WO2015004191A1 - Schallabsorber aus aktivkohle-granulat - Google Patents

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sound absorber
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grain size
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Karlheinz Bay
Michael Leistner
Waldemar MAYSENHÖLDER
Philip Leistner
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162Selection of materials
    • G10K11/165Particles in a matrix

Definitions

  • the application relates to a sound absorber of activated carbon.
  • adsorbent materials are usually activated carbon as a coating of moldings or in granular form, since activated carbon is comparatively inexpensive and readily available. In comparison to the absorption, in simple terms on one
  • volume effect is based, the adsorption can be described as a surface effect, which can be theoretically extremely increase, as long as the effective surface can be increased volume neutral.
  • the adsorbers in different material characteristics effects were achieved, as known from US 4,657, 1 08 A and US 2004/0251 077 A1, which promise to double the acoustic compliance.
  • Activated carbon is also associated in other contexts with acoustic effect, eg. B. as a powdery additive of a mixture from the Foamed and molded plastic - see JP 2009024470 A - can arise.
  • plate-shaped components for structural uses with multiple functionality are proposed, for. B. as a door with a certain sound insulation,
  • a casing structure for a vent pipe is known. This can dampen in wide frequency ranges and prevent flow resistance.
  • vents are arranged in the outer wall of the vent tube vents.
  • a cover is provided on the outer wall to cover the vents.
  • a bag-like body is arranged, is mounted in the activated carbon. It is mentioned that it is preferable to use activated carbon obtained by the method of J ISK1474 (a Japanese Industrial Standard), the sieve having an aperture size ranging between 0.5 mm and 4.5 mm as defined by JISZ8801.
  • a sound-sealing wall is known. This has sound-absorbing material. Sound-insulating chambers are available. Activated carbon is used for the sound-insulating effect.
  • the object of the invention is to provide an improved sound absorber. Walkthrough
  • a sound absorber of activated carbon is proposed, which is characterized in that the activated carbon is granular in the form of grains, wherein a majority of the grains have a particle size in a limited range. It is important first that the activated carbon is granular in the form of grains.
  • the material In view of the grain sizes can usually be spoken of a granulate; only at very small grain sizes, the material appears optically as a powder. It has been found that the desired acoustic effect, ie the sound absorption, depends on the size of the grains. In this case, one can imagine the grains simplified as balls, so that the grain size can be specified by the diameter. In reality, the grains are not balls, but mostly spherical-like structures, so that instead of the diameter of an expansion is to be used. This expansion is meant, as far as the present case of grain size is concerned.
  • the grain sizes seem to be responsible for the acoustic effectiveness. This may also explain why it is necessary for a majority of the grains to have a grain size in a range of about 1 mm to about 2 mm. Activated carbon is sieved to obtain appropriate fractions. It is understood that while it can be achieved that certain particle sizes occur preferentially. Of course, it can not be achieved that only one grain size occurs. Therefore, distributions always occur, which will be discussed later. To determine the grain sizes, the grains were photographed with a digital camera and the grain size was determined by evaluating the number of pixels affected by the grains.
  • activated carbon sound absorbers require less installation space than sound absorbers of porous material known in the prior art.
  • a 40 mm thick layer of an activated carbon sound absorber according to the invention has a higher sound absorption than an 80 mm thick layer of a known porous sound absorber. This effect has not been expected despite the known in the art use of activated carbon.
  • the same geometry type and shape of the grains, layer thickness
  • EP 2 249 020 A1 discloses activated carbon in the art
  • a sound absorber to use preferably to use activated carbon, which has been obtained by a method in which the sieve has an aperture size in the range between 0.5 mm and 4.5 mm. No concrete statement is about a preferred range of particle sizes met. In no case is the range of about 1 mm to about 2 mm called. Above all, there is no evidence that the grain size on the acoustic properties has a paramount effect, which will be shown in more detail later herein.
  • a curve indicating the ratio of the number of grains at a given grain size to the number of grains present in total in the blend is substantially symmetrical to the particular grain size. This is probably due to the fractionation of the activated carbon (sieving process). In many processes in nature, not only does a given size appear, but there is a symmetric distribution around that size.
  • the determined grain size is often the grain size at which the ratio of the number of grains with this grain size to the number of grains present in the mixture is highest. This can also be a local maximum of this ratio.
  • the curve described above often represents a normal distribution. This is due to the special significance of the normal distribution. Among other things, this is based on the central limit theorem, according to which distributions, which arise through the superimposition of a large number of independent influences, are almost normally distributed under weak conditions. The deviations of the values of many natural and engineering sciences from the mean can be determined by the
  • Grain size depending on the frequency-dependent desired sound absorption selected is in particular about 1, 5 mm.
  • a sound absorber with most of the grains at a grain size of 1.5 mm has a favorable sound absorption for sound in the range of about 63 Hz to 2 kHz.
  • the sound absorption coefficient increases from about 0.3 at 63 Hz to a value of about 0.85 at about 600 Hz and remains approximately equal to a frequency of 2 kHz.
  • a sound absorber with most grains at a grain size of 2.5 mm usually has lower levels of sound absorption, but displays better, sometimes almost complete, sound absorption in the range of about 1 kHz and above.
  • the sound absorption coefficient is generally much lower.
  • the sound absorption coefficient at a layer thickness of 40 mm shows a pronounced maximum with a value of about 0.9.
  • Sound absorption also depends on the thickness of the sound absorber.
  • the above gradients apply as shown with a layer thickness of 40 mm.
  • other courses may result and correspondingly at other frequencies the maximum of the absorption.
  • the maximum is at higher frequencies and lower.
  • the illustrations make it clear that the grain size has to be selected depending on the desired absorption.
  • a sound absorber in which the vast majority of grains are present with a grain size of 1, 5 mm, should be the most favorable. Accordingly, the grain size of the majority of grains is in a range of about 1 mm to about 2 mm.
  • the activated carbon is present in bulk.
  • the activated carbon is often present as a loose bed of individual grains.
  • a slight pressure should be harmless in the normal case.
  • a strong pressure can change the acoustic properties.
  • a defined shape can be achieved even with a loose filling by appropriate packaging.
  • a sound-permeable cover of perforated plates and / or perforated gratings is present.
  • a mechanical protection of the sound absorber can be achieved without appreciably restricting the acoustic effectiveness, since the sound can pass largely unhindered through perforated plates and / or perforated grille.
  • porous and / or textile and / or non-woven fabrics and / or films are present.
  • films having a basis weight to about 1 00g / m 2 are present.
  • Moisture protection is offered. In the case of films this is especially true for films with a basis weight up to about 1 00g / m 2 , since at a low basis weight, the film, the sound waves no significant resistance opposes, but can resonate without problems.
  • Non-flammable material such as fiberglass fabric, is often used as the material for the nonwoven-type fabrics.
  • the sound absorber described above can be used in sound-absorbing wall and
  • Fig. 2 shows the sound absorption of a 40 mm thick sound absorber with two
  • FIG. 3 shows the relative distribution density of the grains in a sound absorber with a
  • Fig. 1 the sound absorption coefficient of granularly present activated carbon is shown at different particle sizes.
  • the curves show the measured
  • Curve A shows the values obtained in a sound absorber in which a majority of the grains have a grain size of about 1.5 mm. If a majority of the grains have a grain size of about 2.5 mm, curve B results, with a corresponding one
  • Grain size of 3 mm results in curve C and with a corresponding grain size of less than 0.1 mm curve D.
  • Curve A shows, as in FIG. 1, the values obtained with a 40 mm thick activated carbon sound absorber, in which a predominant proportion of the grains has a particle size of approximately 1.5 mm.
  • Curve E shows the calculated values of a 40 mm thick sound absorber made of known porous material with a length-related flow resistance of 1 5 kPa * s / m 2
  • curve F the calculated values of just such a sound absorber with a layer thickness of 80 mm. Curves E and F thus represent calculated values, while the curves A to D are based on measured values.
  • Figure 3 shows the relative distribution density of the activated carbon sound absorber with which the above measurements were made.
  • the grain size is shown from 0 mm to 3 mm. On the
  • High-grade axis shows how many grains are present at the respective grain size compared to the total number of grains. The maximum at 1, 5 mm can be clearly seen.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Schallabsorber aus Aktivkohle, der sich dadurch auszeichnet, dass d Aktivkohle granulär in Form von Körnern vorliegt, wobei ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm aufweist.

Description

Schallabsorber aus Aktivkohle-Granulat
Die Anmeldung betrifft einen Schallabsorber aus Aktivkohle. Stand der Technik
Die zentralen Forderungen an Schallabsorber und Schall absorbierende Materialien sind breitbandige akustische Wirkung, schlanke Bauform und geringe Kosten. In diesem Sinne werden heute mehrheitlich poröse Materialen eingesetzt. Sie bestehen aus künstlichen Mineralfasern, offenzelligen Schäumen, Vliesen sowie aus Wolle oder wolle-artigen Stoffen. Eine weitere Gruppe von Materialien bilden Granulate bzw. haufwerksporige Stoffe in gebundener Form oder als lose Schüttungen, z.B. auf mineralischer, metallischer Basis oder aus Kunststoffen. All diese Materialien verfügen in homogener, einschichtiger Ausführung über eine weitgehende ähnliche Schall absorbierende Wirkung, wenn sie z. B. einen geeigneten Strömungswiderstand aufweisen.
Bei einem anderen akustischen Anwendungsfall, der Bedämpfung von
Lautsprechergehäusen, wird die Verwendung adsorbierender Materialien in Erwägung gezogen. Konkret handelt es sich dabei meist um Aktivkohle als Beschichtung von Formkörpern oder in granulärer Form, da Aktivkohle vergleichsweise preiswert und gut verfügbar ist. Im Vergleich zur Absorption, die vereinfacht ausgedrückt auf einem
Volumeneffekt beruht, lässt sich die Adsorption als Oberflächeneffekt beschreiben, der sich theoretisch extrem steigern lässt, solange die wirksame Oberfläche volumenneutral erhöht werden kann. Mit unterschiedlichen Adsorbern in unterschiedlicher stofflicher Ausprägung wurden Effekte erzielt, wie aus US 4,657, 1 08 A und US 2004/0251 077 A1 bekannt, die eine Verdopplung der akustischen Nachgiebigkeit in Aussicht stellen.
Aktivkohle wird auch noch in anderen Zusammenhängen mit akustischer Wirkung in Verbindung gebracht, z. B. als pulveriger Zusatzstoff eines Gemisches, aus dem geschäumter und geformter Kunststoff -siehe JP 2009024470 A - entstehen kann. Außerdem werden plattenförmige Bauteile für bauliche Nutzungen mit mehrfacher Funktionalität vorgeschlagen, z. B. als Tür mit einer gewissen Schalldämmung,
Schallabsorption und zur Verbesserung der Luftqualität (KR 10 201 3 001 0736, WO 201 3012108 A1 ). Dazu wird in einem Rahmen flächenhaft eine Unterteilung in einzelne Zellen vorgenommen. Die Rückseite ist geschlossen und die Vorderseite mehrschichtig gelocht. Über diese Lochung kann Raumluft und -schall zu den teilweise mit Aktivkohle gefüllten Zellen vordringen. Diese Kombination ist in gewisser Weise von Filtern, z. B. in Lüftungskanälen und -geräten, bekannt, die lediglich anders geformt und zur Steigerung der Reinigungswirkung von Luft und Schall durchströmt werden. Offenbar eine Spielart dieser Anordnung mit nahezu gleichem Aufbau (KR 10 201 1 008 5093) zielt auf einen Strahlungseffekt im unsichtbaren Infrarot-Bereich, der mit Aktivkohle infolge geringer Schwingungen bei Schalleinwirkung erreichbar ist.
Aus der J P 2005-3381 29 A ist bekannt, in einem aus Fasermaterial gefertigen
Schallabsorber Aktivkohlepulver einzubringen, um den Schallabsorber weiter zu verbessern.
Aus der EP 2 249 020 A1 ist eine Hüllenstruktur für ein Entlüftungsrohr bekannt. Diese kann in weiten Frequenzbereichen dämpfen und Strömungswiderstand verhindern. In der Außenwand des Entlüftungsrohrs sind Entlüftungsöffnungen angeordnet. Eine Abdeckung ist auf der Außenwand vorgesehen um die Entlüftungsöffnungen zu bedecken. Zwischen der Abdeckung und der Außenwand ist ein taschenartiger Körper angeordnet, in dem Aktivkohle angebracht ist. Es wird genannt, dass bevorzugt Aktivkohle verwendet werden soll, die nach dem Verfahren J ISK1474 (einer Japanischen Industrienorm) gewonnen worden ist, wobei das Sieb eine Aperturgröße im Bereich zwischen 0,5 mm und 4,5 mm, definiert durch JISZ8801 , aufweist.
Aus der J P 2005-1 63 377 A ist eine schallabdichtende Wand bekannt. Diese weist schallabsorbierendes Material auf. Dabei sind schallisolierende Kammern vorhanden. Zur schallisolierenden Wirkung wird Aktivkohle genutzt.
Aus der US 2008/0 1 35 327 A1 ist eine schallabsorbierende Struktur bekannt. In dieser sind Kammern mit Aktivkohle bekannt. Eindringender Schall wird von den Kammern nur eingeschränkt übertragen, da die Adsorption des in den Kammern enthaltenen
Gasgemischs an der Aktivkohle bei einer Druckerhöhung eben dieser Druckerhöhung entgegen wirkt.
Auffällig ist in allen Fällen, dass entweder die Verbindung zu einem gezielt Schall absorbierenden Material fehlt oder es fehlen jegliche Angaben zur Beziehung zwischen der Art und Gestalt der Aktivkohle und ihrer Schall absorbierenden Wirkung. Dies legt den Schluss nahe, dass sie oft als poröser haufwerksporiger Stoff mit Zusatzfunktionen im Sinne der Luftreinigung und dergleichen betrachtet und behandelt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es einen verbesserte Schallabsorber zu schaffen. Lösungsweg
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schallabsorber aus Aktivkohle vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass die Aktivkohle granulär in Form von Körnern vorliegt, wobei ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße in einem begrenzten Bereich aufweist. Wichtig ist zunächst, dass die Aktivkohle granulär in Form von Körnern vorliegt.
Angesichts der Korngrößen kann meist von einem Granulat gesprochen werden; lediglich bei sehr kleinen Korngrößen erscheint das Material optisch als Pulver. Es hat sich herausgestellt, dass die angestrebte akustische Wirkung, also die Schallabsorption, davon abhängt, welche Größe die Körner haben. Dabei kann man sich die Körner vereinfacht als Kugeln vorstellen, so dass die Korngröße durch den Durchmesser angegeben werden kann. In der Realität sind die Körner freilich keine Kugeln, zumeist aber kugelähnliche Gebilde, so dass anstelle des Durchmessers eine Ausdehnung heranzuziehen ist. Diese Ausdehnung ist gemeint, soweit vorliegend von Korngröße gesprochen wird.
Die Korngrößen scheinen für die akustische Wirksamkeit verantwortlich zu sein. Dies dürfte auch erklären warum es erforderlich ist, dass ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm aufweist. Um entsprechende Fraktionen zu erhalten wird Aktivkohle gesiebt. Es versteht sich, dass damit zwar erreicht werden kann, dass bestimmte Korngrößen bevorzugt auftreten. Freilich kann nicht erreicht werden, dass nur eine Korngröße auftritt. Daher treten immer Verteilungen auf, die später näher diskutiert werden. Zur Bestimmung der Korngrößen wurden die Körner mit einer Digitalkamera fotografiert und durch Auswertung der Zahl der von den Körnern betroffenen Pixel die Korngröße bestimmt.
Ein entscheidender Vorteil von Schallabsorbern aus Aktivkohle ist, dass diese weniger Bauraum benötigen als im Stand der Technik bekannte Schallabsorber aus porösem Material. So weist in weiten Frequenzbereichen eine 40 mm dicke Schicht eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers aus Aktivkohle eine höhere Schallabsorption auf als eine 80 mm dicke Schicht eines bekannten porösen Schallabsorbers. Dieser Effekt ist trotz des im Stand der Technik bekannten Einsatzes von Aktivkohle keinesfalls zu erwarten gewesen. Bei der Untersuchung von losen Schüttungen aus unterschiedlichen Materialien in granulärer Form stellen sich bei den meisten Ausgangsstoffen bei gleicher Geometrie (Art und Gestalt der Körner, Schichtdicke) nämlich gleiche oder ähnliche
Schallabsorptionsgrade ein. Dies gilt für Granulate aus bekannten mineralischen und metallischen Stoffen sowie für Kunststoffe. Aber auch für Adsorber, wie z.B. Silikagel und Zeolithe, sowie für andere besondere Stoffe, wie z. B. Kohlenstoff-Nanopartikel, trifft diese Erfahrung zu. Mitunter weichen deren Schallabsorptionsgrade zwar von denen bekannter poröser Schallabsorber ab, jedoch in Richtung geringerer Wirkung. Abgesehen davon ist der Umgang mit einigen dieser Stoffe nur aufwendig zu beherrschen. Völlig unerwartet spielt bei Aktivkohle die Korngröße eine entscheidende Rolle für die
Verbesserung der Schallabsorption.
Wie weiter oben erwähnt, ist aus der EP 2 249 020 A1 bekannt Aktivkohle im
Zusammenhang mit einem Schallabsorber zu verwenden. Es wird auch erwähnt, bevorzugt Aktivkohle zu verwenden, die mit einem Verfahren gewonnen worden ist, bei der das Sieb eine Aperturgröße im Bereich zwischen 0,5 mm und 4,5 mm aufweist. Keinerlei konkrete Aussage ist dabei über einen bevorzugten Bereich der Korngrößen getroffen. Keinesfalls ist der Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm genannt. Vor allem finden sich keinerlei Hinweise, wonach die Korngröße auf die akustischen Eigenschaften eine überragende Auswirkung hat, welche vorliegend später noch genauer gezeigt werden wird. In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Kurve, welche das Verhältnis der Zahl der Körner bei einer bestimmten Korngröße zur Zahl der insgesamt in der Mischung vorhandenen Körner angibt, weitgehend symmetrisch zu der bestimmten Korngröße. Dies ergibt sich vermutlich bei der Fraktionierung der Aktivkohle (Siebvorgang). Bei vielen Vorgängen in der Natur tritt nicht nur eine bestimmte Größe auf, sondern es gibt eine symmetrische Verteilung um diese Größe herum.
Die bestimmte Korngröße ist dabei oft diejenige Korngröße, bei der das Verhältnis der Zahl der Körner mit dieser Korngröße zur Zahl der insgesamt in der Mischung vorhandenen Körner am höchsten ist. Dabei kann es sich auch um ein lokales Maximum dieses Verhältnisses handeln. Die oben beschriebene Kurve stellt oft eine Normalverteilung dar. Dies liegt an der besonderen Bedeutung der Normalverteilung. Diese beruht unter anderem auf dem zentralen Grenzwertsatz, demzufolge Verteilungen, die durch Überlagerung einer großen Zahl von unabhängigen Einflüssen entstehen, unter schwachen Voraussetzungen annähernd normalverteilt sind. Die Abweichungen der Werte vieler natur- und ingenieurswissenschaftlicher Vorgänge vom Mittelwert lassen sich durch die
Normalverteilung wenigstens in sehr guter Näherung beschreiben. Es ist gut vorstellbar, dass bei der Bereitstellung der Körner für den Schallabsorber wie auch bei der Messung der Korngrößen und bei der Messung der Anzahl der Körner diese Voraussetzungen erfüllt sind, so dass es zu einer Normalverteilung kommt. Bekanntlich beschreibt die Standardabweichung σ die Breite der Normalverteilung. Die Halbwertsbreite einer gaußartigen Verteilung ist das ungefähr 2,4-fache der
Standardabweichung. So gilt bei vorliegender Ausführungsform der Erfindung näherungsweise:
Im Intervall der Abweichung ±σ von der bestimmten Korngröße sind 68,27 % aller Körner zu finden, im Intervall der Abweichung ±2σ von der bestimmten Korngröße 95,45 % aller Körner und im Intervall der Abweichung ±3σ von der bestimmten
Korngröße 99,73 % aller Körner.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die oben geschilderte bestimmte
Korngröße abhängig von der frequenzabhängig gewünschten Schallabsorption gewählt, wobei die bestimmte Korngröße insbesondere bei etwa 1 ,5 mm liegt.
So weist ein Schallabsorber, bei dem die meisten Körner bei einer Korngröße von 1 ,5 mm vorliegen, eine günstige Schallabsorption für Schall im Bereich von etwa 63 Hz bis 2 kHz auf. Dabei steigt der Schallabsorptionsgrad von etwa 0,3 bei 63 Hz bis zu einem Wert von etwa 0,85 bei etwa 600 Hz an und bleibt etwa gleich bis zu einer Frequenz von 2 kHz.
Ein Schallabsorber, bei dem die meisten Körner bei einer Korngröße von 2,5 mm vorliegen, weist demgegenüber meist niedrigere Schallabsorptionsgrade auf, zeigt aber im Bereich von etwa 1 kHz und darüber eine bessere, bisweilen nahezu vollständige Schallabsorption auf.
Bei einem Schallabsorber, bei dem die meisten Körner bei einer Korngröße kleiner als 0, 1 mm vorliegen ist der Schallabsorptionsgrad im Allgemeinen deutlich niedriger. Bei einer Frequenz im Bereich etwas über 200 Hz zeigt der Schallabsorptionsgrad bei einer Schichtdicke von 40 mm jedoch ein ausgeprägtes Maximum mit einem Wert von etwa 0,9.
Insgesamt ist zu beachten, dass der frequenzabhängige Verlauf des
Schallabsorptionsgrads auch von den Schichtdicken der Schallabsorber abhängt. Die obengenannten Verläufe gelten wie dargestellt bei einer Schichtdicke von 40 mm. Bei einer anderen Schichtdicke können sich andere Verläufe ergeben und entsprechend bei anderen Frequenzen das Maximum der Absorption liegen. Als Faustregel gilt, dass bei geringeren Schichtdicken das Maximum bei höheren Frequenzen liegt und niedriger ausfällt. Die Darstellungen machen deutlich, dass abhängig von der gewünschten Absorption die Korngröße zu wählen ist. Für die meisten Anwendungen dürfte ein Schallabsorber, bei dem die überwiegende Zahl der Körner bei einer Korngröße von 1 ,5 mm vorliegt, am günstigsten sein. Dementsprechend liegt die Korngröße der überwiegenden Zahl von Körnern in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm.
Wie bereits ausgeführt liegt in einer Ausführungsform der Erfindung die Aktivkohle lose vor. In diesem Fall liegt die Aktivkohle oft als lose Schüttung der einzelnen Körner vor. Eine leichte Pressung sollte dabei im Normallfall unschädlich sein. Es ist aber zu beachten, dass durch eine starke Pressung sich akustische Eigenschaften ändern können. Zur Vermeidung von Missverständnissen sei klargestellt, dass auch bei einer losen Schüttung durch eine entsprechende Verpackung eine definierte Form erreicht werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine schalldurchlässige Abdeckung aus Lochplatten und/oder Lochgittern vorhanden. Damit kann ein mechanischer Schutz des Schallabsorbers erreicht werden ohne die akustische Wirksamkeit nennenswert einzuschränken, da durch Lochplatten und/oder Lochgitter der Schall weitgehend ungehindert durchtreten kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind poröse und/oder textile und/oder vliesartige Flächengebilde und/oder Folien, insbesondere Folien mit einem Flächengewicht bis etwa 1 00g/m2, vorhanden. Durch derartige Flächengebilde und oder Folien kann der Schall weitgehend ungehindert durchtreten, während ein zusätzlicher Staub- und
Feuchteschutz geboten wird. Im Falle von Folien gilt dies vor allem für Folien mit einem Flächengewicht bis etwa 1 00g/m2, da bei einem niedrigen Flächengewicht die Folie den Schallwellen keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt, sondern ohne Probleme mitschwingen kann. Als Material für die vliesartigen Flächengebilde wird oft nicht brennbares Material, etwa Glasseidengewebe eingesetzt.
Der oben beschriebene Schallabsorber kann in schallabsorbierenden Wand- und
Deckenbauteilen in Innenräumen, insbesondere in Innenräumen von Gebäuden und Fahrzeugen, in Gehäusen, insbesondere in Gehäusen für Maschinen und Motoren, als Auskleidung von Fluidkanälen, insbesondere von Fluidkanälen von lufttechnischen Anlagen und Komponenten eingesetzt werden. Dabei sind vor allem die vergleichsweise niedrigen Kosten und der geringere Platzbedarf von Vorteil.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen detaillierter dargestellt werden. Dabei zeigen Fig. 1 den Schallabsorptionsgrad eines 40 mm dicken Schallabsorbers mit verschiedenen überwiegenden Korngrößen
Fig. 2 den Schallabsorptionsgrad eines 40 mm dicken Schallabsorbers mit zwei
verschiedenen überwiegenden Korngrößen und den Schallabsorptionsgrad eines 80 mm dicken konventionellen porösen Schallabsorbers Fig. 3 die relative Verteilungsdichte der Körner bei einem Schallabsorber mit einer
überwiegenden Korngröße
In Fig. 1 ist der Schallabsorptionsgrad von granulär vorliegender Aktivkohle bei unterschiedlichen Korngrößen gezeigt. Die Kurven zeigen den gemessenen
Schallabsorptionsgrad einer jeweils 40 mm dicken Aktivkohle-Schicht bei senkrechtem Schalleinfall. Auf der Rechtswertachse ist die Frequenz von 63 Hz bis 2 kHz aufgetragen, auf der Hochwertachse der Schallabsorptionsgrad. Kurve A zeigt die Werte, die bei einem Schallabsorber gewonnen worden sind, bei dem ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße von etwa 1 ,5 mm hat. Hat ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße von etwa 2,5 mm, ergibt sich Kurve B, bei einer entsprechenden
Korngröße von 3 mm ergibt sich Kurve C und bei einer entsprechenden Korngröße von kleiner 0, 1 mm Kurve D.
Die Kurven des Schallabsorptionsgrades in Abhängigkeit von der Frequenz zeigen im Vergleich zueinander, dass ein loses Aktivkohle-Granulat mit einer überwiegenden Korngröße von ca. 1 ,5 mm (Kurve A) die breitbandig höchste Wirkung erzielt. Diese Wirkung nimmt einerseits bei zunehmenden Korngrößen (Kurven C und D) im tief- und mittelfrequenten Bereich deutlich ab, obgleich sich im Vergleich zu anderen porösen Schallabsorbern dennoch interessante Schallabsorptionswerte einstellen. Andererseits sinkt die Schallabsorption auch bei Verringerung der Korngrößen (Kurve B), wobei die schmalbancligen Spitzenwerte bei tiefen und mittleren Frequenzen überraschend hoch ausfallen.
Das insgesamt resultierende Maximum an breitbandiger Schallabsorption des losen Aktivkohle-Granulates mit einer überwiegenden Korngröße zwischen 1 und 2 mm lässt sich nicht durch bekannte Modelle begründen oder gar herleiten. Ungeachtet dessen liegt das empirische Ergebnis weit über dem Schallabsorptionsvermögen bekannter Materialien, wie der Vergleich der verschiedenen Kurven A, E und F in Fig. 2 verdeutlicht, die jeweils den Schallabsorptionsgrad bei senkrechtem Schalleinfall in einem
Frequenzbereich von 63 Hz bis 2 kHz zeigen. Kurve A zeigt wie in Figur 1 die Werte, die bei einem 40 mm dicken Schallabsorber aus Aktivkohle gewonnen worden sind, bei dem ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße von etwa 1 ,5 mm hat.
Kurve E zeigt die berechneten Werte eines 40 mm dicken Schallabsorbers aus bekanntem porösen Material mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand von 1 5 kPa*s/m2, Kurve F die berechneten Werte eines ebensolchen Schallabsorbers mit einer Schichtdicke von 80 mm. Kurven E und F stellen also Rechenwerte dar, während die Kurven A bis D auf Messwerten beruhen.
Es zeigt sich somit, dass eine gleich dicke Schicht aus bekanntem porösem Material, deren Schallabsorptionsgrad in Kurve E dargestellt ist, erheblich unter den
Schallabsorptionswerten des losen Aktivkohle-Granulates mit einer dominierenden Korngröße von ca. 1 ,5 mm bleibt, die in Kurve A gezeigt sind. Diese überschreiten bei tiefen Frequenzen selbst die Wirkung einer doppelt so dicken Schicht aus bekanntem porösem Material, wie in Kurve F gezeigt.
Eine durchaus praktizierte Möglichkeit zur frequenzabhängigen Steigerung der
Schallabsorption ist das Schichten verschiedener Materialien. Bei losen Schüttungen stößt dies auf Schwierigkeiten, da sich die Schichten z.B. infolge einer Rüttelbeanspruchung durchmischen können. Mit textilen Flächengebilden als Zwischenlagen lässt sich dies zwar einschränken, jedoch ergeben sich beim losen Aktivkohle-Granulat keinerlei Vorteile gegenüber der Konstellation mit einer überwiegenden Korngröße zwischen 1 und 2 mm. Schließlich erweist sich die optimale Version des losen Aktivkohle-Granulates auch im Vergleich zu verschiedenen Mischungen, d.h. Schüttungen mit einer breiten Korngrößenverteilung, als durchweg besser im Sinne der erzielten Schallabsorption. Dazu sei angemerkt, dass Schüttungen mit einer breiten Korngrößenverteilung bei Stößen, Schwingungen und dergleichen zu einer unerwünschten Verdichtung neigen. Diesen Nachteil vermeidet das lose Aktivkohle-Granulat mit seiner schmalen
Korngrößenverteilung.
Von diesen unerwartet ausgeprägten und bislang rechnerisch nicht modellierbaren akustischen Vorteilen ausgehend beruht der technische Lösungsansatz auf der
Verwendung von losem Aktivkohle-Granulat mit einer dominierenden Korngröße zwischen 1 und 2 mm. Figur 3 zeigt die relative Verteilungsdichte des Schallabsorbers aus Aktivkohle, mit dem die obigen Messungen durchgeführt wurden. Auf der
Rechtswertachse ist die Korngröße von 0 mm bis 3 mm dargestellt. Auf der
Hochwertachse ist gezeigt, wie viele Körner bei der jeweiligen Korngröße im Vergleich zur Gesamtzahl der Körner vorliegen. Das Maximum bei 1 ,5 mm ist klar zu erkennen.

Claims

Patentansprüche
1 . Schallabsorber aus Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivkohle granulär in Form von Körnern vorliegt, wobei ein überwiegender Anteil der Körner eine Korngröße in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm aufweist.
2. Schallabsorber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 70 % der Körner der Aktivkohle im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 2 mm vorliegt.
3. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Kurve, welche das Verhältnis der Zahl der Körner bei einer bestimmten Korngröße zur Zahl der insgesamt in der Mischung
vorhandenen Körner angibt, weitgehend symmetrisch zu der bestimmten Korngröße ist.
4. Schallabsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve eine Normalverteilung darstellt.
5. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Korngröße abhängig von der frequenzabhängig gewünschten Schallabsorption gewählt ist, wobei die bestimmte Korngröße insbesondere bei etwa 1 ,5 mm liegt.
6. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Aktivkohle lose vorliegt.
7. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine schalldurchlässige Abdeckung aus Lochplatten und/oder Lochgittern vorhanden ist.
8. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass poröse und/oder textile und/oder vliesartige Flächengebilde und/oder Folien, insbesondere Folien mit einem Flächengewicht bis etwa 1 00g/m2, vorhanden sind.
9. Verwendung eines Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche in schallabsorbierenden Wand- und Deckenbauteilen in Innenräumen, insbesondere in Innenräumen von Gebäuden und Fahrzeugen, in Gehäusen, insbesondere in Gehäusen für Maschinen und Motoren, als Auskleidung von Fluidkanälen, insbesondere von Fluidkanälen von lufttechnischen Anlagen und Komponenten.
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