely PVC and polyurethane.
  • the polyurethane exhibits very low to virtually non-existent wettability within the pasty mass.
  • cracks and/or cavities form at the respective phase or grain boundaries of these incompatible fractions. These cracks and cavities extend from one surface of the film to the other, thus forming pores within the film.
  • the size of these pores can be influenced and adjusted by appropriate settings of the process components and process control.
  • the pore size and the resulting breathability can be adjusted within wide limits, for example, by influencing formulation parameters of the pasty mass, such as viscosity, filler type and content, type of PVC used, type and content of plasticizer, type of polyurethane used, and the proportion of polyurethane.
  • the process makes it possible to produce a breathable film that is solvent-free except for water, since according to the invention the pasty mass can be formed without the addition of an organic solvent.
  • a breathable film with a compact, i.e., non-foamed, structure, or with a foamed structure, for which, for example, additional blowing agents are added, such as physical blowing agents (e.g., Expancell) or chemical blowing agents (e.g., OBSH or azodicarbonamide).
  • additional blowing agents such as physical blowing agents (e.g., Expancell) or chemical blowing agents (e.g., OBSH or azodicarbonamide).
  • the compact film exhibits the aforementioned pore structure.
  • the foamed structure can be created by producing a whipped foam from the pasty mass before applying it to the substrate.
  • blowing agents such as azodicarbonamide, microspheres such as Expancell, silica gel, sodium carbonate, disodium carbonate, OBSH, zeolites, and the like can be added to the pasty mass as auxiliary or additives. more are added, which form the cell structure of the foam during drying and gelling.
  • the paste-like material can be applied to the substrate using methods such as a reverse or roll coater, or by squeegeeing, spraying, pouring, or printing. Application can be repeated once or several times, provided that the previous layer has been allowed to dry. If the synthetic leather contains more than one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material, the layers can also be produced independently and then laminated together.
  • the drying and gelling of the pasty mass into a porous film preferably takes place at temperatures of 100°C to 220°C.
  • the pasty mass after being applied to the substrate, is passed together with the substrate through a drying oven or hardening oven, which can have a length of 1 to 80 m and a speed of 2 to 80 m/min to ensure a sufficient drying time.
  • the backing can be removed from the film once it has formed.
  • This backing can be, for example, unembossed or embossed paper, a shaping polymer/plastic mold, a suitable tape, or a steel die.
  • a substrate as a base, which remains attached to the film after its formation, in particular a textile carrier within a composite material for the production of artificial leather.
  • the applied paste-like mass can, for example, be applied directly to the textile carrier by means of direct coating and subjected to heat input together with it, after which the paste-like mass cures on the textile carrier or another substrate.
  • the suitable substrate dries and gels, forming the layer of breathable film and remaining bonded to the substrate in the form of a multi-layer composite.
  • the synthetic leather used in the audio system according to the invention can further comprise a single or multi-layer lacquer coating as a top layer.
  • the lacquer coating can consist of one or more identical or different lacquer layers, which may have different functions.
  • the lacquer coating is arranged over the at least one breathable layer of a polyvinyl chloride-polyurethane composite material, i.e., it is located on the visible side of the synthetic leather when it is in use.
  • the lacquer layer can impart various properties to the synthetic leather, such as feel and gloss (via a single lacquer layer or the topmost lacquer layer), abrasion resistance, color (using pigments in the lacquer layer(s)), and/or adhesion to the composite material (via a single lacquer layer or the bottommost lacquer layer).
  • suitable lacquers for the lacquer layer(s) include those based on polyurethane, acrylate, PVC, PVDF, aniline, epoxy, or polyamide-polyester.
  • the synthetic leather used in the audio system according to the invention can further comprise at least one carrier.
  • the at least one carrier is preferably a textile carrier.
  • one or more textile carriers can be laminated into the synthetic leather, as described above.
  • textile substrates include woven fabrics, nonwovens, and meshes.
  • the fibers used for the textile substrate can be organic or inorganic, such as polyester, rock wool, glass, and carbon fibers.
  • the artificial leather used in the audio system according to the invention may optionally further comprise at least one foam layer, e.g. Acoustic foam, which is generally not preferred.
  • the foam layer or acoustic foam can usually be laminated into the synthetic leather.
  • the artificial leather can have an introduced surface embossing in the form of a leather grain structure on its visible side.
  • the synthetic leather of the audio system according to the invention may, in addition to at least one breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material, optionally contain a lacquer layer as a top layer, one or more textile carriers, and/or foams. It is preferred that the synthetic leather otherwise contains no further layers, e.g., plastic layers made of a material other than the PVC-PUR composite.
  • Suitable breathable layers and films made of polyvinyl chloride-polyurethane composite material and synthetic leather, as well as methods for their manufacture, are also in the EP 2918629 A1 described.
  • a synthetic leather suitable for the audio system according to the invention, as described above, is commercially available under the brand name laif® VyP from ContiTech AG.
  • the artificial leather of the audio system according to the invention can be, for example, a covering material or an interior lining of a component, in particular a component of a motor vehicle or automobile, wherein the component is preferably a headrest, a dashboard, a seat, a door, a vehicle pillar, a center console or a headliner.
  • the artificial leather of the audio system according to the invention can, for example, also be a covering material or an interior lining of a component in the industrial sector (Livtec), e.g. furniture, chairs, wall coverings, ceiling coverings, cabinets, bed tops, e.g. in ships, airplanes, trains or buses.
  • a component in the industrial sector Livtec
  • furniture, chairs, wall coverings, ceiling coverings, cabinets, bed tops e.g. in ships, airplanes, trains or buses.
  • audio systems can be integrated directly into the seat surface of an armchair, car seat, or headrest.
  • the synthetic leather conceals the audio system and is not visible (shy-tech) to the user. This eliminates the need for additional space, e.g., in the doors. Furthermore, this close proximity to the body also results in greater precision.
  • the invention also relates to a motor vehicle which has one or more audio systems according to the invention as described above.
  • the invention also relates to the use of an artificial leather comprising at least one breathable layer of a polyvinyl chloride-polyurethane composite material as a membrane for a structure-borne sound transducer.
  • the use according to the invention is preferably implemented in an audio system according to the invention as described above.
  • FIG. 1a and 1b Each figure shows a partial illustration of a breathable layer of a polyvinyl chloride-polyurethane composite material on a textile substrate for the artificial leather of the audio system according to the invention, which is obtained according to the described method.
  • the black areas represent the pores, while the whitish areas represent the composite.
  • the textile substrate is visible in the lower area.
  • the following formulation can be used to produce a breathable layer from a polyvinyl chloride-polyurethane composite material: component Weighted parts PVC 100 Plasticizers 80 PU dispersion* 40 TPU 15 stabilizer 4 filler 20 pigment 10 *25-65 wt.% solids content
  • PU dispersion Commercially available aqueous polyurethane dispersions can be used as the polyurethane dispersion (PU dispersion).
  • TPU and PVC are used in powder form.
  • the components are mixed to a paste-like mass, applied to a substrate, and then dried and gelled to form a breathable film of polyvinyl chloride-polyurethane composite material.
  • a textile carrier can then be attached to the resulting composite material, and the substrate is removed.
  • the composite material according to Fig. 1 It comprises polyurethane and PVC and generates self-organizing, in-situ pores during the coating and drying/gelling process, which are statistically distributed throughout the layer. This distribution of pores allows sound waves to be refracted and scattered at the polymer-air interface, particularly when the pores and channels are statistically oriented in all directions and can thus interact.
  • FIG. 5 schematically shows an example of a process flow for the production of the breathable film or breathable layer from the polyvinyl chloride-polyurethane composite material.
  • a PVC plastisol 6, which can be produced from PVC powder and plasticizer, and an aqueous polyurethane dispersion 7 are mixed to form a polymer paste 8, with the addition of auxiliary agents and additives as required.
  • the polymer paste 8 is applied to a release paper conveyed by rollers using a doctor blade 10 and conveyed with the release paper through a curing oven 11, in which the polymer paste is dried and gelled, for example, at a temperature in the range of 100 °C to 220 °C, and cooled via a cooling drum 12 after exiting the oven.
  • a breathable PVC-polyurethane composite film 13 with self-organized, statistically distributed pores is obtained.
  • Fig. 2 shows a graph demonstrating the dependence of sound pressure on frequency in the audible range for an audio system according to the invention in comparison to conventional films or artificial leather used as membranes.
  • the curve of the artificial leather according to the invention shows that this system exhibits the properties of closed artificial leather (CEP 799_28) up to approximately 250 Hz and the properties of perforated material (CEP 803_45) from approximately 5000 Hz.
  • the artificial leather used as a membrane according to the invention has a It exhibits excellent broadband characteristics.
  • the sound response of both low and high frequency ranges was reproduced homogeneously.
  • this synthetic leather ensures a feel and appearance equivalent to that of standard speaker grilles made of hard plastic or thin material.
  • Fig. 3 and 4 show a cross-sectional view or an exploded view of an audio system according to the invention, installed in the headrest of an automobile.
  • the headrest is covered with a synthetic leather 1 with a breathable layer of polyvinyl chloride-polyurethane composite material.
  • a foam cover 2 provides padding beneath the synthetic leather.
  • the sound transducer comprises an actuator 4, a plastic plate for sound radiation 3, and a mounting element 5.
  • the plate 3 is included primarily for aesthetic reasons and does not contribute to sound reproduction. absolutely essential.
  • the body sound transducer is located inside the headrest 4 and is attached to the foam cover 2 via the plastic plate 3.
  • the actuator has electrical connections for connection to an amplifier (not shown).
  • these sound transducers are no longer visible, without any loss of sound quality or frequency range compared to conventional speakers.
  • This actuator technology combined with a cleanable, visually and haptically adaptable, soft synthetic leather as a diaphragm and sound source, represents a further step into the shy-tech world. The end user no longer recognizes the built-in speaker.

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Description

  • Gegenwärtig werden Lautsprecher, wie sie z.B. in Automobilinnenräumen eingesetzt werden, mit Magneten, einer Spule und einer Kunststoff-, Papier- oder Metallmembran in einem dafür vorgesehenen Chassis aufgebaut. Durch die Dimensionen dieser konventionellen Lautsprecher muss ein bestimmtes Volumen in der verbauten Konstruktion eingehalten werden.
  • Seit einiger Zeit werden zur Klangerzeugung auch Körperschallwandler eingesetzt, bei denen ein Schalltreiber als Membran dienende Oberflächen, meist Kunststoffbauteile, so in Schwingung versetzt, dass diese als Lautsprechermembran verwendet werden können. Ein kommerzielles Audiosystem auf dieser Basis ist z.B. Ac2ated Sound® von der Continental AG. Die DE 102019210296 B4 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung zur Schallerzeugung, bei welcher die Membran zumindest aus einem Teil der Innenverkleidung des Fahrzeugs besteht.
  • Solche Audiosysteme auf Basis von Körperschallwandlern weisen im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern ein deutlich geringeres Gewicht auf und benötigen deutlich weniger Bauraum.
  • Allerdings ist die Frequenzbandbreite von auf Körperschallwandlern basierenden Systemen von den Oberflächen bzw. Kunststoffteilen abhängig, die von dem Schalltreiber angeregt werden. Meist können somit nur hochtondominate oder tieftondominate Konstruktionen erreicht werden.
  • Im Idealfall sollte das Audiosystem alle Frequenzen im Hörbereich (etwa 20 Hz bis 20 kHz) mit etwa dem gleichen Schalldruckpegel wiedergeben.
  • EP 2918629 A1 beschreibt Verfahren zur Herstellung von atmungsaktiven Filmen aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositen und Kunstleder, die diese atmungsaktive Filme enthalten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Materials, insbesondere Oberflächenmaterials, als Membran für einen Körperschallwandler, das verbesserte Breitbandeigenschaften im Hörbereich aufweist. Insbesondere soll der Klangverlauf von tiefen, mittleren wie auch hohen Frequenzbereichen möglichst homogen dargestellt werden.
  • Es wurde festgestellt, dass diese Aufgabe durch den Einsatz eines Kunstleders als Membran gelöst werden konnte, das mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial umfasst. Das Kompositmaterial weist eine Porenstruktur auf, wodurch die Schicht atmungsaktiv ist.
  • Die Erfindung betrifft somit ein Audiosystem, das mindestens einen Körperschallwandler und ein als Membran dienendes Kunstleder umfasst, wobei das Kunstleder mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial umfasst.
  • Überraschenderweise konnte gezeigt werden, dass dieses Audiosystem eine ausgezeichnete Breitbandeigenschaft aufweist. Insbesondere der Klangverlauf von tiefen, mittleren wie auch hohen Frequenzbereichen konnte relativ homogen dargestellt werden. So sind die Abweichungen des ermittelten Schalldrucks sowohl im Hochtonbereich über den Mitteltonbereich wie auch im Tieftonbereich für ein gute Klangqualität im gesamten Hörbereich akzeptabel. Im Vergleich dazu konnten Oberflächenmaterialien nach dem Stand der Technik nur entweder den Hochtonbereich oder den Tieftonbereich abdecken. So wurde festgestellt, dass der Aktuator mit Membranen aus PVC-Filmen und PVC-Kunstleder nur Tieftonbereiche und mit Membranen aus Polyurethan-Kunstleder und -Folien nur die Hochtonbereich abdecken konnte. Ebenfalls konnten perforierte Materialien auf PVC oder Polyurethanbasis nicht die gewünschte Breitbandeigenschaft erreichen. Es wurden hierzu Mikroperforationen wie auch Standardperforationen untersucht.
  • Vorteile des erfindungsgemäßen Audiosystems sind:
    • eine Verbesserung des Schalldurchgangs in einem breiten Frequenzbereich, der sowohl den Hochtonbereich als auch den Tieftonbereich abdeckt
    • durch die Porenstruktur des Kompositmaterials kann das erfindungsgemäß eingesetzte Kunstleder im Vergleich zu anderen Folien oder Ledersorten eine hohe Klangtreue bieten
    • die Oberfläche kann strukturiert, eingefärbt, in ihrer Weichheit und haptisch angepasst werden, so dass das Audiosystem optisch verdeckt wird
    • das erfindungsgemäß eingesetzte Kunstleder kann auch direkt von einem Schalltreiber wie einem Aktuator angeregt werden.
    • atmungsaktive Kunstleder, wie beispielsweise laif® VyP, sind gegen Umwelteinflüsse, wie Abrasion, UV, Wärme und Anschmutzverhalten, beispielsweise mit entsprechenden Stabilisatoren und anschmutzresistenten Lacken geschützt.
    • Laif®VyP bietet zusätzlich einen Feuchtigkeits- und Luftaustausch und kann somit zur Gesundheit und Wohlfühlverhalten des Nutzers beitragen.
  • Die Erfindung wird nachstehend im Einzelnen erläutert.
  • Das erfindungsgemäße Audiosystem umfassend mindestens einen Körperschallwandler und ein als Membran dienendes Kunstleder. Das Audiosystem kann einen oder mehrere Körperschallwandler umfassen. Bei einem vorhandenen Körperschallwandler kann dieser an einer geeigneten Stelle des Kunstleders positioniert werden. Bei zwei oder mehr vorhandenen Körperschallwandlern sind diese an verschieden Stellen des Kunstleders positioniert. Das Kunstleder bildet typischerweise das Oberflächenmaterial, die Verkleidung oder das Bezugsmaterial einer Komponente. Der mindestens eine Körperschallwandler befindet sich dann hinter oder im Inneren der Komponente, so dass er nicht sichtbar ist.
  • Körperschallwandler werden auch als Exciter bezeichnet. Der Körperschallwandler umfasst insbesondere einen Aktuator. Der Aktuator wird auch als akustischer Aktuator oder Körperschallaktuator bezeichnet. Der Aktuator kann ein elektrodynamischer oder ein piezoelektrischer Aktuator sein. Der Aktuator kann elektrische Signale in mechanische Auslenkungen umwandeln. Dadurch kann der Aktuator anliegende Komponenten in Schwingung versetzen, um Schall zu erzeugen.
  • Es versteht sich, dass der Körperschallwandler über elektrische Anschlüsse verfügt, über die er z.B. mit einem Verstärker bzw. Audioverstärker verbunden werden kann, der dem Körperschallwandler Audiosignale zur Verarbeitung bereitstellt. Der Verstärker wird seinerseits von mindestens einer Audioquelle, wie einem Infotainment-System oder einer Steuereinrichtung für Warn- oder Assistenzhinweise, angesteuert.
  • Das als Membran dienende Kunstleder ist insbesondere mit dem Körperschallwandler direkt oder indirekt mittels einer oder mehrerer dazwischen angeordneten Bauteile verbunden, so dass der von dem Körperschallwandler erzeugte Körperschall an das Kunstleder weitergeleitet werden kann, um Schall zu erzeugen. Das von dem Körperschallwandler erzeugte Frequenzband kann vorzugsweise den ganzen Hörbereich, z.B. von etwa 20 Hz bis etwa 20 kHz, abdecken. Es ist aber auch möglich, dass nur ein Teilbereich davon abgedeckt wird.
  • Der mindestens eine Körperschallwandler kann direkt an dem Kunstleder angebracht sein. Alternativ können zwischen dem mindestens einen Körperschallwandler und dem Kunstleder mindestens ein Bauteil, bevorzugt ein flächiges Bauteil, angeordnet sein.
  • Das Bauteil, das zwischen dem Körperschallwandler und dem Kunstleder angeordnet ist, kann z.B. ein Schaummaterial (retikuliert oder normal) insbesondere ein Schaumbezug oder Kaschierschaum, eine Kunststoffplatte oder ein Aktuatorhalter, sein. Ein solches Schaummaterial kann der Verbesserung des Komforts für den Nutzer dienen, z.B. bei Kopfstützen. Alternativ können auch Vlies oder Abstandsgewirke als dazwischenliegendes Bauteil verwendet werden. Diese sollten jedoch zweckmäßigerweise von hoher mechanischer Härte sein.
  • Der Körperschallwandler kann z.B. durch Kleben und/oder Befestigungsmittel, wie Schrauben, an die Installationsfläche angebracht werden, wobei die Installationsfläche von dem Kunstleder oder dem dazwischen liegenden Bauteil gebildet wird.
  • Der Körperschallwandler kann neben dem Aktuator gegebenenfalls zusätzlich eine mit dem Aktuator verbundene Platte zur Schallabstrahlung umfassen. Eine solche Platte ist nicht erforderlich, kann aber aus Designgründen zweckmäßig sein. Sie kann z.B. eine sichtbare Auslenkung des Kunstleders während der Klangwiedergabe verhindern. Gegebenenfalls kann sie auch dazu dienen, die Klangqualität einzustellen. Die mit dem Aktuator verbundene Platte kann z.B. aus Kunststoff, Metall oder Holz sein, wobei eine Kunststoffplatte bevorzugt ist.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Aktuator direkt an dem Kunstleder angebracht. Bei einer anderen Ausführungsform ist die mit dem Aktuator verbundene Platte direkt an dem Kunstleder angebracht. Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Aktuator oder dem Kunstleder das mindestens eine Bauteil, bevorzugt flächige Bauteil, angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der mit dem Aktuator verbundenen Platte und dem Kunstleder das mindestens eine Bauteil, bevorzugt flächige Bauteil, angeordnet.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Körperschallwandler ein Montageelement, das zur Anbringung der Platte zur Schallerzeugung an den Aktuator und/oder zur Anbringung des Körperschallwandlers an die Installationsfläche dient.
  • Das erfindungsgemäße Audiosystem umfasst ferner das als Membran dienende Kunstleder, welches mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial umfasst. Es können eine oder mehrere solcher atmungsaktiven Schichten enthalten sein.
  • Die Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial ist atmungsaktiv, da sie eine Porenstruktur aufweist. Insbesondere weist das Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial von einer zur anderen Seite der Schicht verlaufende Poren (Kanäle) auf. Durch die Poren kann Wasserdampf hindurchtreten, so dass sich atmungsaktive Eigenschaften ergeben. Die Poren weisen bevorzugt einen mittleren Porendurchmesser von 0,1 µm bis 1 mm auf.
  • Die atmungsaktive Schicht aus dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial ist ein Komposit mit PVC-Phasen und Polyurethan-Phasen, die jeweils als mikroskopische und/oder makroskopische Bereiche vorliegen können.
  • Die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial weist bevorzugt eine Gasdurchlässigkeit von 0,1 bis 200 I dm-2 min-1 auf. Die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial weist bevorzugt eine Wasserdampfdurchlässigkeit von 0,1 bis 200 mg cm-2 h-1 auf. Die atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial kann eine Wasserundurchlässigkeit von 0,1 bis 60 m2 pa-1 w-1 aufweisen. Die Gasdurchlässigkeit kann in Anlehnung an DIN 53887 bestimmt werden. Die Wasserdampfdurchlässigkeit kann in Anlehnung an DIN ISO 14268 bestimmt werden.
  • Durch die in-situ Generation der Poren während des Prozesses sind die Poren statistisch im Material sowohl horizontal wie auch vertikal verlaufend angeordnet. Es zeigt sich, dass Poren bzw. Kanäle in dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial statistisch verteilt sind, auch im Hinblick auf kleine und große Poren. Die Poren und Kanäle können bevorzugt in alle Richtungen (horizontal und vertikal) statistisch ausgerichtet sein und somit in Interaktion treten.
  • Die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial enthält bevorzugt 98 bis 40 Gew.-% Polyvinylchlorid und 2 bis 60 Gew.-% Polyurethan, bezogen auf das Gesamtgewicht an Polyvinylchlorid und Polyurethan in der Schicht.
  • Das mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial kann ferner Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten, z.B. ein oder mehrere thermoplastische Polyurethane (TPU), sie kann aber auch nur aus Polyvinylchlorid und Polyurethan bestehen. Die Zugabemengen an Hilfs- und Zusatzstoffen kann sich je nach Bedarf und gewünschten Eigenschaften in breiten Mengenbereichen bewegen und obliegt insoweit keinen generellen Beschränkungen. In der Regel ist es bevorzugt, dass das Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial eine Gesamtmenge an Polyvinylchlorid und Polyurethan, bezogen auf das Gesamtgewicht der atmungsaktiven Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial, von 25 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 35 bis 90 Gew.-%, aufweist. Hilfs- und Zusatzstoffe bilden gewöhnlich den Rest.
  • Das Polyvinylchlorid (PVC) des Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterials umfasst bevorzugt Emulsions-PVC mit einem K-Wert von 65 bis 80, bevorzugt 70 bis 76, Suspensions-PVC oder Abmischungen davon oder ist daraus ausgewählt. Das Suspensions-PVC ist bevorzugt verpastbares Suspensions-PVC, einschließlich handelsüblichem Mikrosuspensions-PVC.
  • Das Polyurethan des Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterials umfasst bevorzugt Polyether-Polyurethan, Polyester-Polyurethan oder Polycarbonat-Polyurethan oder Abmischungen davon oder ist daraus ausgewählt.
  • Die Hilfs- und Zusatzstoffe können beispielsweise Füllstoffe, Weichmacher, Vernetzer, Stabilisatoren, Kicker, Silikone, thermoplastische Polyurethane (TPU), Flammschutzmittel, Additive und/oder Farbstoffe und Pigmente umfassen. Es versteht sich, dass zugegebene Hilfs- und Zusatzstoffe, wie Vernetzer, die in der Ausgangsmischung zugegeben werden können, bei der Herstellung der atmungsaktiven Schicht Reaktionen eingehen können und dann in modifizierter Form vorliegen.
  • Ein Beispiel für geeignete Hilfs- und Zusatzstoffe sind ein oder mehrere thermoplastische Polyurethane (TPU). Diese Polyurethankomponente kann z.B. durch Kryomahlprozesse erhalten werden und weist bevorzugt eine Partikelgröße von weniger als 100 µm, bevorzugt weniger als 80 µm auf. Die TPU-Typen können Polyester-Polyurethane, Polycarbonat-Polyurethane, Polyether-Polyurethane oder/und Abmischungen davon sein.
  • Das thermoplastische Polyurethan kann aliphatisches TPU und/oder aromatisches TPU sein. Im Hinblick auf thermische und Vergilbungsaspekte sind aliphatische TPU bevorzugt, welche eine geringere Vergilbungstendenz aufweisen.
  • Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Calciumcarbonat, Cellulose, insbesondere Arbocel-Typen, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Siliziumdioxid, wie TS 100, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Zinkoxid und Zinkbromid. Beispiele für Pigmente sind organische oder anorganische Pigmente, Metallpigmente und Iriodine.
  • Die Auswahl der gegebenenfalls verwendeten Weichmacher unterliegt ebenso wie die der Füllstoffe keiner generellen Beschränkung. Beispiele für geeignete Weichmacher sind Phtalate, Adipate, Sebacate, Citrate, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester, nichtaromatische cyclische Esterverbindungen wie DINCH, Dioctylterephthalat (DOTP), Epoxyweichmacher, wie epoxidiertes Sojaöl, Oligoglykol- oder Polyethylenglykol-basierte Weichmacher, Rizinusöl-basierte Weichmacher, Polymerweichmacher, Phosphatweichmacher, chlorierte und bromierte Weichmacher, Sulfatweichmacher und ionische Flüssigkeiten.
  • Beispiele für geeignete Vernetzer sind Isocyanate, Aceridine, Carbidiimide, Melamine und Peroxide.
  • Beispiele für Stabilisatoren/Kicker sind solche basierend auf Barium, Calcium, Cadmium, Zinn, Blei, Quecksilber, Antimon, Arsen, Thiolen oder Mercaptanen, Phosphiten oder Phosphaten, OBS, Zink, Magnesium und/oder Aluminium, ferner sterisch gehinderte und ungehinderte Phenole (z.B. Irganox-Typen), UV-Stabilisatoren, insbesondere HALS, Nano-Titanoxide, β-Diketone, Epoxid-basierte, perchloratbasierte Stabilisatoren und/oder Amin-basierte Stabilisatoren.
  • Beispiele für Flammschutzmittel sind Antimonoxid, Aluminiumoxid, Hydrotalcit, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Zinkborat, verschiedene Phosphate, wie Ammoniumphosphat, Blähgraphite sowie bromierte und chlorierte Weichmacher.
  • Beispiele für Silikone sind vernetzte, vernetzende und/oder unvernetzende Silikone, wie platinkatalysierte vernetzende Silikone oder kondensationsreaktionsbasierte vernetzende Silikone.
  • Beispiele für geeignete Additive sind Emulgatoren und Seifen, Entschäumer, rheologische Additive, wie Verdicker und Viskositätserniedriger, Nanoröhren und Quantumdots.
  • Die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial kann z.B. ein Flächengewicht im Bereich von 10 bis 2000 g/m2, bevorzugt 50 bis 1000 g/m2, bevorzugter 120 bis 500 g/m2, aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial erhältlich durch ein Verfahren, umfassend
    1. a) Aufbringen einer pastösen Masse, umfassend Polyvinylchlorid und Polyurethan auf eine Unterlage und
    2. b) Trocknen und Ausgelieren der pastösen Masse unter Bildung eines atmungsaktiven Films aus dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial.
  • Zur Bereitstellung der pastösen Masse können PVC, Polyurethan und gegebenenfalls eine oder mehrere Hilfs- und Zusatzstoffen wie vorstehend beschrieben miteinander vermengt, dispergiert und/oder vermischt werden. PVC kann z.B. in Form einer PVC-Paste zugesetzt werden. Für das Polyurethan eignet sich z.B. eine wässrige Polyurethan-Dispersion. Nach Bedarf kann Wasser zur Paste gegeben werden.
  • Wasser, z.B. aus der Polyurethan-Dispersion oder gesondert zugesetzt, kann dazu dienen, die Viskosität der pastösen Masse einzustellen. Dieser wässerige Anteil beeinflusst die Porenbildung während des Trocknens der pastösen Masse zum atmungsaktiven Film positiv.
  • Die pastöse Masse wird auf der Unterlage lediglich durch Wärmezufuhr getrocknet, eventuell zur Reaktion gebracht und ausgeliert wird. Dabei bildet sich der Film aus, wobei während der Filmausbildung in situ auch die Poren für die Herstellung der atmungsaktiven Eigenschaft des Films ausgebildet werden.
  • Die selbsttätige bzw. selbstorganisierende Porenausbildung während des Trocknens und Ausgelierens der pastösen Masse unter Wärmezufuhr ergibt sich daraus, dass sich die pastöse Masse aus an sich chemisch nicht kompatiblen Fraktionen, nämlich PVC und Polyurethan zusammensetzt. Das Polyurethan weist dazu in der pastösen Masse eine nur geringe bis gegen Null gehende Benetzbarkeit auf. Während der Trocknung und des Ausgelierens der pastösen Masse bilden sich an den jeweiligen Phasen- bzw. Korngrenzen dieser inkompatiblen Fraktionen Risse und/oder Hohlräume aus, die von der einen bis zur anderen Oberfläche des Films durchgängig verlaufen, mithin Poren in dem Film ausbilden. Diese sind durch entsprechende Einstellungen der Verfahrenskomponenten und Verfahrensführung hinsichtlich ihrer Größe beinflussbar und einstellbar.
  • Die Porengröße und die daraus resultierende Atmungsaktivität kann z.B. durch Beeinflussung von Rezepturparametern der pastösen Masse, wie Viskosität, Füllstofftyp und -gehalt, eingesetzte PVC-Type, Weichmachertyp und -gehalt eingesetzte Polyurethantype und der Anteil an Polyurethan in weiten Grenzen eingestellt werden.
  • Das Verfahren ermöglicht es, einen atmungsaktiven Film herzustellen, der ausgenommen Wasser lösemittelfrei hergestellt wird, da erfindungsgemäß die pastöse Masse ohne Zugabe eines organischen Lösungsmittels gebildet werden kann.
  • Es ist möglich, einen atmungsaktiven Film mit kompakter, d.h. ungeschäumter Struktur, oder mit Schaumstruktur herzustellen, wofür z.B. zusätzliche Treibmittel zugesetzt werden, z.B. Treibmittel auf physikalischer Basis (z.B. Expancell) oder chemischer Basis (z.B. OBSH oder Azodicarbonamid). Der kompakte Film weist die vorstehend genannte Porenstruktur auf. Die Schaumstruktur kann durch Herstellen eines Schlagschaums aus der pastösen Masse vor dessen Aufbringen auf die Unterlage erzeugt werden. Alternativ kann der pastösen Masse als Hilfs- oder Zusatzmittel Treibmittel, wie Azodicarbonamid, Mikrosphären, wie Expancell, Silicagel, Natriumcarbonat, Dinatriumcarbonat, OBSH, Zeolithe und dergleichen mehr, hinzugegeben werden, die beim Trocknen und Ausgelieren die Zellstruktur des Schaumes ausbilden.
  • Das Auftragen der pastösen Masse auf die Unterlage kann z.B. mittels eines Reverse- bzw. Rollcoaters oder durch Rakeln, Sprühen, Gießen oder Drucken erfolgen. Das Auftragen kann ein- oder mehrmals wiederholt werden, sofern ein Trocknungsschritt bei der vorherigen Schicht erfolgt ist. Bei Vorliegen von mehr als einer atmungsaktiven Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial in dem Kunstleder, können die Schichten auch unabhängig voneinander hergestellt und dann miteinander laminiert werden.
  • Das Trocknen und Ausgelieren der pastösen Masse zu dem porenaufweisenden Film erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 100°C bis 220°C.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die pastöse Masse nach dem Aufbringen auf der Unterlage gemeinsam mit der Unterlage durch einen Trockenofen oder Härtungsofen geleitet, der zur Sicherstellung einer ausreichenden Trocknungsdauer eine Länge von 1 bis 80 m und eine Geschwindigkeit von 2 bis 80 m/min aufweisen kann.
  • Die Unterlage kann nach Ausbildung des Films von diesem abgezogen werden. Die Unterlage dafür kann z.B. ein ungeprägtes oder geprägtes Papier, eine formgebende Polymer-/Kunststoffform, ein entsprechendes Band oder eine Stahlprägeform sein.
  • Es ist auch möglich, als Unterlage ein Substrat zu verwenden, welches nach Ausbildung des Films an diesem verbleibt, insbesondere einen textilen Träger im Rahmen eines Verbundes zur Herstellung eines Kunstleders. Die aufgebrachte pastöse Masse kann z.B. mittels Direktbeschichtung unmittelbar auf den textilen Träger aufgebracht und gemeinsam mit diesem der Wärmezufuhr unterworfen werden, woraufhin die pastöse Masse auf dem textilen Träger oder einem anderen geeigneten Substrat trocknet und ausgeliert, die Schicht des atmungsaktiven Films ausbildet und mit der Unterlage in Form des Substrates unter Ausbildung eines Mehrschichtverbundes verbunden bleibt.
  • Das in dem erfindungsgemäßen Audiosystem eingesetzte Kunstleder kann ferner eine ein- oder mehrlagige Lackschicht als Deckschicht umfassen. Die Lackschicht kann aus einer oder mehreren gleichen oder unterschiedlichen Lacklagen bestehen, die unterschiedlich Funktionen aufweisen können. Die Lackschicht ist über der mindestens einen atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial angeordnet, d.h. sie befindet sich auf der Sichtseite des Kunstleders, wenn es eingesetzt wird.
  • Die Lackschicht kann neben einer allgemeinen Schutzfunktion dem Kunstleder z.B. Haptik und Glanz (über die einlagige Lackschicht oder über die oberste Lacklage), Abriebbeständigkeit, Farbigkeit (mittels Pigmenten in der Lackschicht bzw. Lacklage) und oder Adhäsion zum Kompositmaterial (über die einlagige Lackschicht oder über die unterste Lacklage) verleihen. Beispiele für geeignete Lacke für die Lackschicht bzw. die Lacklagen sind Lacke auf Basis von Polyurethan, Acrylat, PVC, PVDF, Anilin, Epoxy oder Polyamid-Polyester.
  • Das in dem erfindungsgemäßen Audiosystem eingesetzte Kunstleder kann ferner mindestens einen Träger umfassen. Der mindestens eine Träger ist bevorzugt ein textiler Träger. Es können z.B. ein oder mehrere textile Träger in üblicherweise in das Kunstleder einkaschiert werden, z.B. wie vorstehend beschrieben.
  • Beispiele für textile Träger sind ein Gewebe, ein Vlies, ein Gitter. Die für den textilen Träger eingesetzten Fasern können auf organischer oder anorganischer Basis sein, wie z.B. Polyester-, Steinwolle, Glas- und Carbonfasern.
  • Das in dem erfindungsgemäßen Audiosystem eingesetzte Kunstleder kann gegebenenfalls ferner mindestens eine Schaumschicht umfassen, z.B. einen Akustikschaum, was aber in der Regel nicht bevorzugt ist. Die Schaumschicht bzw. der Akustikschaum kann in üblicherweise in das Kunstleder einkaschiert werden.
  • Durch Anwendung geeigneter Verfahren, wie Stahlprägen, Vakuumprägen, Silikon-Tuch-Walzenprägen und dergleichen kann das Kunstleder überdies im Bereich seiner Sichtseite eine eingebrachte Oberflächenprägung in Form einer Ledernarbstruktur aufweisen.
  • Das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems kann neben der mindestens einen atmungsaktiven Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial gegebenenfalls eine Lackschicht als Deckschicht, einen oder mehrere textile Träger und/oder Schäume enthalten. Es ist bevorzugt, dass das Kunstleder ansonsten keine weiteren Schichten, z.B. Kunststoffschichten aus einem Material, das von dem PVC-PUR-Komposit verschieden ist, enthält.
  • Geeignete atmungsaktive Schichten und Filme aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial und Kunstleder sowie Verfahren zu deren Herstellung sind auch in der EP 2918629 A1 beschrieben. Ein für das erfindungsgemäße Audiosystem geeignetes Kunstleder wie vorstehend beschrieben ist im Handel unter der Marke laif® VyP von ContiTech AG erhältlich.
  • Das erfindungsgemäße Audiosystem kann ein Bestandteil einer Komponente im Bereich Transportwesen, insbesondere im Automobilbereich, in Innenräumen, z.B. Möbel, Mobility, wie Zug Bahn, Flugzeug oder Boot oder in der Industrie (LivTec) sein, insbesondere als dekoratives Bezugsmaterial. Besonders bevorzugt kann das erfindungsgemäße Audiosystem ein Bestandteil einer Komponente eines Kraftfahrzeugs sein, insbesondere im Innenraum eines Kraftfahrzeugs oder Automobils.
  • Das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems kann z.B. ein Bezugsmaterial oder eine Innenverkleidung einer Komponente, insbesondere einer Komponente eines Kraftfahrzeugs oder Automobils, sein, wobei die Komponente bevorzugt eine Kopfstütze, ein Armaturenbrett, ein Sitz, eine Tür, eine Fahrzeugsäule, eine Mittelkonsole oder ein Dachhimmel ist.
  • Das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems kann z.B. auch ein Bezugsmaterial oder eine Innenverkleidung einer Komponente im Industriebereich (Livtec) sein, z.B. Möbel, Stühle, Wandverkleidungen, Deckenverkleidungen, Schränke, Bettoberteilen, z.B. in Schiffen, Flugzeugen, Zügen oder Bussen.
  • Beispielsweise können erfindungsgemäße Audiosysteme (Lautsprecher) direkt in die Sitzfläche des Sessels, Autositzes oder der Kopfstützen eingebaut werden. Das Kunstleder verdeckt das Audiosystem und ist nicht sichtbar (Shy-Tech) für den Nutzer. Ein zusätzlicher Platzbedarf, z.B. in den Türen, fällt somit aus. Zusätzlich wird durch diese körpernahe Schallgeneration auch eine höhere Präzision erreicht.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das ein oder mehrere erfindungsgemäße Audiosysteme wie vorstehend beschrieben aufweist.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines Kunstleders, umfassend mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial, als Membran für einen Körperschallwandler. Die erfindungsgemäße Verwendung wird bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Audiosystem wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
  • Alle vorstehenden Angaben zu dem Kunstleder, der atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial und zum Körperschallwandler gelten entsprechend für die Verwendung, so dass darauf verwiesen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1a
    eine ausschnittsweise Abbildung einer atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial auf einem textilen Träger für das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems
    Fig. 1b
    eine ausschnittsweise Abbildung einer weiteren atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial auf einem textilen Träger für das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems
    Fig. 2
    einen Graphen, der die Abhängigkeit des Schalldrucks von der Frequenz im Hörbereich für ein erfindungsgemäßes Audiosystems im Vergleich zu anderen als Membranen eingesetzte übliche Folien bzw. Kunstleder zeigt
    Fig. 3
    Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Audiosystems, eingebaut in die Kopfstütze eines Automobils
    Fig. 4
    Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Audiosystems gemäß Fig. 3
    Fig. 5
    Schema eines Verfahrensablaufs zur Herstellung eines atmungsaktiven Films aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial.
  • Die Fig. 1a und 1b zeigen jeweils eine ausschnittsweise Abbildung von einer atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial auf einem textilen Träger für das Kunstleder des erfindungsgemäßen Audiosystems, welches nach dem beschriebenen Verfahren erhalten wird. Die schwarzen Bereiche stellen die Poren dar, während die weißlichen Bereiche das Komposit darstellen. Im unteren Bereich ist der textile Träger erkennbar.
  • Zur Herstellung einer atmungsaktiven Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial kann folgende Rezeptur eingesetzt werden:
    Komponente Gew.-Teile
    PVC 100
    Weichmacher 80
    PU-Dispersion* 40
    TPU 15
    Stabilisator 4
    Füllstoff 20
    Pigment 10
    *25-65 Gew.-% Feststoffgehalt
  • Als Polyurethan-Dispersion (PU-Dispersion) können handelsübliche wässrige Polyurethandispersionen verwendet werden. TPU und PVC werden jeweils als Pulver eingesetzt. Die Komponenten werden zu einer pastösen Masse vermischt und auf eine Unterlage aufgebracht und dann unter Bildung des atmungsaktiven Films aus dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial getrocknet und ausgeliert. An das gebildete Kompositmaterial kann ein textiler Träger angebracht werden und die Unterlage wird entfernt.
  • Das Kompositmaterial gemäß Fig. 1 umfasst Polyurethan und PVC und generiert selbstorganisierend, in situ während des Streich- und Trocknungs/Ausgelierprozesses Poren, die in der Schicht statistisch verteilt sind. Durch die Verteilung der Poren in der Schicht können Schallwellen an der Grenzfläche von Polymer zu Luft gebrochen und gestreut werden, insbesondere wenn die Poren und Kanäle in alle Richtungen statistisch ausgerichtet sind und somit in Interaktion treten können.
  • Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Verfahrensablauf zur Herstellung des atmungsaktiven Films bzw. der atmungsaktiven Schicht aus dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial 13.
  • Es werden ein PVC-Plastisol 6, das aus PVC-Pulver und Weichmacher hergestellt werden kann, und eine wässrige Polyurethan-Dispersion 7 zu einer Polymerpaste 8 vermischt, wobei Hilfs- und Zusatzmittel nach Bedarf zugesetzt werden. Die Polymerpaste 8 wird mithilfe einer Rakel 10 auf ein mittels Rollen gefördertes Trennpapier aufgebracht und mit dem Trennpapier durch einen Härtungsofen 11 geleitet, in dem die Polymerpaste z.B. bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 220 °C getrocknet und ausgeliert und nach Austritt aus dem Ofen über eine Kühltrommel 12 abgekühlt wird. Es wird ein atmungsaktiver PVC-Polyurethan-Kompositfilm 13 mit selbstorganisierten, statistisch verteilten Poren erhalten.
  • Fig. 2 zeigt einen Graphen, der die Abhängigkeit des Schalldrucks von der Frequenz im Hörbereich für ein erfindungsgemäßes Audiosystems im Vergleich zu anderen als Membranen eingesetzte übliche Folien bzw. Kunstleder demonstriert.
  • Dabei wurden folgende Kunstleder als Membranen für das Audiosystem eingesetzt (PUR = Polyurethan):
    CEP 799_28: PUR-Kunstleder (weist keine Porenstruktur auf) (Vergleich)
    CEP 801_36: atmungsaktives Kunstleder mit Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial auf textilem Träger (Laif® Vyp) (erfindungsgemäß)
    CEP 803_45: Perforiertes PUR-Kunstleder (Vergleich)
  • Im Graph der Fig. 2 lassen sich gut die positiven Eigenschaften erkennen. Die Kurve des erfindungsgemäßen Kunstleders (CEP 801_36) zeigt, dass dieses System bis ca. 250 Hz die Eigenschaft des geschlossenen Kunstleders (CEP 799_28) hat und ab ca. 5000 Hz die Eigenschaft des gelochten Materials (CEP 803_45) zeigt.
  • Überraschenderweise konnte bei dem erfindungsgemäß als Membran eingesetzten Kunstleder gezeigt werden, dass dieses Materialkonstrukt eine ausgezeichnete Breitbandeigenschaft aufweist. Insbesondere der Klangverlauf von tiefen wie auch hohen Frequenzbereichen konnte homogen dargestellt werden.
  • Die Breitbandeigenschaften von dem erfindungsgemäß eingesetzten Kunstleder können, ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, zum jetzigen Zeitpunkt durch die Konstruktion und das Design erklärt werden:
    1. 1) Durch die statistische Verteilung der Poren kann ein breites Frequenzband abgebildet werden ausgehend von einer lokal unterschiedlichen Dichteverteilung
    2. 2) Durch die Verwendung von Mischungen aus Polyurethan und PVC sind in dem Material Dichteunterschiede bezogen auf die Polymeren vorgegeben.
    3. 3) Durch Phasengrenzen von Luft und Polymer kann der frequenzabhängige Schall gebrochen und gestreut werden. Durch die statistische Verteilung von kleinen und großen Poren sowie deren Verlauf innerhalb des Materials kommt es zu einer nur geringen Auslöschung der Frequenzen.
    4. 4) Durch die Porosität des Materials kann ein Luftaustausch und eine Durchdringung des Schalls in niedrigen Frequenzen erfolgen.
  • Zusätzlich kann durch dieses Kunstleder auch eine Haptik und Optik gewährleistet werden, welches der von standardmäßigen Lautsprecherblenden aus Hartplastik oder Dünnststoff gleichwertig ist.
  • Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Audiosystems, eingebaut in die Kopfstütze eines Automobils.
  • Die Kopfstütze weist als Bezugsmaterial ein Kunstleder 1 mit atmungsaktiver Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial auf. Unter dem Kunstleder befindet sich zur Polsterung ein Schaumbezug 2. Der Körperschallwandler umfasst einen Aktuator 4 und eine Kunststoffplatte zu Schallabstrahlung 3 sowie ein Montageelement 5 zur Montage. Die Platte 3 ist insbesondere aus Designgründen eingebaut. Für die Klangwiedergabe ist sie nicht unbedingt erforderlich. Der Körperschallwandler befindet sich im Inneren der Kopfstütze 4 und ist über die Kunststoffplatte 3 an dem Schaumbezug 2 befestigt. Der Aktuator weist elektrische Anschlüsse zur Anbindung an einen Verstärker auf (nicht dargestellt).
  • Durch die Anordnung innerhalb eines Bauteils wie beispielsweise einer Kopfstütze sind diese Schallgeber nicht mehr sichtbar, ohne Verlust an Qualität des Klangvolumens und der Frequenzbandbreite im Vergleich zu herkömmlichen Lautsprechern. Somit ist diese Aktuator-Technologie in Kombination mit einem reinigbaren, optisch und haptisch adaptierbaren, weichen Kunstleder als Membran und Klang-Geber ein weiterer Schritt in die Shy-Tech-Welt. Der Endverbraucher erkennt den verbauten Lautsprecher nicht mehr.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kunstleder, das mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial umfasst
    2
    Schaumbezug
    3
    Platte zur Schallabstrahlung
    4
    Aktuator
    5
    Montageelement
    6
    PVC-Plastisol
    7
    Polyurethan-Dispersion
    8
    pastöse Masse bzw. Polymerpaste
    9
    Trennpapier
    10
    Rakel
    11
    Härtungsofen
    12
    Kühltrommel
    13
    atmungsaktiver Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositfilm mit selbstorganisierten, statistisch verteilten Poren

Claims (14)

  1. Audiosystem, umfassend mindestens einen Körperschallwandler und ein als Membran dienendes Kunstleder, wobei das Kunstleder mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial umfasst.
  2. Audiosystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Körperschallwandler direkt an dem Kunstleder angebracht ist oder zwischen dem mindestens einen Körperschallwandler und dem Kunstleder mindestens ein Bauteil, bevorzugt ein flächiges Bauteil, angeordnet ist.
  3. Audiosystem nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Bauteil ein Schaumstoff, bevorzugt ein Schaumbezug oder Kaschierschaum, eine Kunststoffplatte oder ein Aktuatorhalter ist.
  4. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperschallwandler einen Aktuator oder einen Aktuator und eine mit dem Aktuator verbundene Platte zur Schallabstrahlung umfasst, wobei die Platte bevorzugt aus Kunststoff, Metall oder Holz ist, wobei eine Kunststoffplatte besonders bevorzugt ist.
  5. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kunstleder eine ein- oder mehrlagige Lackschicht als Deckschicht umfasst und/oder wobei das Kunstleder mindestens einen Träger, bevorzugt mindestens einen textilen Träger, umfasst.
  6. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Audiosystem Bestandteil einer Komponente eines Kraftfahrzeugs ist, wobei das Kunstleder ein Bezugsmaterial oder eine Innenverkleidung der Komponente ist, wobei die Komponente bevorzugt eine Kopfstütze, ein Armaturenbrett, ein Sitz, eine Tür, eine Fahrzeugsäule, eine Mittelkonsole oder ein Dachhimmel ist, oder wobei das Audiosystem Bestandteil einer Komponente aus dem Industriebereich ist, wobei die Komponente bevorzugt ein Möbel, ein Stuhl, eine Wandverkleidung, eine Deckenverkleidung, ein Schrank oder ein Bettoberteil ist, z.B.in Schiffen, Flugzeugen, Zügen oder Bussen.
  7. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial von einer zur anderen Seite der Schicht verlaufende Poren und/oder Poren mit einem mittleren Porendurchmesser von 0,1 µm bis 1 mm aufweist.
  8. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial eine Gasdurchlässigkeit von 0,1 bis 200 I dm-2 min-1 und/oder eine Wasserdampfdurchlässigkeit von 0,1 bis 200 mg cm-2 h-1 aufweist.
  9. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial 98 bis 40 Gew.-% Polyvinylchlorid und 2 bis 60 Gew.-% Polyurethan, bezogen auf das Gesamtgewicht an Polyvinylchlorid und Polyurethan in der Schicht, enthält.
  10. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    das Polyvinylchlorid des Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterials Emulsions-PVC mit einem K-Wert von 65 bis 80, Suspensions-PVC oder Abmischungen davon umfasst, und/oder
    das Polyurethan des Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterials Polyether-Polyurethan, Polyester-Polyurethan oder Polycarbonat-Polyurethan oder Abmischungen davon umfasst.
  11. Audiosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine atmungsaktive Schicht aus Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial erhältlich ist durch ein Verfahren, umfassend
    a) Aufbringen einer pastösen Masse, umfassend Polyvinylchlorid und Polyurethan auf eine Unterlage und
    b) Trocknen und Ausgelieren der pastösen Masse unter Bildung eines atmungsaktiven Films aus dem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial.
  12. Audiosystem nach Anspruch 11, wobei das Trocknen und Ausgelieren der pastösen Masse bei Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 220 °C erfolgt.
  13. Kraftfahrzeug, das ein oder mehrere Audiosysteme nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
  14. Verwendung eines Kunstleders, umfassend mindestens eine atmungsaktive Schicht aus einem Polyvinylchlorid-Polyurethan-Kompositmaterial, als Membran für einen Körperschallwandler.
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