MX2013010223A - Accesorio automotriz para atenuacion de ruido. - Google Patents

Abstract

Un accesorio para la atenuación de sonidos, que comprende al menos un área aislante con características de masa-resorte acústicas que comprenden al menos una capa de masa (A) y una capa de desacoplamiento (3) adyacente a la capa de masa (A), por lo que la capa de masa (A) consiste de una capa fibrosa porosa (1) y una capa de barrera (2), con la capa de barrera (2) siendo ubicada entre la capa fibrosa porosa (1) y la capa de desacoplamiento (3) y todas las capas se laminan juntas, y por lo que la capa fibrosa porosa (1) al menos en el área aislante tiene un modulo de Young dinámico (PA) ajustado de modo que la frecuencia de radiación es al menos de 3000 (Hz).}.

Description

ACCESORIO AUTOMOTRIZ PARA ATENUACIÓN DE RUIDO Campo Técnico La invención se relaciona con un accesorio para automotores para la atenuación de ruido en un vehículo.

Técnica Antecedente Las fuentes de ruido en un vehículo son numerosas e incluyen, entre otras, el tren de transmisión de potencia, la línea de transmisión, el área de contacto del neumático (excitado por la superficie de la carretera) , los frenos y el viento. El ruido generado por todas estas fuentes dentro de la cabina del vehículo cubre un rango de frecuencia bastante grande que, para vehículos que funcionan a nafta y diesel normal, puede llegar hasta 6.3 kHz (por encima de esta frecuencia, la potencia acústica emitida por estas fuentes de ruido en un vehículo son en general insignificante) . El ruido vehicular se divide sustancialmente en ruido de baja, media y alta frecuencia. Típicamente, el ruido de baja frecuencia se puede considerar que cubre el rango de frecuencia de entre 50 Hz y 500 Hz y está dominado por el ruido "transmitido por la estructura": la vibración es transmitida a los paneles que rodean la cabina de los pasajeros por medio de una variedad de recorridos estructurales y luego tales paneles emiten el ruido a la cabina en sí misma. Por otra parte, típicamente el ruido de alta frecuencia se puede considerar que cubre el rango de frecuencia por encima de los 2 kHz. El ruido de alta frecuencia está típicamente dominado por el ruido aéreo: en este caso, la transmisión de la vibración a los paneles que rodean la cabina de los pasajeros toma lugar a través de recorridos aéreos. Se reconoce que existe un área gris, donde los dos efectos se combinan y no domina ninguno de los dos. Sin embargo, es importante para el bienestar de los pasajeros que se atenúe el ruido en el rango de frecuencia intermedia, como asi también en los rangos de alta y baja frecuencia.

Para la atenuación del ruido en vehículos como automóviles y camiones, es bien conocido el uso de aislantes, atenuadores y absorbentes a fin de reflejar y disipar el sonido y así reducir el nivel de sonido interior global.

La aislación tradicionalmente se obtiene por medio de un sistema de barrera de "masa-resorte", a través del cual el elemento de masa se forma por medio de una capa de material impermeable de alta densidad que normalmente se conoce como capa pesada y el elemento de resorte se conforma por un medio de una capa de material de baja densidad, tal como un fieltro o espuma no comprimida.

El término "masa-resorte" comúnmente se usa para definir un sistema de barrera que provee aislación acústica mediante la combinación de dos elementos, denominados "masa" y "resorte". Una pieza o un dispositivo se dice que funciona como una "masa-resorte" si su comportamiento físico puede representarse por medio de la combinación de un elemento de masa y un elemento de resorte. Un sistema de masa-resorte ideal actúa como un aislante acústico principalmente gracias a las características mecánicas de sus elementos que están unidos entre si.

Un sistema de masa-resorte normalmente se pone en un automóvil en la parte superior de una capa de acero con el elemento de resorte en contacto con el acero. Si se considera como un todo, el sistema completo (masa-resorte más capa de acero) tiene las características de una partición doble. La pérdida por inserción es una cantidad que describe cuan efectiva es la acción del sistema de masa-resorte cuando está puesto en la parte superior de la capa de acero independientemente de la aislación que provee la capa de acero en sí misma. Por lo tanto, la pérdida de inserción muestra el comportamiento de aislación del sistema de masa-resorte.

La curva teórica de pérdida por inserción (IL, medida en dB) que caracteriza un sistema de masa-resorte tiene las siguientes características particulares. En la mayor parte del rango de frecuencias, la curva aumenta con la frecuencia en una forma aproximadamente lineal y velocidad de crecimiento es de alrededor de 12dB/octava, tal tendencia lineal se considera muy efectiva para garantizar una buena aislación para las ondas acústicas entrantes y por esta razón los sistemas de masa-resorte se usan ampliamente en la industria automotriz. Esta tendencia se logra únicamente por encima de un cierto valor de frecuencia, que se denomina "frecuencia de resonancia del sistema de masa-resorte" en el que el sistema no es efectivo como un aislante acústico. La frecuencia de resonancia depende principalmente del peso del elemento de masa (cuanto mayor sea el peso, menor es la frecuencia de resonancia) y de la rigidez del resorte (cuanto mayor sea la rigidez, mayor será la frecuencia de resonancia) . En la frecuencia de resonancia del sistema de masa-resorte, el elemento de resorte transmite la vibración de la estructura subyacente al elemento de masa en una manera muy eficiente. A esta frecuencia, la vibración del elemento de masa es aún mayor que la de la estructura subyacente y por tanto el ruido emitido por el elemento de masa es aún mayor que el que seria emitido por la estructura subyacente sin el sistema de masa-resorte. Como consecuencia, alrededor de la frecuencia de resonancia del sistema de masa-resorte, la curva de IL tiene un mínimo negativo.

El comportamiento de aislación de una barrera acústica se evalúa por la pérdida de transmisión de sonido (TL) . La capacidad de una barrera acústica para reducir la intensidad del sonido que se transmite depende de la naturaleza de los materiales que forman la barrera. Una propiedad física importante que controla la TL de sonido de una barrera acústica es la masa por unidad de área de sus capas de componentes. Para un mejor comportamiento de aislación, la capa pesada de un sistema de masa-resorte tiene con frecuencia una superficie suave alta densidad para maximizar la reflexión de las ondas de ruido, una estructura no porosa y una cierta rigidez de material para minimizar la vibración.

Las capas de masa clásicas típicas se fabrican de unos materiales densos altamente rellenos, tales como EPDM, EVA, PU, PP, etc. Estos materiales tienen una densidad alta, normalmente por encima de 1000 (kg/m3) , una superficie suave para maximizar la reflexión de las ondas de ruido, una estructura no porosa y una cierta rigidez para minimizar la vibración. Desde este punto de vista se sabe que numerosos materiales textiles, ya sea delgados y/o porosos en su estructura no son ideales para la aislación del ruido.

La absorción se obtiene usualmente por el uso de capas porosas. El rendimiento de absorción de un sistema acústico se evalúa mediante el coeficiente de absorción (una cantidad sin dimensiones). Los absorbedores comúnmente se fabrican de materiales porosos abiertos, por ejemplo, fieltro o espumas .

Ambos sistemas de aislación y de absorción tienen en sí miso sólo pequeño ancho de banda de frecuencias en el cual trabajan de forma óptima. En general, el absorbente trabaja mejor en las altas frecuencias mientras que el aislante en general trabaja mejor en las bajas frecuencias. Además, ambos sistemas son sub-óptimos para usar en un vehículo moderno. La efectividad de un aislante es fuertemente dependiente de su peso, cuanto mayor es el peso, más efectivo es el aislante. La efectividad de un absorbente por otra parte es fuertemente dependiente del espesor del material, cuanto más grueso es mejor. Sin embargo, tanto el espesor como el peso están cada vez más limitados. Por ejemplo, el peso impacta la economía de combustible del vehículo y el espesor del material impacta la extensión del vehículo.

Para aislantes comunes del tipo masa-resorte la absorción es muy pobre y cercana a cero, principalmente porque la superficie de la capa de masa es sustancialmente no porosa. El sistema de masa-resorte sólo muestra en una banda estrecha alrededor de la frecuencia de resonancia de un pico de absorción apreciable. Sin embargo, esto ocurre en la baja frecuencia y no en el área de interés para absorción que es la región de frecuencia media y alta.

En el pasado, se han realizado numerosos intentos en la optimización de la aislación acústica en un vehículo de modo tal de reducir su masa (peso) manteniendo al mismo tiempo el mismo nivel de confort acústico. En los vehículos tratados con sistemas de masa-resorte tradicionales, el potencial para una tal optimización de peso está representando principalmente por la capa pesada y por esta razón, los intentos de optimización realizados hasta la fecha en tales casos se han concentrado en la reducción de la masa de la capa pesada. Sin embargo, estos intentos han mostrado que si el peso de la capa pesada se reduce más allá de un determinado limite físico, el sistema de aislación ya no se comporta como un sistema de masa-resorte y ocurre inevitablemente una pérdida de confort acústico. En tales casos, en los últimos años se intento el uso de material absorbente adicional para compensar esta pérdida de confort acústico .

En el pasado, una manera de lidiar con este problema consistió en el uso de sistemas completamente porosos. Sin embargo, los absorbentes porosos tienen una aislación acústica muy baja. Para un sistema poroso, la curva de IL aumenta con la frecuencia en una forma aproximadamente lineal, pero sólo con una velocidad de crecimiento de aproximadamente 6dB/octava en lugar de 12dB/octava que puede observarse cuando se usa un material de barrera impermeable como capa pesada.

Otra práctica común para tratar el problema mencionado anteriormente consiste colocar un material absorbente en la parte superior de un sistema de masa-resorte. Con una tal configuración, se espera que la presencia del material adicional principalmente agregue propiedades de absorbente al sistema de atenuación de sonido. Al mismo tiempo, también se espera que ya que determina un aumento en el peso de todo el sistema, el mismo material adicional también tenga un impacto positivo en la aislación acústica del sistema de masa-resorte subyacente.

Los productos de este tipo con frecuencia se referencian como sistemas ABA (Absorbente-barrera-absorbente) . La mayoría de los sistemas ABA se hacen con espuma o fieltro como primera capa absorbente, una barrera, por ejemplo, en la forma de un material de capa pesada como se describió, y una capa absorbente que funciona también como capa de resorte para el sistema de masa-resorte. También esta capa absorbente está normalmente constituida por un fieltro o una espuma. La capa de barrera junto con la capa absorbente, directamente en contacto con la estructura en la que se aplica el sistema debería funcionar como un sistema de masa-resorte, mientras que la capa absorbente superior debería funcionar como un absorbente acústico adicional.

Sobre la base de la experiencia, se espera que cuando se coloca el peso adicional en la parte superior de un sistema de masa-resorte, tal peso adicional debe afectar el comportamiento de aislación del sistema de modo positivo, por ejemplo, una adición de 250 (g/m2) de material en la parte superior de un sistema de masa-resorte con una capa pesada de 2 (kg/m2) debe dar un aumento total de IL de aproximadamente 1 (dB) , mientras que una adición de 500 (g/m2) de material en la parte superior del mismo sistema debe dar un aumento de IL de 2 dB. Un aumento de más IL de más de 1 dB normalmente se considera pertinente para la atenuación del ruido total en el compartimento de pasajeros de un vehículo. Para un capa pesada de 1 (kg/m2), el agregado de 150 (g/m2) de material debe dar un efecto 1 (dB) .

Sorprendentemente, se encontró que cuando se agrega una capa absorbente en la parte superior de un sistema de masa-resorte para obtener un sistema de ABA con una capa pesada como barrera, el aumento que se observa en la IL del sistema es mucho menor de lo que podría esperarse a partir del peso indicado. En numerosos casos, el agregado de la capa de absorción incluso lleva a una reducción de la IL del sistema.

En numerosas aplicaciones de los sistemas de ABA un fieltro muy suave (que comúnmente se designada como "vellón") con un peso por área de entre 400 y 600 g/m2 se usa como una capa superior absorbente. Como tal absorbente es mecánicamente muy suave (su módulo coeficiente de Young de compresión es muy bajo, típicamente mucho más bajo que el de aire estándar) , no participa activamente en la función de aislamiento del sistema porque el enlace entre las fibras y la capa pesada subyacente no es lo suficientemente fuerte como para proveer un efecto de masa. Como resultado, el agregado del absorbente no conduce a ningún aumento de la IL del sistema y la función de aislación del sistema se determina solamente por la masa de la capa pesada que se coloca en la parte superior de la capa desacopladora . Los Materiales de fieltro muy suaves (o "vellones") son más caros que los materiales fibrosos termoconformables comunes y normalmente se aplican en forma de parches en la parte superior del sistema de masa-resorte. Tal aplicación tiene que realizarse manualmente y estp es una operación costosa.

Como una alternativa, el sistema ABA puede obtenerse por moldeo o pegando un fieltro termoconformable más tradicional, por ejemplo, con un peso de área de entre 500 y 2000 (g/m2) en la parte superior de la capa pesada para actuar como absorbente. Inesperadamente, se encontró que en este caso la aplicación de la capa absorbente superior tiene un efecto negativo sobre el comportamiento de aislación del sistema de masa-resorte subyacente determinando un deterioro de su curva de IL. Tal deterioro es causado por la radiación del ruido del sistema formado por la capa pesada y la capa absorbente superior. De hecho, existe una frecuencia especifica denominada frecuencia de radiación en la cual las vibraciones son transmitidas por la capa pesada de la capa absorbente superior de una manera muy eficiente haciendo asi que la capa absorbente superior emite ruido. En la frecuencia de radiación, la superficie superior de la capa absorbente superior vibra aún más que la capa pesada subyacente. Debido a este efecto, la pérdida de inserción del sistema ABA está fuertemente comprometida en el rango de frecuencias alrededor de la frecuencia de radiación. En este rango de frecuencias, la IL del sistema ABA es menor que la IL del sistema de masa-resorte de la que se obtiene. De esta manera, el agregado de una función acústica (absorción, a través del absorbente agregado en la parte superior) deteriora significativamente la función original del sistema, es decir, la aislación, la radiación acústica del sistema formado por la capa pesada y la capa porosa superior en conjunto deteriora la aislación del sistema, un caso que no se consideraba anteriormente en el estado de la técnica .

La Invención Un objeto de la presente invención es obtener un accesorio de atenuación acústica que trabaje sobre el ranqo de frecuencias que importan para la reducción de ruido en un vehículo sin las desventajas del estado de la técnica. En particular, optimizar el uso de peso para la atenuación de ruido .

El objeto de la invención se lora mediante el accesorio de atenuación acústica de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende al menos un área de aislación con características acústicas de masa-resorte que comprenden al menos una capa de masa y una capa de desacopladora adyacente a la capa de masa y por lo cual la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa y una capa de barrera, donde la capa de barrera está localizada entre la capa fibrosa porosa y la capa desacopladroa y todas las capas se laminan juntas y por lo cual la capa fibrosa porosa al menos en el área de aislación, es ajustada para tener un modulo Young dinámico (Pa) de por lo menos donde AWb es el peso de área (g/m2) de la capa de barrera, AWp es el peso por área (g/m2) de la capa fibrosa porosa, tp siendo espesor (mm) de la capa fibrosa porosa y v (Hz) es la frecuencia de radiación, por lo cual esta frecuencia de radiación v es de por lo menos 3000 (Hz), y por lo cual la capa de barrera tiene un peso por área de por lo menos 400 (g/m2) .

Para el compartimiento del pasajero de un vehículo, los accesorios de aislación acústica son más efectivos en el rango de frecuencias entre 800 (Hz) y 3000 (Hz) . Un sistema de masa-resorte ideal mostrará una curva de IL con una velocidad de crecimiento de 12dB/octava. Sólo el peso real usado en la capa de masa es decisivo para la aislación global obtenida. Para obtener esta misma velocidad de crecimiento con un sistema ABA, la frecuencia de radiación v debe estar por encima del límite superior de frecuencia del rango de frecuencias de interés, en este caso al menos por encima de 3000 (Hz) , preferentemente por encima de 4000 (Hz) o más preferentemente por encima de 5000 (Hz), aunque este límite depende de la aplicación.

Sorprendentemente, se encontró que existe una relación entre el módulo de Young dinámico del material que constituye la capa fibrosa porosa y la frecuencia de radiación. Esta relación depende paramétricamente del peso de área y del espesor de la capa fibrosa porosa, y del peso por área de la capa de barrera. Para usar un material para la capa fibrosa porosa de manera tal que la frecuencia de radiación es suficientemente alta como para no deteriorar el comportamiento aislación general del sistema de masa-resorte subyacente, preferentemente al menos por encima de 3000 (Hz) , el módulo de Young dinámico E debe ser por lo menos aproximadamente · Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante una elección apropiada del material, de su peso de área, de su espesor y del nivel de compresión necesaria. No todos los materiales lograrán el módulo de Young necesario.

Mediante el ajuste de módulo de Young dinámico del material que constituye la capa fibrosa porosa de una manera tal que está por encima del módulo de Young mínimo necesario para que la frecuencia de radiación se encuentre fuera del rango de frecuencia de interés, como se reivindica, la tasa de crecimiento de 12dB/octava puede obtenerse en la curva de IL del sistema. De esta manera, la curva de IL del sistema de ABA de acuerdo con la invención se comporta cualitativamente de manera similar a la curva de IL del sistema de masa-resorte subyacente. Al mismo tiempo, también se observa que la curva de IL del sistema ABA de acuerdo con la invención es mayor que la curva de IL del sistema de masa-resorte subyacente, siendo la diferencia debido al peso adicional de la capa fibrosa porosa. De esta manera, la capa fibrosa porosa contribuye a la función de aislamiento del sistema y el potencial de masa completa de la capa de masa que consiste en la capa de barrera AND y la capa fibrosa porosa se puede utilizar para las propiedades aislantes del accesorio. Al mismo tiempo, la capa fibrosa porosa con el módulo de Young ajustado mantiene las propiedades de absorción.

Con la presente invención, la capa superior absorbente en forma de capa fibrosa porosa con el módulo de Young de acuerdo con la invención incrementa la cantidad de material que participa activamente en el efecto de masa-resorte.

Mediante el uso de la ABA de acuerdo con la invención, ahora es posible afinar o ajusfar un accesorio para cualquier aplicación de vehículo particular, especialmente en sistemas de revestimiento para tableros o pisos interiores. El ajuste puede obtenerse en términos de rendimiento, por ejemplo, mejor aislamiento en el mismo peso total o el peso, por ejemplo, peso inferior, en el mismo rendimiento de aislamiento global.

La frecuencia de resonancia del sistema de masa-resorte, como se describe en la introducción y la frecuencia de radiación de la capa de masa formada por la capa fibrosa porosa superior y la capa de barrera como se describe en la invención dan como resultado en diferentes efectos e independientes sobre la curva de IL. Ambos aparecen en la curva de IL de una capa múltiple de acuerdo con la invención y producen un efecto negativo en el rendimiento de aislamiento, provocando la presencia de una depresión en la curva de IL. Sin embargo, dos depresiones se observan normalmente en dos secciones separadas de la curva IL. Para los tipos considerados de capas múltiples, la frecuencia de resonancia del resorte-masa, también conocida como la frecuencia de resonancia se observa normalmente en el rango de 200 a 500 (Hz) , mientras que la frecuencia de radiación de la capa de masa, aqui descrita como frecuencia de radiación, se encuentra en el rango por encima de aproximadamente 800 (Hz) . Para mayor claridad, se opta por utilizar dos términos diferentes (frecuencia de "resonancia" y de "radiación") para distinguir entre las dos frecuencias diferentes .

Aunque es posible hacer que los accesorios tengan una configuración de tipo ABA en toda su superficie, también es posible tener accesorios con diferentes áreas dedicadas a funciones acústicas diferentes (por ejemplo, solamente absorción, solamente aislación) o incluso áreas combinadas.

De acuerdo con la invención, un accesorio preferible se basa en la idea que se necesitan áreas aislantes como absorbentes para afinar-aj ustar la atenuación sonora en un automóvil. Mediante el uso de la misma capa fibrosa porosa a lo largo de toda el área del accesorio tanto en el área de aislación como en el área de absorción es posible integrar ambas funciones en un accesorio, preferentemente en áreas separadas. El experto sabe por experiencia qué áreas necesitan qué tipo de función acústica, el experto ahora es capaz de suministrar las piezas usando este conocimiento y al mismo tiempo usando el menor número de materiales dentro de una pieza y tiene la capacidad de diseñar la pieza de acuerdo a las necesidades. Un accesorio de acuerdo con la invención tiene al menos un área absorción y un área de aislación, sin embargo, el número real de áreas por cada función acústica (aislación o absorción) y/o el tamaño de las áreas puede diferir dependiendo de la pieza y la ubicación donde se usa la pieza y por último pero no menos importante de acuerdo con los requerimientos reales .

Un área de absorción se define como un área del accesorio que se comporta principalmente como un absorbente.

Un área de aislación se define como un área en la guarnición que se comporta al menos como un buen aislador.

Capa fibrosa porosa Se conoce el uso de materiales fibrosos porosos, como fieltros o géneros no tejidos, para la construcción de piezas absorbentes acústicas, en particular, en el caso del absorbedor superior de un sistema de ABA. La absorción acústica es mejor cuanto más espesor tenga la capa fibrosa. Sin embargo, el efecto negativo de la capa superior absorbente en el rendimiento general de aislamiento no se conoce en la técnica, particularmente, no se sabe cómo afinar las características de la capa fibrosa porosa para evitar este efecto negativo sobre el aislamiento y explotar plenamente la masa de la capa fibrosa porosa para propósitos de aislamiento de sonido.

Sorprendentemente, se encontró que el módulo de Young dinámico de la capa fibrosa porosa se relaciona con la frecuencia de radiación de la capa de masa formada por la capa fibrosa porosa junto con la capa de barrera como sigue: (Ecuación 1) donde E es el módulo del material que constituye la capa fibrosa porosa, v siendo la frecuencia de radiación (Hz) , AWb siendo el peso de área (kg/m2) de la capa de barrera impermeable, AWp siendo el peso de área (kg/m2) de la capa fibrosa porosa y tp el espesor (m) de la capa porosa fibrosa. De acuerdo con esta relación, un valor apropiado del módulo de Young dinámico del material fibroso poroso permite el diseño de una guarnición con la frecuencia de radiación fuera del rango de frecuencia de interés y por lo tanto una pérdida de inserción sin perturbación en el rango de frecuencia de interés. En particular, si el módulo de Young dinámico de la capa fibrosa porosa es mayor que el valor mínimo definido como con vo = 3000 Hz, entonces la frecuencia de radiación del sistema de masa-resorte aparecerá por encima del rango de frecuencia de interés para la aplicación de las guarniciones en vehículos, particularmente en el compartimiento del pasajero.

El rango de frecuencia de interés para aislamiento en un vehículo, especialmente cuando se requiere un cierto peso de un sistema de masa-resorte, en la mayoría de los casos es de hasta 3000 (Hz) , sin embargo, también puede ser hasta 4000 (Hz) o incluso hasta 5000 (Hz) dependiendo de la aplicación real y los requisitos de nivel de ruido. Por ejemplo, cuando la necesidad de aislamiento se encuentra en el rango de frecuencia de hasta 3000 (Hz) , v0 tiene que ser igual a 3000 (Hz) y, como consecuencia, el módulo de Young dinámico debe ser al menos con el peso de área AWb (g/m2) de la capa de masa impermeable, A P peso de área (g/m2) de la capa de masa impermeable, peso de área AWP (g/m2) de la capa fibrosa porosa y tp espesor (mm) de la capa fibrosa porosa Esto proporciona un coeficiente dinámico de Young elevado en el cual el material fibroso ya no puede comprimirse fácilmente.

Un accesorio de acuerdo con la invención contiene una capa de desacoplamiento, y una capa de masa compuesta de • una capa fibrosa porosa con al menos un coeficiente dinámico de Young de Y> • una capa de barrera impermeable con un Peso de Área AWb (g/m2) de al menos 400 (g/m ) .

Cuando todas las capas se laminan juntas para formar una pieza, entonces esta guarnición tendrá un equivalente de IL al de un sistema acústico de masa-resorte con una tasa de crecimiento de aproximadamente 12dB/Octavo y de acuerdo con la masa del peso de área combinado de la capa de barrera y la capa fibrosa porosa.

Sin embargo, la capa fibrosa porosa agrega la función de absorción, la cual fue la razón original de introducir sistema de ABA y que no se encuentra disponible en los sistemas clásicos de masa-resorte con una capa de masa compuesta de materiales impermeables solamente. Gracias al ajuste del modulo de Young dinámico de la capa fibrosa porosa, la frecuencia de radiación de la capa fibrosa porosa junto con la capa de barrera caerá por encima del rango de frecuencia de interés y ya no perturbará el rendimiento de aislamiento general del sistema.

En comparación con los sistemas de ABA que se encuentran en el estado de la técnica, la presente invención difiere en el hecho de que la capa superior, o capa fibrosa porosa, además de la función de absorción, participa activamente en la función de aislamiento del sistema. Esto es posible solamente de acuerdo con una elección adecuada de las características de material y diseño del material de la capa fibrosa porosa, como se muestra por la ecuación (1) y como se describe en los ejemplos.

La capa fibrosa porosa puede ser cualquier tipo de fieltro. Puede formarse a partir de cualquiera de los materiales fibrosos termoformables, incluyendo aquellos derivados de fibras naturales y/o sintéticas. De preferencia, el fieltro se forma de un material fibroso reciclado similar a algodón de mala calidad u otras fibras recicladas, como el poliéster .

Normalmente, se produce un material fibroso en plantillas, es decir, un buen semi-acabado en cual las fibras se ensamblan juntas. Una plantilla es una aproximación razonable homogénea. Una plantilla se compone por una hoja de material que tiene un espesor inicial y se caracteriza por su peso de área, debido a que las fibras se distribuyen uniformemente en el área. Cuando se forma una plantilla, por ejemplo, por compresión, asume una forma final. Finalmente, s una capa con un cierto espesor se obtiene. El peso de área, es decir, el peso del material en el área unitaria, se mantiene después del proceso de formación. A partir de la misma plantilla, pueden obtenerse varios espesores finales, dependiendo del nivel de compresión.

El modulo de Young dinámico de un material fibroso depende de varios parámetros. En primer lugar, las características del material mismo, es decir, la composición del material, el tipo y cantidad de fibras, el tipo y cantidad de aglutinantes, etc. Además, para la misma preparación de fibras, depende de la densidad del material, la cual se enlaza con el espesor de la capa. Por lo tanto, para una cierta composición de fieltro, el coeficiente dinámico de Young puede medirse en los diferentes espesores y por consiguiente asumirá diferentes valores, normalmente incrementando cuando el espesor se disminuye (para la misma plantilla inicial) .

El material fibroso de fieltro comprende de preferencia un material aglutinante, tal como fibras aglutinantes o en material resinoso, por ejemplo polímeros termoplásticos o termoendurecibles . Al menos 30% de resina de epóxica o al menos 25% de fibras de aglutinantes de bicomponente se prefieren. Otras fibras o materiales aglutinantes que logran la capa fibrosa porosa de acuerdo con la invención son posibles y no se excluyen. El material de capa fibrosa porosa puede obtenerse a través de un proceso de punzonado, o cualquier otro proceso que incremente la rigidez por compresión dinámica del material.

De preferencia, el peso de área de la capa fibrosa porosa se encuentra entre 500 y 2000 (g/m2) , de mayor preferencia entre 800 y 1600 (g/m2) .

Una restricción adicional normalmente también se encuentra en el espacio disponible en el automóvil donde el accesorio acústico puede ponerse. Esta restricción normalmente se proporciona por el fabricante de autos y también se encuentra en el rango de máximo 20 a 25 (mm) . Todas las capas del accesorio deben compartir este espacio. Por lo tanto, el espesor de la capa fibrosa porosa de preferencia se encuentra entre 1 y 10 (mm) y de mayor preferencia entre 1 y 6 (mm) . Esto deja suficiente espacio para la capa de desacoplamiento. En particular, la capa de desacoplamiento puede variar en espesor para seguir la forma tridimensional de la pieza que tiene que coincidir con "el espacio disponible en el automóvil.

En el estado de la técnica, existen áreas altamente comprimidas alrededor de los orificios del accesorio, que se necesitan para el paso de cables o accesorios de montaje. Estas últimas áreas normalmente no se dedican a aislamiento acústico ya que la debilidad acústica de los orificios compromete cualquier característica aislante en su periferia cercana.

Capa de barrera La capa de masa entre la capa fibrosa porosa y la capa de desacoplamiento debe ser impermeable (impermeable al aire) para que funcione como barrera de sonido ideal. Sólo si la capa de barrera es impermeable al aire, la capa fibrosa porosa con el modulo de Young dinámico ajustado funcionará junto con la capa de barrera, como una capa de masa para un sistema de resorte-masa. Aunque se proporciona una capa pesada en los ejemplos, pueden utilizarse materiales de barrera de masa no permeables alternativos.

Si una capa pesada se utiliza como capa de barrera impermeable, de preferencia tiene un espesor entre 0.2 y 5 (mm) , de mayor preferencia entre 0.8 y 3 (mm) . El peso de área de la capa de masa impermeable es al menos 0.4 (kg/m2), de preferencia entre 0.5 y 2 (kg/m2) . Sin embargo, la elección del peso de la capa de barrera impermeable se enlaza al diseño de la capa de masa formada por la capa fibrosa porosa y la capa de barrera juntas.

La capa de barrera impermeable puede formarse de materiales cargados altamente densos que pueden incluir un plástico termoendurecible que incluye copolímero de etilenvinilacetato (EVA) , polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad, polietileno de baja densidad lineal, polipropileno, elastómero/caucho termoplástico, cloruro de polivinilo (PVC) o cualquier combinación de lo anterior.

La elección del material de barrera depende de la capa fibrosa porosa y de la capa de desacoplamiento y debe ser capaz de formar un laminado que enlace todas las capas juntas. También pueden utilizarse materiales que se rocían o adhieren. Sin embargo, después del enlace y/o formación del accesorio, la barrera de masa debe ser impermeable al aire en el producto final.

Si se necesita una capa adhesiva en forma de una película, de polvo o aspersión líquida, como se conoce en la técnica, puede utilizarse para laminar la capa de barrera con la capa fibrosa porosa o con la capa de desacoplamiento. Áreas combinadas en la guarnición Normalmente, para reducir el nivel de presión de sonido en el compartimiento de los pasajeros, un vehículo requiere un buen equilibrio de aislamiento y absorción proporcionados por los accesorios acústicos. Las diferentes piezas pueden tener diferentes funciones (por ejemplo, el aislamiento puede proporcionarse en el interior del tablero, la absorción puede proporcionarse en la alfombra) . Existe una tendencia actual, sin embargo de lograr una subdivisión más refinada de las funciones acústicas en las áreas individuales, para optimizar el rendimiento acústico global. Como ejemplo, el interior de un tablero puede dividirse en dos partes, una que proporciona alta absorción y otra que proporciona alto aislamiento. Generalmente, la parte inferior del tablero es más adecuada para aislamiento, debido a que el ruido que proviene del motor y las ruedas frontales a través de esta área inferior es más relevante, mientras la parte superior del tablero es más adecuada para absorción, debido a que cierto de aislamiento ya se proporciona por otros elementos del automóvil, por ejemplo, el panel de instrumentos. Además, la parte posterior del panel de instrumentos reflejará las ondas de sonido que pasan a través de la parte del tablero superior oculta detrás del panel de instrumentos mismo. Estas ondas de sonido reflejadas podrían eliminarse efectivamente utilizando material absorbente. Consideraciones similares pueden aplicarse a otras partes acústicas del automóvil. Por ejemplo, el piso: el aislamiento predominantemente es del uso en las áreas para reposar los pies en el área de embudo, mientras la absorción predominantemente del uso por debajo del asiento frontal y en los paneles de piso posteriores .

Los diferentes requisitos locales pueden cubrirse una guarnición de aislamiento de sonido dividida en áreas con al menos un área con características absorbentes de sonido predominantemente (área absorbente) , por lo cual el área absorbente comprende al menos una capa fibrosa porosa, y al menos otra área con características acústicas de masa-resorte (área aislante) , por lo cual el área aislante consiste en al menos una capa de masa y una capa de desacoplamiento. De acuerdo con la invención, la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa con el modulo de Young dinámico ajustado para tener la frecuencia de radiación fuera de la frecuencia de interés, al menos por encima de 3000 (Hz) y una capa de barrera con al menos 400 (g/m2) . Para el área absorbente, la misma capa fibrosa porosa puede utilizarse. Por lo tanto, la capa fibrosa porosa se comparte entre el área absorbente y el área aislante con una primera porción en el área aislante teniendo un modulo de Young dinámico ajustado de tal manera que tenga una frecuencia de radiación de al menos por encima de 3000 (Hz) y una porción en el área absorbente optimizada para absorción máxima. En general, el espesor de la capa fibrosa porosa es mayor en el área absorbente que en el área aislante.

La resistencia al flujo de aire (AFR) de la capa fibrosa porosa en el área absorbente de preferencia se encuentra entre 300 y 3000 (Nsm~3) , de preferencia entre 400 y 1500 (Nsm~3) . Una mayor AFR es mejor para absorción. Sin embargo, disminuye con el espesor en incremento, por lo tanto la AFR de preferencia se encuentra entre 400 y 1500 (Nsm-3) para un espesor de entre 8 y 12 (mm) .

Agregar capas absorbentes adicionales y/o capas difusoras además puede mejorar la absorción; ya sea localmente en las áreas absorbentes o como capa adicional básicamente en todos los accesorios. Las capas adicionales pueden tener la forma de material de fieltro similar o igual al utilizado para la capa fibrosa porosa y/o las capas difusoras adicionales.

Cerca de las áreas absorbentes y las áreas aislantes también existirán áreas intermedias, que forman las áreas entre un área aislante y un área absorbente o alrededor del borde de la pieza. Estas áreas son menos fáciles de identificar como área absorbente o área aislante principalmente debido a las condiciones de proceso que crean un tipo de zonas intermedias con espesor cambiante, incrementando en la dirección de la zona absorbente y por lo tanto comportándose entre un buen absorbedor y un aislador no tal malo.

Otro tipo de áreas intermedias puede existir localmente para seguir la forma tridimensional de la pieza que tiene que coincidir con el espacio disponible en el automóvil. En el estado de la técnica, áreas altamente comprimidas existen alrededor de los orificios en la guarnición que se necesitan para el paso de cables o accesorios de montaje. Estas últimas áreas normalmente no se dedican a aislamiento acústico ya que la debilidad acústica de los orificios compromete cualquier característica aislante en su periferia cercana.

Capa de desacoplamiento Como capa de desacoplamiento, el material estándar utilizado para la capa de resorte en un sistema acústico de masa-resorte clásico puede utilizarse en la guarnición de acuerdo con la invención siguiendo los mismos principios. La capa puede formarse a partir de cualquier tipo dé espuma termoplástica y termoendurecible, cerrada o abierta, por ejemplo, espuma de poliuretano. También puede formarse a partir de materiales fibrosos, por ejemplo, materiales fibrosos termoformables , que incluyen aquellos derivados de fibras naturales y/o sintéticas. La capa de desacoplamiento de preferencia tiene una rigidez por compresión baja de menos de 100 (kPa). De preferencia, la capa de desacoplamiento también es porosa o tiene poro abierto para mejorar el efecto de resorte. En principio, la capa de desacoplamiento debe conectarse a la capa de barrera sobre toda la superficie de la pieza para tener el efecto más optimizado, sin embargo, debido a la técnica de producción muy localmente éste puede no ser el caso. Ya que la pieza debe funcionar en general como un sistema acústico de masa-resorte, pequeñas áreas locales donde las capas no se acoplan impartirán el efecto de atenuación general.

El espesor de la capa de desacoplamiento puede optimizarse, sin embargo, depende en su mayoría de las restricciones de espacio en el automóvil. De preferencia, el espesor puede variarse sobre el área de la pieza para seguir el espacio disponible en el automóvil. Normalmente, el espesor se encuentra entre 1 y 100, en la mayoría de las áreas entre 5 y 20 (mm) .

Capas adicionales Una capa difusora adicional puede colocarse en la parte superior de la capa fibrosa porosa para mejorar la absorción acústica y/o para proteger las capas subyacentes, por ejemplo contra agua, etc. Un material absorbente adicional puede ponerse en la parte superior de la capa fibrosa porosa, al menos parcialmente para mejorar adicionalmente las propiedades de absorción. El peso de área de la capa adicional de preferencia se encuentra entre 500 y 2000 (g/m2) .

La capa absorbente puede formarse a partir de cualquier tipo de espuma termoplástica y termoendurecible, por ejemplo, espuma de poliuretano. Sin embargo, para el propósito de absorber el ruido, la espuma debe tener poros abiertos y/o poros para permitir la entrada de ondas de sonido de acuerdo con los principios de la absorción de sonido, como se conoce en la técnica. La capa absorbente también puede formarse de materiales fibrosos, por ejemplo, materiales fibrosos termoformables , que incluyen aquellos derivados de fibras naturales y/o sintéticas. Puede formarse del tipo de masa de material que la capa porosa fibrosa, aunque de preferencia tiene que ser delgada para evitar interferencia en las propiedades de aislamiento. La resistencia al flujo de aire (AFR) de la capa absorbente de preferencia es por lo menos 200 (Nsnf3) , de preferencia entre 500 y 2500 (Nsm-3) . También los sistemas absorbentes con más de una capa absorbente pueden colocarse en la parte superior de la capa fibrosa porosa.

También una capa difusora adicional puede colocarse en la parte superior del material absorbente o la capa fibrosa porosa para mejorar aún más la absorción acústica y/o para proteger las capas subyacentes, por ejemplo contra agua, etc. Una capa difusora es un género no tejido delgado con un espesor entre 0.1 y alrededor de 1 (mm) , de preferencia entre 0.25 y 0.5 (mm) . De preferencia también una resistencia al flujo de aire (AFR) de entre 500 y 3000 (Nsirf3) , de mayor preferencia de entre 1000 y 1500 (Nsrrf3) . Por lo cual la capa difusora y la capa absorbente subyacente de preferencia difieren en AFR, para obtener una absorción incrementada. De preferencia, la AFR de la capa difusora difiere de la AFR de la capa fibrosa porosa.

El peso de área de la capa difusora puede encontrarse entre 50 y 250 (g/m2) , de preferencia entre 80 y 150 (g/m2) .

Las capas difusoras pueden formarse de fibras continuas o engrapadas o mezclas de fibras. Las fibras pueden formarse por tecnologías de hilado por fusión o hilados por rotación. También pueden mezclarse con fibras naturales. Las capas difusoras por ejemplo se forman de .poliéster, o fibras de poliolefina o una combinación de fibras por ejemplo de poliéster y celulosa, o poliamida y polietileno, o polipropileno y polietileno.

Estas y otras características de la invención serán claras a partir de la siguiente descripción de las formas preferenciales , dadas como ejemplos no restrictivos con referencia a los dibujos anexos.

Método de producción El accesorio de acuerdo con la invención puede producirse con métodos de moldeo en frío y/o en caliente comúnmente conocidos en la técnica. Por ejemplo, la capa fibrosa porosa con o sin la capa de barrera puede formarse para obtener un material con las propiedades del modulo de Young dinámico ajustadas de acuerdo con la invención y al mismo tiempo para formar la pieza en una configuración dimensional necesaria y en una etapa, la capa de desacoplamiento puede moldearse por inyección, o una capa de espuma o de fibra puede agregarse a la parte posterior de la capa de barrera.

Definición de la rigidez y medición mecánica y por compresión La rigidez mecánica se enlaza a la reacción que un material ofrece a una excitación por tensión externa. La rigidez por compresión se relaciona con una excitación por compresión y la rigidez por flexión se relaciona con una excitación por flexión. La rigidez por flexión se refiere al momento de flexión aplicado a la deflexión resultante. Por otro lado, la rigidez por compresión o normal se relaciona con la fuerza normal aplicada a la tensión resultante. Para una placa homogénea formada con un material isotrópico, es el producto del coeficiente elástico E del material y la superficie A de la placa .

Para una placa formada con un material isotrópico, la rigidez por compresión y flexión se relacionan directamente con el modulo de Young dinámico del material y es posible calcular una a partir de la otra. Sin embargo, si el material no es isotrópico, como es el caso para la mayoría de los fieltros, las relaciones recién explicadas ya no aplican, debido a que la rigidez por flexión se enlaza principalmente al modulo de Young dinámico del material en el plano, mientras la rigidez por compresión se enlaza principalmente al modulo de Young dinámico fuera de plano. Por lo tanto, ya no es posible calcular una a partir de la otra. Además, tanto la rigidez por compresión como la rigidez por flexión pueden medirse en condiciones estáticas o dinámicas y en principio son diferentes en condiciones estáticas y dinámicas.

La radiación de una capa de material se origina a partir de las vibraciones de la capa ortogonal a su plano y se enlaza principalmente a la rigidez por compresión dinámica del material. El modulo de Young dinámico de un material poroso se midió con el dispositivo ,Elwis-S" comercialmente disponible (Rieter Automotive AG) , en el cual la muestra se excita por una tensión por compresión. La medición utilizando Elwis-S se describe por ejemplo BERTOLINI , et al., función de Transferencia basada en el método para identificar frecuencia dependiente del modulo de Young dinámico , relación de Poisson y factor de pérdida de amortiguamiento de materiales poro-elásticos. Symposium on acoustics of poro-elastic materials (SAPEM) , Bradford, Dic. 2008.

Ya que estos tipos de mediciones no se utilizan generalmente aún para materiales porosos, no existe ninguna norma oficial NEN o ISO. Sin embargo, otros sistemas de medición similares se conocen y utilizan, basándose en principios físicos similares, como se describe en detalle en: LANGLOIS, et al., relaciones Polinomiales para caracterización mecánica cuasi-estática de materiales poroelásticos isotrópicos J. Acoustical Soc. Am . 2001, vol. 10, no. 6, p. 3032-3040.

Una correlación directa de un modulo de Young dinámico medido con un método estático y un modulo de Young dinámico medido con un método dinámico, no es sencillo y en la mayoría de los casos sin sentido, debido a que el modulo de Young dinámico se mide en el dominio de frecuencia sobre un rango de frecuencia predefinido (por ejemplo, 300-600 Hz) y el valor estático del coeficiente de Young corresponde con un caso límite de 0 (Hz), el cual no se puede obtener directamente de mediciones dinámicas.

Para la presente invención, la rigidez por compresión es importante y no la rigidez mecánica estática normalmente utilizada en el estado de la técnica.

Otras mediciones La resistencia al flujo de aire se midió de acuerdo con ISO9053.

El peso de área y el espesor se midieron utilizando métodos estándar conocidos en la técnica.

La pérdida de transmisión (Ti) de una estructura es una medida de su aislamiento de sonido. Se define como la relación, expresada en decibeles, de la potencia acústica incidente en la estructura y la potencia acústica transmitida por la estructura al lado de recepción. En el caso de una estructura automotriz equipada con una pieza acústica, la pérdida de transmisión no sólo es debido a la presencia de la pieza, sino también a la estructura de acero en la cual se monta la pieza. Puesto que es importante evaluar las capacidades de aislamiento de sonido de una pieza acústica automotriz independientemente de la estructura de acero en la cual se monta, la pérdida de inserción se introduce. La pérdida de inserción de una pieza acústica montada en una estructura se define como la diferencia entre la pérdida de transmisión de la estructura equipada con la pieza acústica y la pérdida de transmisión de la estructura sola: Aparte = ^parte+acero acero (^) La pérdida de inserción y el coeficiente de absorción se simularon utilizando SISAB, un software de simulación numérica para el cálculo del rendimiento acústico de las piezas acústicas, basándose en el método de matriz de transferencia. El método de matriz de transferencia es un método para simular la propagación del sonido en medios estratificados y se describe por ejemplo en BROUARD B. et al. Un método general para modelar la propagación de sonido en medios estratificados. Journal of Sound and Vibration, 1995, vol . 193, no. 1, p. 129-142 Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es un Ejemplo de una guarnición de tablero interior con regiones de aislamiento de sonido y regiones absorbentes de sonido.

Las Figuras 2a, 2b, 3, 4 y 5 son Diagramas Esquemáticos del material de una guarnición de acuerdo con la invención .

La Figura 6 es una Gráfica con curvas de pérdida de inserción de la Muestra A-D.

La Figura 7 es una Gráfica con curvas de absorción de la Muestra A-D.

La Figura 8 es una Gráfica del modulo dinámico de Young con respecto al peso de área y el espesor de la capa fibrosa porosa.

Ej emplos La Figura 1 muestra un ejemplo de una pieza de tablero interior con dos áreas separadas que tienen diferentes funciones acústicas, con el objetivo de obtener un compromiso optimizado de aislamiento y absorción. Generalmente, la parte inferior de una pieza de tablero interior es más adecuada para aislamiento (I), debido a que las trayectorias de ruido que provienen del motor y las ruedas frontales a través de esta área inferior son más relevantes, mientras la parte superior del tablero (II) es más adecuada para absorción, debido a que cierto aislamiento proporcionado ya por otros elementos del automóvil, por ejemplo el panel de instrumentos. Entre estas áreas, en áreas donde el espacio de embalaje es mínimo o en áreas de forma tridimensional pesadas, normalmente no es posible identificar las características acústicas reales por ejemplo debido al deterioro de la capa de desacoplamiento o compresión de una capa delgada que debe funcionar como capa absorbente .

Para lograr una mejor atenuación de sonido general para una guarnición de tablero interior, toda la pieza puede construirse con diferentes áreas distintivas: 1. El área aislante (I) puede formarse al combinar una capa de barrera impermeable y una primera porción de una capa fibrosa porosa con modulo dinámico de Young ajustado y una capa de desacoplamiento para formar el sistema de ABA alternativo de acuerdo con la invención con la explotación de la masa total de dos capas superiores que funcionan juntas como una sola capa de masa para el sistema de masa-resorte, y la capa fibrosa porosa que agrega propiedades de absorción, asi como evita la reflexión directa del sonido, y 2. el área absorbente (II) pude formarse por la porción de la capa fibrosa porosa no ajustada para aislamiento De esta manera, el área I de la guarnición interior mostrada contiene el sistema de ABA alternativo de acuerdo con la invención. El área II puede contener la capa fibrosa porosa que funciona como un absorbedor estándar conocido en la técnica.

Las Figuras 2a y 2b muestran una sección transversal esquemática de la guarnición de acuerdo con la invención. Con una capa de masa figura 2a que consiste de la combinación de la capa 2 de barrera y la capa 1 fibrosa porosa de acuerdo con la invención y con una capa figura 2b de resorte que consiste de una capa 3 de desacoplamiento. Juntas forman un sistema de ABA acústico. Puede esperarse que las características de aislamiento de sonido provengan de la masa combinada de la capa de barrera y la capa fibrosa porosa. Además, la capa 1 fibrosa porosa mantendrá las propiedades de absorción. De preferencia, una capa 5 difusora adicional puede colocarse en la parte superior de la capa 1 fibrosa porosa para mejorar el efecto de absorción de sonido aún más.

La Figura 3 muestra una sección transversal esquemática de una capa múltiple de acuerdo con la invención. La capa múltiple de acuerdo con la invención contiene al menos un área con características de aislamiento de sonido (I), después de esto denominada área aislante, y un área con características absorbentes de sonido (II) , después denominada área absorbente. La ubicación de las áreas en la pieza depende del área del vehículo donde se utilice la pieza y de los niveles de ruido esperados y las características de frecuencia en esa área específica. (Véase como ejemplo, el tablero interior previo descrito) .

El área de aislante (I) y el área absorbente (II) tienen al menos la misma capa fibrosa porosa (1), por lo que la porción de la capa fibrosa porosa en el área aislante se comprime para formar una capa rígida (1), de manera que el modulo dinámico de Young del material que constituye esta capa fibrosa porosa se ajusta para tener la frecuencia de radiación por encima de al menos 3000 (Hz) . El valor mínimo del coeficiente de Young del material que constituye la capa fibrosa porosa necesaria para tal comportamiento se proporciona por la fórmula Cuando se cumple esta condición, la capa combinada formada por la capa fibrosa porosa y la capa de barrera actuará como una masa rígida y garantizará el rendimiento de aislamiento óptimo, de acuerdo con la presente invención.

La característica de aislamiento se forma con una capa de masa A que consiste de la capa 2 de barrera y la capa 1 fibrosa porosa, de acuerdo con la invención, y con una capa B de resorte que consiste de una capa de desacoplamiento (3), juntas forman un sistema de masa-resorte acústico. En el área I, una característica de aislamiento de sonido predominante puede esperarse por consiguiente'.

En el área II, la capa 1 fibrosa porosa no tiene el coeficiente de Young de acuerdo con la ecuación 1, pero permite las características absorbentes de sonido en esta área. De preferencia, una capa difusora adicional (4) puede colocarse en la parte superior de la capa absorbente para mejorar el efecto de absorción de sonido aún más.

La Figura 4 muestra una capa múltiple alternativa de acuerdo con la invención, basándose en los mismos principios como en la Figura 3 (véase ahí para referencia) . La diferencia es que el área bajo la compactación se utiliza para la adición de la capa de barrera y la capa de desacoplamiento, produciendo una pieza más uniforme. En la praxis, la pieza será más una cruza entre la Figura 3 y la Figura 4, particularmente en forma de guarniciones automotrices normalmente de una forma 3D y esto tendrá influencia sobre el diseño final de la estratificación también. También entre el área aislante y el área absorbente no existirán limites claros, más bien áreas intermedias.

La Figura 5 muestra una estratificación alternativa de acuerdo con la invención donde la barrera y el desacoplador se encuentran disponibles sobre toda la superficie de la pieza, incluyendo el área absorbente. Esto puede tener ventajas a partir del punto de vista del proceso, que reduce la cantidad de etapas de producción y/o la mano de obra implicadas en utilizar parches en lugar de capas que cubran todo a través de la pieza.

La pérdida de inserción y la absorción de sonido de diferentes construcciones de capa múltiples de atenuación de ruido del estado de la técnica se midieron o simularon utilizando parámetros de materiales medidos y se compararon con la pérdida de inserción y la absorción de sonido de una capa múltiple de atenuación de ruido de acuerdo con la invención. Para tener una comparación directa, para todas las muestras el mismo desacoplador de espuma con una densidad de 56 (kg/m3) y un espesor de 14 (mm) se utilizó.

La muestra comparativa A es un sistema de masa-resorte clásico con la capa de masa formada por un material de capa pesada de EPDM de 3 (kg/m2) y espuma inyectada como la capa de desacoplamiento. El peso de área total de la muestra A fue de 3840 (g/m2) .

La muestra comparativa B es un sistema de ABA de acuerdo con el estado de la técnica con la capa de masa formada por un material de capa pesada de EPDM de 3 (kg/m2) y espuma inyectada como la capa de desacoplamiento. En la parte superior, se utilizó una capa de fieltro de algodón adicional con 30% de fibras de aglutinante bicomponente . El peso de área de la capa de fieltro es de 1000 (g/m2) y el espesor de 9.8 (mm) . Por lo tanto, el peso de área total de la combinación de la capa de fieltro superior y la capa de barrera puede ser de (kg/m2) . El peso de área total de la muestra A fuer 4960 (g/m2) .

La muestra comparativa C también es un sistema de ABA de acuerdo con el estado de la técnica, con 400 (g/m2) de un vellón delgado con un espesor de 11 (mm) adherido en la parte superior del mismo sistema de masa-resorte como se utiliza en las muestras comparativas previas. El peso de área total de la combinación de la capa de fieltro superior y la capa de barrera juntas es de 3.4 (kg/m2).

La Figura 6 muestra las curvas de pérdida de inserción (IL) de las muestras comparativas A, B y C y la muestra D. La pérdida de inserción simulada mostrada es la pérdida de transmisión del sistema constituido por la capa múltiple y la placa de acero en la cual se aplica menos la pérdida de transmisión de la placa de acero misma.

La Figura 6 muestra las curvas de IL de todos los sistemas del estado de la técnica. La muestra A es el sistema de masa-resorte clásico con una tasa de crecimiento de 12dB/Octava como se espera y se utiliza aquí como referencia. La muestra B tiene un peso total para ambas capas superiores de 4 (kg/m2) y puede esperarse que muestre una pérdida de inserción por encima de la muestra de referencia A. Sin embargo, esto sólo es verdadero para el rango de baja frecuencia por menos de 630 (Hz) . Por encima de 630 (Hz) la pérdida de inserción general se deteriora a un rendimiento incluso bajo la pérdida de inserción esperada para una capa de masa 3 (kg/m2). El peso adicional utilizado para la capa absorbente superior no contribuye al rendimiento de aislamiento general en absoluto, e incluso afecta negativamente la pérdida de inserción del sistema de masa-resorte subyacente.

El modulo dinámico de Young del fieltro de la muestra B en 10 (mm) se midió y es de 108000 (Pa) . De acuerdo con la ecuación (1), la capa pesada y la capa porosa de fieltro juntas tendrán una frecuencia de radiación alrededor de 980 (Hz) . De hecho, una depresión DI se observa en la figura 6 para la curva B. La depresión DI se encuentra en la curva entre 800 y 1000 (Hz) para un cálculo en las bandas de tercios de octava. La frecuencia de radiación se encuentra en este caso claramente dentro del rango de frecuencia del interés primario para la atenuación de ruido en vehículos.

También en la Muestra comparativa C, puede esperarse que la adición de la capa de vellón en la parte superior de la capa pesada, pueda conducir a cierto incremento de la curva de IL. No obstante, la curva de IL de la muestra C es prácticamente igual a la del sistema de masa-resorte subyacente (es decir, muestra A) . También para esta muestra, el incremento en peso no conduce a ningún incremento en el aislamiento acústico observado. En este caso, la capa superior de vellón no contribuye al rendimiento de aislamiento en absoluto.

La muestra D se forma de acuerdo con la invención con una capa de masa que consiste de una capa fibrosa porosa de 1500 g/m2 en la parte superior de una capa de barrera con un peso de área de 1500 (g/m2) y de una capa de desacoplamiento, el coeficiente de Young de la capa fibrosa porosa se ajusta de tal manera que la frecuencia de radiación de la capa de barrera y la capa fibrosa porosa juntas se encuentra por lo menos encima de 3000 (Hz) . La pérdida de inserción muestra la misma tasa de crecimiento de 12 dB/octava asi como el mismo nivel de pérdida de inserción de la muestra A sobre al menos una gran parte del rango de frecuencia de interés.

Ya que el peso general de la capa de masa para la muestra D es comparable con la muestra de referencia A - ambas son 3 (kg/m2) - aqui claramente se muestra que el potencial total de la capa absorbente superior puede utilizarse para el rendimiento de aislamiento general de la muestra de acuerdo con la invención.

El modulo dinámico de Young del fieltro de la muestra D en 3.5 (mm) se midió y es de 550000 (Pa). El coeficiente de Young mínimo de la capa fibrosa porosa es necesario para tener una frecuencia de radiación por encima de 3000 (Hz) para la muestra D, de acuerdo con la fórmula es de 390000 (Pa) . Puesto que el modulo de Young medido es mayor que el modulo de Young mínimo requerido, la capa fibrosa porosa junto con la capa de barrera actuará como una masa en un sistema de masa-resorte en el rango de frecuencia de interés. De acuerdo con la ecuación (1), la capa pesada y la capa porosa de fieltro juntas tendrán una frecuencia de radiación de alrededor de 3600 (Hz) . De hecho, una depresión D2 se observa en la figura 6 para la curva D. La depresión D2 se encuentra en la curva entre 3150 y 4000 (Hz) para un cálculo en las bandas de un tercio de octava. La depresión aparece en una frecuencia por encima de 3000 (Hz) y se encuentra fuera del rango de frecuencia de interés primario para la atenuación de ruido en vehículos .

La Figura 7 muestra las curvas de absorción de la misma muestra comparativa A y C así como para la muestra D. Los resultados demuestran que una capa de masa-resorte clásica -muestra A- no muestra ninguna absorción de sonido notable. Aunque el vellón flexible, a un espesor de 11 (mm) muestre una buena absorción. Sorprendentemente, la muestra D de acuerdo con la invención, que tiene un espesor de la capa fibrosa porosa de 3,5 (mm) , aún muestra una absorción de sonido promedio. Ahora se conoce que para incrementar por 1 (dB) , la atenuación de sonido general, uno necesita un incremento inferior en peso para un sistema de aislamiento y un incremento considerablemente más grande cuando se selecciona un sistema de absorción. Por lo tanto, el incremento general en la atenuación que puede lograrse al utilizar el potencial de peso total de los materiales utilizados, más que las compensaciones para la pérdida menor en propiedades de absorción.

El diseño de una capa de masa de acuerdo con la presente invención implica por lo tanto las siguientes etapas 1. Una composición de fieltro y un peso de área se seleccionan . 2. Una capa de barrera y su peso de área se seleccionan . 3. La suma de estos dos pesos de área proporcionará la masa general del sistema de masa-resorte. 4. Los dos materiales entonces se forman, en una forma tal que cada material asume la configuración de una capa y asume un cierto espesor. 5. El peso de área (AWP, g/m2) y el espesor (tp, mm) de la capa fibrosa porosa formada se miden. El peso de área (AWb, g/m2) de la capa de barrera formada se mide. 6. El modulo de Young de la capa fibrosa porosa se mide a través de Elwis-S, para una muestra formada en el espesor tp (modulo de Young medido: Emeas) . 7. El modulo de Young necesario mínimo (Emin) se 8. calcula por la formula para AWP, AWb y tp, los datos medidos en el punto 5 se toman. En este ejemplo, la frecuencia de radiación se toma para ser por lo menos por encima de 3000 (Hz) . 8. También se ha verificado que la condición Emeas>Emin se cumpla.

Si la condición se cumple, la elección del material es satisfactoria de acuerdo con la presente invención y el material fibroso puede utilizarse en el espesor determinado junto con la capa de barrera seleccionada, los dos actúan juntos como una capa de masa en un sistema de masa-resorte. De otra manera, la elección de los parámetros y en particular la elección del modulo de Young dinámico del fieltro tiene que cambiarse y reiterarse, comenzando desde uno de los puntos 1 a 4, donde los parámetros (composición del fieltro y/o peso de área del fieltro y/o espesor del fieltro y/o peso de área de la barrera de masa) deben cambiarse. Generalmente, la elección del peso de área de barrera sola no es suficiente para producir una capa de masa adecuada. Si la condición no se cumple, en la mayoría de los casos, los parámetros del fieltro tienen que seleccionarse adecuadamente, en particular el modulo dinámico de Young.

En lo siguiente, el diseño anteriormente descrito se explica adicionalmente con un ejemplo.

La Figura 8 muestra una gráfica del modulo dinámico de Young frente al espesor de la capa de masa aislante de acuerdo con la invención. En este caso, una capa de fieltro formada principalmente de algodón reciclado con 30% de resina fenólica se tomó. Este material se utilizó hasta no hace poco como desacoplador o capa absorbente, principalmente en configuraciones de capa múltiple. Aquí no se selecciona como muestra restrictiva sino más como ejemplo para demostrar cómo diseñar técnicamente el material de acuerdo con la invención.

En la figura 8, la linea LlOOOgsm muestra, como función del espesor de la capa, el modulo dinámico mínimo de Young que una capa fibrosa porosa con un peso de área de 1000 (g/m2) debe tener que estar de acuerdo con la invención. Esto se calculó con la fórmula para una frecuencia de radiación de 3000 (Hz) y un peso de Área para la capa pesada de 1500 (g/m2) y se muestra entonces en la figura 8 como línea recta. Las Líneas L1200gsm, L1400gsm y L1600gsm en la misma figura muestran datos similares para los pesos de área de la capa fibrosa porosa de 1200, 1400 y 1600 (g/m2) . El modulo dinámico de Young de una capa fibrosa porosa con un espesor determinado y uno de estos pesos de área deben encontrarse por encima de la línea que corresponde con su peso de área, para cerciorarse que la frecuencia de radiación se cambia al menos a 3000 (Hz) y de este modo fuera del rango de frecuencia de interés primario para la atenuación de ruido en vehículos .

En la figura 8, la línea AlOOOgsm muestra, como función del espesor de la capa, el modulo dinámico medido de Young de una capa de principalmente fieltro de algodón con 30% de resina fenólica que tiene un peso de área de 1000 (g/m2) . En la misma figura, las líneas A1200gsm, A1600gsm muestran datos similares para los pesos de área de 1200 (g/m2) y 1600 (g/m2) , respectivamente. Para ciertos puntos, el modulo dinámico de Young se midió y el comportamiento como se representa se extrapoló a partir de estas mediciones. Este material muestra un incremento rápido en el modulo dinámico de Young ya que muestra una frecuencia de radiación por encima de 3000 (Hz) en un peso de área de 1000 (g/m2) y un espesor de aproximadamente 7.7 (mm) . Sin embargo, debido a las restricciones de espacio, este espesor puede no preferirse en el interior de un automóvil por ejemplo para un tablero interior.

En la figura 8, la línea B1200gsm muestra, como función del espesor de la capa, el coeficiente dinámico de Young de una capa de material de fieltro de algodón principalmente con 30% de resina epóxica y un peso de área de 1200 (g/m2) . La línea bl600gsm muestra datos similares para el caso del peso de área de 1600 (g/m2) . Para ciertos puntos, el modulo dinámico de Young se midió y el comportamiento como se representa se extrapoló a partir de estas mediciones. Si uno compara estos datos con aquellos para el fieltro de resina fenólica discutido en lo anterior, claramente es visible que el material de enlace tiene un efecto sobre la rigidez por compresión del material y por lo tanto sobre el modulo dinámico de Young en un cierto peso de área y espesor.

La linea C1400gsm muestra, como función del espesor de la capa, el coeficiente dinámico de Young de una capa de principalmente material de fieltro de algodón enlazado con 15% de fibras de enlace de bicomponente y que tiene un peso de área de 1400 (g/m2) . Para ciertos puntos, el modulo dinámico de Young se midió y el comportamiento como se representa se extrapoló a partir de estas mediciones.

En un conjunto de muestras, la influencia del material aglutinante, en particular el tipo y cantidad de aglutinante se asegura en mayor detalle.

La Figura 8 muestra la influencia de material aglutinante, en particular el tipo y la cantidad de aglutinante Además, la figura 8 se explica cómo una capa fibrosa porosa se selecciona y se ajusta de acuerdo con la invención.

Por ejemplo, las curvas B1200gsm y L1200gsm se consideran. La linea L1200gsm se dibuja considerando un peso de área de la capa de barrera (A b) de 1500 (g/m2) . A un espesor de 8 (mm) , la capa fibrosa porosa tiene un modulo dinámico de Young medido de 187000 (Pa) , dado por la curva B1200gsm. El limite inferior para el modulo de Young de acuerdo con la invención, que tiene una frecuencia de radiación por encima de 3000 (Hz) , se proporciona por la linea L1200gsm y se establece a 757000 (Pa) en 8 (mm) . Por lo tanto, a 8 (mm) la capa de material de fieltro de algodón principalmente con 30% de resina epóxica y un peso de área de 1200 (g/m2) tendrá una frecuencia de radiación por debajo de 3000 (Hz) y no funcionará de acuerdo con la invención. De hecho, de acuerdo con la ecuación (1) el material en 8 (mm) tendrá una frecuencia de radiación en 1500 (Hz) . En un espesor de 5.5 (mm) , la capa fibrosa porosa tiene un mosulo dinámico medido de Young de 730000 (Pa) , dado por la curva B1200gsm. El limite inferior para el modulo de Young de acuerdo con la invención, gue tiene una frecuencia de radiación por encima de 3000 (Hz) , se proporciona por la línea L1200gsm y se establece en 520000 (Pa) en 5.5 (mm) . Por lo tanto, en 5.5 (mm) la capa de material de fieltro de algodón principalmente con 30% de resina epóxica y un peso de área de 1200 (g/m2) tendrá una frecuencia de radiación por encima de 3000 (Hz) y funcionará de acuerdo con la invención. De hecho, de acuerdo con la ecuación (1) el material en 5.5 (mm) tendrá una frecuencia de radiación en 3600 (Hz) .

En resumen, la figura 8 muestra también cómo, una vez que el peso de área de la capa de barrera se fija, elegir y ajusfar las características de la capa fibrosa porosa (tipo de material, peso de área, espesor) para tener un coeficiente de Young de acuerdo con la invención.

Cuando la capa fibrosa porosa se selecciona y su coeficiente de Young se ajusta de acuerdo con la invención, un efecto de aislamiento sorprendente se obtiene, que no se relaciona fuertemente con la AFR de la capa superior. Por otro lado, se encontró que el factor de conducción para obtener un aislamiento consistente sin ningún efecto de depresión en el rango de frecuencia de interés para el caso de aplicaciones automotrices, es el modulo de Young de la capa superior de acuerdo con la invención.

Cuando el espesor de la capa superior se cambia, tanto la AFR como el modulo de Young cambian y, en general, tanto la AFR y el coeficiente de Young incrementan cuando el espesor de la capa se disminuye. Sin embargo, el valor de cada uno de estos parámetros se relaciona con las características del material. La AFR y el coeficiente de Young, así como otros parámetros acústicos y mecánicos de un material poroso, no sólo son una función del espesor.

Como un ejemplo, la AFR de los dos materiales de fieltro comparables con el mismo espesor se comparan. Un fieltro "tendido al aire" normalmente es utilizado para aplicación automotriz con un peso de área de 1000g/m2 muestra una AFR de 3200 Nsm"3 en aproximadamente 2.5 mm. El mismo material a un espesor de 6 mm muestra una AFR de 1050 Nsm"3. En comparación con un fieltro "punzonado" normalmente utilizado para aplicaciones automotrices, que tienen aproximadamente el mismo peso de área de 1000g/m2 muestra una AFR de 220 Nsm-3 en aproximadamente 6 mm. En el mismo espesor, los dos materiales tienen diferentes AFR. Los dos fieltros principalmente difieren en la forma en que se procesan las fibras para formar una capa de material y ésta tiene un impacto sobre la AFR.

La misma consideración aplica para el modulo de Young: para cada material, el coeficiente de Young se incrementa cuando el espesor se disminuye, sin embargo, dos diferentes materiales en el mismo espesor no necesariamente tienen el mismo valor del coeficiente de Young y pueden caracterizarse por moulos de Young muy diferentes, dependiendo principalmente de su composición y de la forma en que se producen .

Sin embargo, la AFR y el modulo de Young son parámetros independientes, el primero se enlaza a las características acústicas del material y el siguiente se enlaza a las características mecánicas del material. Como ejemplo, dos materiales con la misma AFR (enlazada, por ejemplo, a una distribución similar de las fibras en los materiales) pueden tener un modulo diferente de Young (enlazado, por ejemplo a una cantidad diferente de aglutinantes en el material) y por lo tanto, un rendimiento diferente.

También como puede observarse a partir de los materiales representado, ciertos materiales no son adecuados para formar la capa de masa de acuerdo con la invención, básicamente debido a que deben comprimirse a un espesor no mayor posiblemente al que puede lograrse o a un costo de fuerzas de alta presión extremas, haciendo el proceso ya no más efectivo en costo. Sin embargo, al ajusfar la relación del material de enlace frente al material fibroso, el material aglutinante utilizado, y el peso de área y/o espesor es posible diseñar materiales adecuados para que se utilicen como una capa de masa fibrosa porosa de acuerdo con la invención.

Al ajustar la rigidez dinámica del material que constituye la capa fibrosa porosa superior junto con el peso de área de la capa de barrera, de acuerdo con la ecuación como se describe, la frecuencia de radiación de la capa de masa formada por la combinación de la capa fibrosa porosa y la capa de barrera se cambia fuera del rango primario de interés para aplicaciones automotrices y, al mismo tiempo, un efecto de masa adicional gracias a la presencia de la capa fibrosa porosa se obtiene. El incremento de la pérdida de inserción general IL depende del peso de área de la capa fibrosa porosa junto con el peso de área de la capa de barrera y puede estimarse con aproximación razonable.

El accesorio aislante de sonido de acuerdo con la invención por lo que la capa de barrera se encuentra entre la capa fibrosa porosa y la capa de desacoplamiento y todas las capas se laminan juntas, puede utilizarse en un automóvil por ejemplo como tablero interior como se describe previamente. Sin embargo, también puede utilizarse como revestimiento para pisos, eventualmente con una capa decorativa o una capa de tapete en la parte superior, por lo que la capa de tapete de preferencia es un sistema poroso por ejemplo un tapete afelpado o un tapete no tejido. También puede utilizarse en forros exteriores o interiores para llantas. Todas las aplicaciones pueden encontrarse en vehículos similares a un automóvil o un camión.

Leyenda en las figuras I. Área de aislamiento II. Área combinada de aislamiento y absorción A capa de masa que comprende al menos 1. una capa fibrosa porosa 2. una capa de barrera B Capa de resorte que comprende al menos 3. una capa de desacoplamiento Capas adicionales: 4. Capa absorbente 5. Capa difusora

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un accesorio de atenuación acústica, que comprende al menos un área aislante (I) con características de masa-resorte acústicas que comprenden al menos una capa de masa (A) y una capa de desacoplamiento adyacente a la capa de masa, caracterizada porque la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa y una capa de barrera, con la capa de barrera siendo ubicada entre la capa fibrosa porosa y la capa de desacoplamiento y todas las capas se laminan juntas, y por lo que la capa fibrosa porosa al menos en el área aislante se ajusta para tener un modulo de Young dinámico (Pa) de al menos aproximadamente , con A b siendo el peso de área (g/m2) de la capa de barrera, AWP siendo el peso de área (g/m2) de la capa fibrosa porosa, tp siendo el espesor (mm) de la capa fibrosa porosa y v (Hz) siendo la frecuencia de radiación; por lo que frecuencia de radiación v es al menos 3000 (Hz), y por lo que la capa de barrera tiene un peso de área de al menos 400 (g/m2) .

2. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque comprende al menos un área absorbente (II) con características de absorción de sonido, en donde el área absorbente comprende al menos una porción de la misma capa fibrosa porosa y por lo que el espesor de la porción de la capa fibrosa porosa en el área absorbente es mayor que el espesor de la porción de la capa fibrosa porosa en el área de aislante (I).

3. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el peso de área A P de la capa fibrosa porosa se encuentra entre 400 y 2000 (g/m2) .

4. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el espesor tp de la capa fibrosa se encuentra entre 1 y 10 (mm) en el área aislante.

5. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos parcialmente una capa absorbente adicional se coloca en la capa fibrosa porosa.

6. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque al menos parcialmente la capa absorbente se cubre con una capa difusora.

7. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el peso de área de la capa de barrera de preferencia se encuentra entre 500 y 2000 (g/m2) .

8. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la capa fibrosa porosa se cubre al menos parcialmente con una capa difusora.

9. Accesorio de atenuación acústica de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque una capa decorativa o una capa de tapete, de preferencia un tapete afelpado o un tapete no tejido, se colocan en la capa fibrosa porosa y/o las capas absorbentes adicionales.

10. Uso del accesorio de atenuación acústica como aislador o un aislador y absorbedor combinados, de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, como una guarnición automotriz similar a un tablero interior, un revestimiento para pisos o un forro para ruedas en un vehículo similar a un automóvil o camión.