Sandwichartig aufgebauter Luftschallabsorber
Die Erfindung betrifft einen sandwichartig aufgebauten Luftschallabsorber, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer luftdurchlässigen ersten Abdecklage, mindestens einer näpfchenförmige Noppen aufweisenden, luftdurchlässigen textilen Zwischenlage und einer rückseitigen Abdecklage, wobei die Noppen einen Hohlraum bilden und die erste Abdecklage aus einem Vliesstoff oder einer perforierten Metallfolie gebildet ist.
Zur Erhöhung des Fahrkomforts werden im Automobilbau Luftschall absorbierende Bauteile verwendet. Diese Bauteile sollen bei hoher akustischer Wirksamkeit möglichst leicht sein, um das Fahrzeuggewicht und den davon abhängigen Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Darüber hinaus wird häufig gefordert, dass derartige Bauteile eine für eine einfache und schnelle Montage ausreichende Steifigkeit besitzen bzw. selbsttragend ausgebildet sind.
Aus der GB-A-642 722 ist eine schallisolierende Verbundplatte bekannt, die eine oder mehrere filzartige Zwischenlagen aufweist, in denen jeweils eine Vielzahl näpfchenförmiger Noppen ausgeprägt ist. Die filzartigen Zwischenlagen bestehen aus Asbestfasern, geschnittenen Glasfasern oder Schlackenwolle oder einem Gemisch aus zwei oder allen diesen Fasern mit oder ohne die Zugabe von Mineralwolle und einem heißfesten Bindemittel. Die
filzartige Zwischenlage wird mit dem zunächst als Lösung vorliegenden Bindemittel getränkt. Als Bindemittel wird ein Alkalisilikat oder ein Siliziumester verwendet, das in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst wird. Die mit dem Bindemittel versehene filzartige Zwischenlage wird gegebenenfalls mit einem Mittel, z.B. einer Zinksulfatoder Schwefelsäure-Lösung, nachbehandelt, um die Basizi- tät sowie die Löslichkeit des Bindemittels zu verringern und die Zwischenlage weiter zu härten. Die Abdecklagen dieser Verbundplatte bestehen aus Holzplatten, Faserverbundlagen, Gewebelagen, Kunststofflagen, metallbeschichteten Sperrholzlagen, polierten Metallplatten oder Metallfolie und weisen zur Verbesserung der Schallabsorption gegebenenfalls Durchgangslöcher auf.
Die Herstellung dieser bekannten Verbundplatte ist relativ aufwendig. Zudem gelten Asbestfasern, Glasfasern, Steinwollfasern und Mineralwollfasern als karzinogen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallabsorber der eingangs genannten Art anzugeben, der bei relativ geringem Gewicht eine verbesserte akustische Wirksamkeit aufweist, selbsttragend ist sowie kostengünstig herstellbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schallabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Schallabsorber ist aus einer luftdurchlässigen ersten Abdecklage, mindestens einer näpfchenförmige Noppen aufweisenden, luftdurchlässigen textilen Zwischenlage und einer rückseitigen Abdecklage sandwichartig aufgebaut, wobei die Noppen einen Hohlraum bilden und die erste Abdecklage aus einem Vliesstoff oder
einer perforierten Metallfolie gebildet ist. Erfindungsgemäß ist die textile Zwischenlage aus thermoplastischen Kunststofffasern gebildet. Erfindungsgemäß ist zwischen der textilen Zwischenlage und der ersten Abdecklage mindestens eine luftdurchlässige, schallabsorbierende zweite Zwischenlage angeordnet, die einen Strömungswiderstand im Bereich 5 von 25 kPa s/m2 und/oder bei einem Prüfdruck von 100 Pa eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von 100 bis l.βOO l/m2s aufweist, wobei die Noppen der textilen Zwischenlage mit der zweiten Zwischenlage verbunden sind und der durch die Noppen gebildete Hohlraum über einen Umfangsabschnitt von mindestens 80% seines Gesamtumfangs durch eine partielle oder umlaufende Verpressung geschlossen ist, wobei randseitig des Luftschallabsorbers eine flexible Dichtlippe aus mindestens einer der Lagen einstückig ausgebildet ist.
Die Noppenausprägung in der textilen Zwischenlage erfordert bei dem erfindungsgemäßen Schallabsorber nicht den Einsatz eines Bindemittels bzw. härtenden Imprägniermittels. Denn die Verwendung einer textilen Zwischenlage aus thermoplastischen Fasern ermöglicht die Ausprägung der Noppen durch eine einfache Thermoverformung. Die textile Zwischenlage kann zwar bei dem erfindungsgemäßen Schallabsorber zusätzlich mit stabilisierenden Harzen, beispielsweise einer Polymer-Mischung aus Duro- und Thermoplasten imprägniert sein, jedoch dienen diese Harze primär nicht der bleibenden Ausprägung der Noppen, sondern der Einstellung der gewünschten Elastizität bzw. Steifigkeit der Zwischenlage.
Bei der textilen Zwischenlage kann es sich um ein Nadelvlies, insbesondere ein mechanisch verfestigtes
Nadelvlies, eine gewirkte oder gestrickte Maschenware oder ein Gewebe handeln.
Die thermoplastischen Fasern der textilen Zwischenlage bestehen vorzugsweise aus Polyester- und/oder Polypropylenfasern, die gegebenenfalls auch in einem Gemisch mit Naturfasern wie Baumwoll-, Flachs-, Hanf-, Jute-, Kenaf-, Kokos- und/oder Sisalfasern eingesetzt werden können. Der Anteil der thermoplastischen Kunststofffasern beträgt dabei vorzugsweise mindestens 50 %.
Die genoppte, textile Zwischenlage und die ihr vorgeschaltete luftdurchlässige zweite Zwischenlage wirken als akustische Porenabsorber. Sie verleihen dem erfindungsgemäßen Schallabsorber eine vergleichsweise hohe akustische Wirksamkeit, zu der die weitestgehend geschlossene Ausbildung des durch die Noppen gebildeten Hohlraums wesentlich beiträgt.
Die zweite Zwischenlage ist vorzugsweise aus einem offen- zelligen Schaumstoff, insbesondere PUR-Schaumstoff, einem Stapelfaservlies und/oder Volumenvlies, insbesondere einem Polyestervlies gebildet.
Die randseitig des Luftschallabsorbers aus mindestens einer seiner Lagen einstückig ausgebildete flexible Dichtlippe stellt eine hohe Schalldämmwirkung bei optimaler Anpassungsfähigkeit des Luftschallabsorbers an angrenzende Bauteile, insbesondere Karosserieteile sicher. Übliche Fertigungstoleranzen solcher Bauteile bzw. Karosserieteile können so problemlos kompensiert werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallabsorbers besteht darin, dass die Noppen der
textilen Zwischenlage weich und elastisch verformbar sind. Der Schallabsorber ist somit nachgiebig ausgebildet, so dass er einer eventuellen Schlagbeanspruchung, z.B. durch ein Werkzeug bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten, weitgehend ohne Beschädigung standhalten kann. Dieser Aspekt kann insbesondere eine Rolle spielen, wenn der erfindungsgemäße Schallabsorber als Motorraumverkleidung eingesetzt wird. Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Schallabsorbers als Fahrgastraum- verkleidungsteil, beispielsweise als Dachsäulen- oder Türverkleidung, kann die weiche, elastische Ausbildung der Noppen gegebenenfalls auch die Verletzungsgefahr von Fahrzeuginsassen bei einem Unfall verringern.
Die genoppte, textile Zwischenlage kann sich über den gesamten Schallabsorber erstrecken. Es sind jedoch auch Fälle möglich, in denen der Einsatz einer genoppten Zwischenlage, die sich mit den Flächenabmessungen des Schallabsorbers im wesentlichen deckt, aus akustischen Gründen nicht unbedingt erforderlich ist bzw. zu unverhältnismäßig hohen Kosten führen würde. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallabsorbers ist daher hinsichtlich solcher Situationen vorgesehen, dass die genoppte Zwischenlage bezogen auf die Fläche des Schallabsorbers nur partiell, d.h. in einem oder mehreren Teilbereichen der benachbarten Abdecklagen angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung können insbesondere mehrere genoppte textile Zwischenlagen zwischen der rückseitigen Abdecklage und der ersten Abdecklage und/oder der zweiten Zwischenlage angeordnet sein, wobei die separaten textilen Zwischenlagen hinsichtlich der Größe und Höhe der Noppen, ihres Flächengewichtes und ihrer
Materialart unterschiedlich ausgebildet sein können. Auf diese Weise lässt sich eine Einstellung der akustischen Wirksamkeit des Schallabsorbers in Abhängigkeit der örtlich unterschiedlichen Gegebenheiten und akustischen Erfordernisse vornehmen.
Eine solche ortsbezogene Einstellung kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch erfolgen, dass die Noppen der einzelnen textilen Zwischenlage unterschiedlich groß und/oder unterschiedlich hoch ausgebildet werden.
Hinsichtlich einer Montage in der Nähe eines heißen Fahrzeugaggregates, z.B. eines AuspuffStrangabschnittes, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schallabsorbers vorgesehen, dass die der Hitzequelle zugewandte Abdecklage aus einer mikro- perforierten und somit luftdurchlässigen Aluminiumfolie gebildet ist, deren Löcher jeweils einen Lochdurchmesser von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm aufweisen. Eine derartige Abdecklage besitzt eine bemerkenswert hohe schallabsorbierende Wirkung. Der Lochflächenanteil der Aluminiumfolie sollte vorzugsweise im Bereich von 2 bis 8% bezogen auf die sichtseitige Außenfläche der Folie liegen.
Zur Verbesserung der Steifigkeit des Schallabsorbers sowie hinsichtlich seines faltenfreien, optisch ansprechenden Aussehens nach starker dreidimensionaler Verformung ist ferner vorgesehen, dass die mikroperforierte Aluminiumfolie eine beidseitig ausgebildete Kalottenoder Noppenprägung aufweist.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Luftschallabsorbers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers in einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers in einem vierten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers in einem fünften Ausführungsbeispiel.
Die in den Figuren 1 bis 5 schematisch dargestellten Luftschallabsorber 1 sind jeweils aus einer luftdurchlässigen ersten Abdecklage 2, einer textilen luftdurchlässigen Zwischenlage 3, einer luftdurchlässigen, schallabsorbierenden zweiten Zwischenlage 4 und einer rückseitigen Abdecklage 5 gebildet.
In der textilen Zwischenlage 3 sind eine Mehrzahl von näpfchen- bzw. fingerhutförmigen Noppen 6 ausgeprägt, die als Abstandshalter gegenüber der zweiten Zwischenlage 4 einen zusammenhängenden Hohlraum 7 bilden. Die Noppen 6 der textilen Zwischenlage 3 sind mit der zweiten Zwischenlage 4 stoffschlüssig verbunden.
Allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemein, dass der durch die Noppen 6 gebildete Hohlraum 7 über einen Umfangsabschnitt von mindestens 80% seines Gesamtumfangs durch eine partielle oder umlaufende Verpressung 8 geschlossen ist. Für eine hohe luftschallabsorbierende Wirkung ist der Hohlraum 7 vorzugsweise vollständig geschlossen. Es sind allerdings auch Anwendungen möglich, bei denen der Schallabsorber 1 Öffnungen oder Durchbrüche (nicht gezeigt) aufweisen muss, um Kabel oder Schlauchleitungen durch den Schallabsorber 1 hindurch zu legen. Ferner können eine oder mehrere zu dem Hohlraum 7 führende Öffnungen auch dem Abfluss von in den Hohlraum 7 eingedrungener Flüssigkeit, z.B. Wasser einer Autowaschanlage oder Kondenswasser, dienen. Insbesondere in solchen Fällen kann der Schallabsorber 1 am Umfang des Hohlraums 7 abschnittsweise offen sein.
Die textile Zwischenlage 3 besteht aus einem Nadelvlies, einem Gewebe oder einer Maschenware, das bzw. die ausschließlich oder zumindest zu 50% aus thermoplastischen Kunststofffasern gebildet ist.
Die textile Zwischenlage 3 kann insbesondere aus einem mechanisch verfestigten Nadelvlies bestehen, das mindestens 50% Polypropylenfasern und/oder Polyesterfasern enthält und ein Flächengewicht im Bereich von 450
und 650 g/m2 aufweist. Die näpfchen- bzw. fingerhut- förmigen Noppen 6 können insbesondere in einem gleichmäßigen Raster ausgeprägt sein, wobei ihr gegenseitiger Abstand bezogen auf die jeweilige Noppenmitte im Bereich von beispielsweise 25 bis 30 mm liegt.
Wie in Fig. 4 beispielhaft gezeigt ist, kann als genoppte, textile Zwischenlage 3 auch eine gewirkte oder gestrickte Maschenware verwendet werden. Die Maschenware kann dabei ausschließlich oder überwiegend aus Polyester, z.B. aus 80 bis 96% Polyester und 20 bis 4% Lycra bestehen und optional mit stabilisierendem Harz, insbesondere einem Polymer-Blend aus Duro- und Thermoplasten, z.B. melaminvernetzten Polyvinylacetaten, imprägniert sein.
Die Stabilität bzw. Steifigkeit der aus einem Nadelvlies, einem Gewebe oder einer Maschenware gebildeten Zwischenlage 3 kann durch unterschiedliche Basisqualitäten in Bezug auf Materialart, Grammatur, Faser- bzw. Fadendicke und gegebenenfalls Maschenweite sowie durch variable Harzzugaben von elastisch bis steif eingestellt werden.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die genoppte, textile Zwischenlage 3 nur in einem Teilbereich angeordnet ist, der bezogen auf die sichtseitige Fläche des Schallabsorbers 1 weniger als 50% ausmacht. Dieses Ausführungsbeispiel soll einen partiellen Einsatz der genoppten Zwischenlage 3 allgemein veranschaulichen. Die genoppte Zwischenlage 3 kann dementsprechend auch in mehreren voneinander beabstandeten Teilbereichen des Schallabsorbers 1 angeordnet sein. Die Anordnung erfolgt dabei in Abhängigkeit der in der Regel örtlich verschiedenen akustischen Gegebenheiten, insbe-
sondere in Abhängigkeit der auftretenden Schallintensität.
Die der genoppten Zwischenlage 3 vorgeordnete zweite Zwischenlage 4 ist vorzugsweise aus offenzelligem Schaumstoff, einem Stapelfaservlies oder einem Volumenvlies gebildet. Als offenzelliger Schaumstoff kann insbesondere ein Polyurethanschaumstoff auf Polyetherbasis eingesetzt werden, der vorzugsweise selbstverlöschend ausgebildet ist. Bei dem verwendeten Stapelfaservlies handelt es sich beispielweise um ein Stapelfaservlies, das ausschließlich oder überwiegend aus Polyester besteht, vorzugsweise thermisch verfestigt ist und ein Flächengewicht im Bereich von 250 bis 350 g/m2 aufweist. Geeignet ist auch ein Polyestervlies in Form eines Volumenvlieses .
Die luftdurchlässige, schallabsorbierende zweite Zwischenlage 4 weist einen Strömungswiderstand im Bereich 5 von 25 kPa s/m2, vorzugsweise 10 von 20 kPa s/m2 und/oder eine Luftdurchlässigkeit bei einem Prüfdruck von 100 Pa im Bereich von 100 bis 1.600 l/m2s, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 1.400 l/m2s auf.
Zweckmäßigerweise sind zumindest beide Zwischenlagen 3 und 4 selbstverlöschend ausgebildet und/oder mit einem Flammschutzmittel imprägniert.
Die Abdecklage 2 ist aus einem luftdurchlässigen Vliesstoff oder einer mikroperforierten Aluminiumfolie gebildet .
Die Figuren 3 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Abdecklage 2 aus einer mikroperforierten Aluminiumfolie 9 besteht. Die Stärke der sichtseitig
glänzenden Aluminiumfolie 9 beträgt etwa 50 bis 100 μm. Die durchgehenden Löcher (nicht gezeigt) der mikro- perforierten Aluminiumfolie 9 haben einen Lochdurchmesser von weniger als 2 mm. Der Lochflächenanteil liegt im Bereich von 2 bis 8% bezogen auf die Fläche der Alumi- niumfolie 9. Ferner ist zu erkennen, dass die Aluminiumfolie 9 eine beidseitig ausgebildete Kalotten- oder Noppenprägung aufweist. Der Kalotten- bzw. Noppendurchmesser ist kleiner als 10 mm. Zur stoffschlüssigen Verbindung der Aluminiumfolie 9 mit der Zwischenlage 4 ist die Aluminiumfolie 9 rückseitig mit einem wärmeaktivier- baren Kleber beschichtet.
Die rückseitige Abdecklage 5 ist vorzugsweise ebenfalls luftdurchlässig ausgebildet. Sie kann wie die obere Abdecklage aus einem dünnen Vlies, vorzugsweise einem Polyestervlies bestehen. Dieses Abdeckvlies 5, das neben Polyesterfasern auch Zellulosefasern enthalten kann, ist mit einem Bindemittel, beispielsweise einer Melaminharz- beschichtung versehen. Das Flächengewicht der Abdecklagen 2 und 5 liegt im Bereich von 70 bis 110 g/m2 , einschließlich der Melaminharzbeschichtung, deren Flächengewicht bei etwa 20 g/m2 liegt. Die Dicke der Abdecklagen 2, 5 beträgt etwa 1 mm (+/- 0,3 mm) . Die Abdecklagen 2, 5 sind vorzugsweise hydrophob sowie oleophob ausgerüstet.
In Fig. 5 ist ferner beispielhaft veranschaulicht, dass die Noppen 6 der textilen Zwischenlage 3 unterschiedlich groß und/oder unterschiedlich hoch ausgebildet werden können. Die Höhe der Noppen 6 kann beispielsweise im Bereich von 5 bis 28 mm liegen. Die Größe (d.h. der Durchmesser) und Höhe der Noppen 6 wird in Abhängigkeit des Schallaufkommens sowie der geometrischen Verhält-
nisse, insbesondere der Platzverhältnisse am Einbauort des erfindungsgemäßen Schallabsorbers 1 getroffen.
Die stoffschlüssige Verbindung der Lagen 2, 3, 4 und 5 des Schallabsorbers 1 erfolgt durch Verpressen unter Wärmeeinwirkung. Wie verschiedenen Lagen weisen hierfür - soweit erforderlich - geeignete Kleberaufträge auf. Die Zwischenlagen 3 und 4 sind vorzugsweise durch einen auf- ' gesinterten, thermoplastischen Pulverkleber miteinander verbunden. Der aufgesinterte Pulverkleber besitzt bei dem fertigen Schallabsorber 1 eine akustisch offene Netzstruktur. Die Abdecklagen 2 und 5 sind mit der jeweiligen Zwischenlage 3 bzw. 4 flächig und stoffschlüssig verbunden. Die Zwischenlagen 3, 4 können bis in den zusammen- gepressten Rand 8 des Schallabsorbers 1 reichen, wie dies beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schallabsorbers 1 besteht allerdings auch darin, dass randseitig eine flexible Dichtlippe 10 aus mindestens einer der Lagen 2, 3, 4 und/oder 5 einstückig ausgebildet ist. Für die Ausbildung einer solchen Dichtlippe ist es günstig, wenn eine der beiden Zwischenlagen 3, 4 oder auch beide Zwischenlagen 3, 4 mit Abstand vor dem Außenrand der Abdecklagen 2 und 5 enden (vgl. Figuren 2 bis 5),
Die Erfindung ist in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind mehrere Varianten möglich, die auch bei grundsätzlich abweichender Gestaltung von dem in den Ansprüchen enthaltenen Erfindungsgedanken Gebrauch machen.