DE10134783B4 - Schallabschirmelement - Google Patents

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Abstract

Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen (2) aufweisenden schalldämpfenden Platte (1) einer Dicke d zwischen 0,001 mm und 50 mm, bei der der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechung (2) zwischen 0,001 mm und 2 mm und das Lochflächenverhältnis zwischen 0,01 % und 8 % betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die schalldämpfende Platte (1) als frontseitige Abdeckung für ein System (3) von Kammern (4) verwendet ist, welche durch Trennwände (5) voneinander getrennt sind und im Wesentlichen unter rechtem Winkel zur Ebene der schalldämpfenden Platte (1) verlaufen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen aufweisenden schalldämpfenden Platte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Schallabschirmelemente, die beispielsweise durch Schalldämpfung zum Schutz vor Schallausbreitung aus dem Lärmbereich eines Raumes in einen Nachbarraum und/oder zum Abdecken schallreflektierender oder schallerzeugender Bauteile verwendet werden, sind bereits bekannt (WO 00/68039, DE 29 50 930 A1 ). Dabei ist die Bemessung des mittleren Durchmessers bzw. der als Löcher, Schlitze oder dergleichen ausgebildeten kleinen Durchbrechungen ebenso wichtig wie der Flächenanteil, welcher solche Durchbrechungen auf der Gesamtfläche des Schallabschirmelements aufweist. Dieses sogenannte „Lochflächenverhältnis" soll ebenso wie der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechungen sehr klein sein. Lochflächenverhältnisse zwischen 0,01 % und 10 % sowie mittlere Durchmesser bzw. Breiten der Durchbrechungen zwischen 0,01 mm und 1 mm werden bevorzugt.
  • Bei solchen Schallabschirmelementen ist es auch bereits bekannt, mehrere solcher mit vielen kleinen Durchbrechungen ver sehenen Platten parallel hintereinander vor bespielsweise der schallreflektierenden Wand anzuordnen und durch Abstandhalter voneinander im Abstand zu halten.
  • Darüber hinaus ist es auch bekannt (DE-AS 1 180 155), eine aus mindestens drei Schichten bestehende Schalldämpfungsplatte mit gelochten Frontplatten und sandwichartig zwischen Front- und Rückplatte eingesetzter Hartfaserplatte auszurüsten; dabei sind auch große Löcher vorgesehen, welche durch das 3-Platten-System hindurchgehen und vor allem der Belüftung dienen.
  • Bei schallisolierenden, aus Kunststoff verformten Bauteilen ist es auch bekannt ( US 4 479 992 ), stark hervorspringende dünne Wandteile dadurch mechanisch zu stabiliseren, daß sie auf der Rückseite mit einer wabenförmigen Versteifungsstruktur versehen sind.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schalldämpfende Schallabschirmelemente der eingangs genannten Gattung hinsichtlich ihrer Schallabsorption auf möglichst einfache Weise und mit niedrigen Herstellungskosten noch weiter zu verbessern.
  • Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet und in weiteren Unteransprüchen und in der Beschreibung sind bevorzugte Ausbildungsformen beansprucht bzw. beschrieben.
  • Es hat sich sehr überraschenderweise gezeigt, daß die Schallabsorption dann erfindungsgemäß verbessert werden kann, wenn hinter der Platte ein System von Kammern angeordnet ist, welche durch Trennwände voneinander getrennt sind. Die Platte dient dann gewissermaßen als frontseitige Abdeckung des Kammersystems, bei dem die Trennwände im Wesentlichen unter rech tem Winkel zur Platte verlaufen. Ein solches „Kasten- bzw. Kassettensystem" ist schematisch in 1 gezeigt. Messungen haben bestätigt, daß die äquivalente Absorptionsfläche, welche ein Maß für die Absorption insbesondere im hörbaren Schallwellenbereich repräsentiert, ganz erheblich und für bestimmte Frequenzbereiche um das Mehrfache verbessert werden kann. Diese Ergebnisse sind nicht voraussehbar gewesen, selbst wenn es bekannt war, zwischen einen perforierten λußenschicht und einen rückseitigen Abdeckplatte gelochtes Material insbesondere aus Schaumstoff anzuordnen ( US 3 770 560 ). Die erfindungsgemäße Ausbildung ist auch nicht etwa mit bereits seit langem bekannten Helmholtz-Resonatoren vergleichbar, welche im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Kammern in beispielsweise Kunststoff aufweisen, die entweder mit einer dünnen schwingfähigen Abdeckfolie oder mit einer Frontplatte abgedeckt sind, die für jede Helmholzt-Kammer eine Durchbrechung aufweist.
  • Bei der Erfindung werden die Kammern bevorzugt im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet, so daß die Trennwände jeweils in einer im Wesentlichen geraden Ebene verlaufen, wodurch sich die Herstellung auch großflächiger Schallabschirmelemente sehr erleichtert. Die Trennwände können aber auch bienenwabenartig ausgebildet oder durch aneinandergelegte Rohrstücke gebildet sein. Die Kammern sollten eine lichte Breite zwischen 10 mm und 300 mm aufweisen. Die Trennwände sollten möglichst dünnwandig sein; es empfehlen sich Wandstärken zwischen 0,5 mm und 3 mm.
  • Als Material für die Trennwände empfiehlt sich vor allem Polypropylen bei einer kasettierten Unterbodenverkleidung von Kraftfahrzeugen. Bei Hochtemperaturanwendungen sind auch Metalle, z.B. Aluminium, für die Trennwände vorteilhaft.
  • Für die Platte ist ein Lochflächenverhältnis zwischen 1 % und 8 % besonders bevorzugt und der mittlere Durchmesser oder die Breite der kleinen Durchbrechungen sollte zwichen 0,05 mm und 1 mm betragen. Das System der Kammern und Trennwände sollte an der der Platte abgewandten Seite an eine Rückwand anschließen; diese kann gleichfalls als Platte ausgebildet sein. Die Rückwand kann aber auch fehlen.
  • Die Kammern sind bevorzugt luftgefüllt. Es wird vermutet, daß die Luftschwingungen hinter der mit kleinen Durchbrechungen, insbesondere kleinen kreisförmigen Löchern versehenen „Lochplatte" durch die als „Querwände" angeordneten Trennwände derart beeinflußt werden, daß ein erheblich größerer Anteil an „Schallenergie" in der davorliegenden mikroperforierten Platte gedämpft wird.
    •
  • Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Folgenden beschrieben. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Teilansicht (teilweise aufgerissen) auf ein erfindungsgemäßes Schallabschirmelement und
  • 2 und 3 Kurven für die äquivalente Absorptionsfläche in m2 in Abhängigkeit von der Meßfrequenz f in Hz.
  • Gemäß 1 ist hinter der mit kleinen als Löchern ausgebildeten Durchbrechungen 2 versehenen Platte 1 ein System 3 von Kammern 4 angeordnet, welche durch orthogonal zur Platte 1 sich erstreckende Trennwände 5 gebildet sind. Die Kammern 4 sind bei diesem Beispiel im Querschnitt rechteckförmig, insbesondere quadratförmig, mit einer Breite B und einer Tiefe T zwischen der Rückseite der Platte 1 und der Rückwand 6, welche gleichfalls aus einer Platte bestehen kann. Diese Rückwand kann jedoch auch entfallen, was überraschenderweise das Absorptionsverhalten kaum verändert. Die Trennwände 5 weisen eine möglichst geringe Wandstärke S auf, die vor allem eine genügende Stabilität des insbesondere selbsttragenden Kammersystems A von „Kassetten" zu gewährleisten hat.
  • Bei einem Messungen unterworfenen Ausführungsbeispiel beträgt die Wanddicke d der Platte 1 etwa 2 mm. Es werden Lochdurchmesser D von 0,8 mm verwendet und das Lochflächenverhältnis, d.h. der Anteil der von den Löchern eingenommenen Fläche an der Gesamtfläche der Platte 1, beträgt 0,5 %. Das Kammersystem 3 weist eine Tiefe T von 30 mm auf. Die Kammer- bzw. Trennwände 5 mit einer Wandstärke S von 2 mm bestehen aus Polypropylen.
  • Deren Breite B ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Platte 1 besteht aus transparentem Spritzguß; sie weist eine Wanddicke d von 2 mm auf.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kammern 4 die Höhe H und die Breite B auf. Die Abmessung der gesamten gemessenen Anordnung beträgt 1.200 mm × 800 mm
    Figure 00050001
  • In 2 ist die äquivalente Absorptionsfläche (m2) (gemessen in der Alpha-Kabine) in Abhängigkeit von der Meßfrequenz für die Beispiele A bis F der Tabelle, d.h. für unterschiedliche Breiten und Höhen der Kammern 4 aufgeführt. Wenn die gelochte Platte 1 ohne Trennwände im Abstand T von der Rückwand 6 angeordnet ist, was durch geeignete Abstandhalter realisiert werden kann, ergibt sich die Kurve F. Mit zunehmender Begrenzung der Breite B und Höhe H der Kammern 4 werden höhere Absorptionswerte bzw. α-Werte erreicht. Die äquivalente Absorptionsfläche wird bei beispielsweise 500 Hz auf 600 %, d.h. um das Fünffache vergrößert. Selbst bei einer Frequenz f von 8 kHz ergibt sich noch eine Vergrößerung der äquivalenten Absorptionsfläche auf mehr als das Doppelte.
  • 3 zeigt bei gleichen Kassettierungsmaßnahmen wie im vorherigen Beispiel die Abhängigkeit des Absorptionsverlaufes vom „Kassettierungsgrad", wenn eine hochfrequente Abstimmung der Mikroperforation gewählt wird. Im Gegensatz zu 2 beträgt der Abstand, d.h. die Tiefe T, der mikroperforierten Platte 1 zur Rückwand B aber nur T = 20 mm. Auch hier ist durch die Kassettierung eine erhebliche Verbesserung der Absorption erreichbar, selbst wenn die prozentuale Steigerung weniger groß ausfällt als bei der tieffrequenten Abstimmung. Die Wanddicke d der Platte 1 beträgt d = 0,5 mm mit schlitzförmigen Durchbrechungen 2 von 0,1 mm Breite bei einem Lochflächenverhältnis von 5 %.
  • Das erfindungsgemäße Schallabschirmelement ist nicht nur in Räumen, sondern auch zur Abschirmung von Maschinen und lärmverursachenden Aggregaten in Kraftfahrzeugen anwendbar. Auch in Flugzeugen und insbesondere Fahrgastschiffen, in denen der Kabinenbereich besonders lärmgeschützt sein soll, ergeben sich bevorzugte Anwendungsbereiche.
  • Die Herstellung des Schallabschirmelements kann durch beispielsweise folgende bevorzugte Herstellungsverfahren so erfolgen, daß die die Kammern bildenden Trennwände mit der die Kammern abdeckenden Platte bzw. Schicht eine mechanische Baueinheit bilden:
    • 1. Es wird eine thermoplastische Kunststoff-Folie von einem Heizfeld erwärmt und dann insb. mittels Vakuum in ein die Kammern bildendes Tiefziehwerkzeug gezogen. Die Folie schmiegt sich der Kammerkontur an und erhärtet durch Erkalten. Die Durchbrechungen können durch Perforieren der Kammerböden, welche die Platte bzw. Schicht bilden, mittels Nadelfeldern hergestellt werden. Dies ist entweder noch im Tiefziehwerkzeug oder auch nachträglich nach dem Entformen möglich. Statt des. Vakuum-Tiefziehverfahrens ist auch ein entsprechendes Blasverfahren anwendbar, bei dem die thermoplastische Kunststoff-Folie durch den Blasdruck an die Kontur des formgebenden Blasformwerkzeugs gedrückt wird.
    • 2. Es werden Vliese, Schäume, Folien oder plastische Massen in eine Kammerstruktur verpresst. Dabei ist das Kaltverpressen von vorher thermisch erhitzten thermoplastischen Materialien oder das Heißverpressen von duroplastischen Materialien möglich. Auch hier können die Durchbrechungen durch Perforieren entweder im Presswerkzeug selbst oder nachträglich eingebracht werden. Darüber hinaus ist es dabei auch möglich, schon vorab „perforiertes" Material entsprechend zu verformen. Dazu kann ein dünnes Vlies Anwendung finden, welches einen mittleren Öffnungsanteil und einen mittleren Öffnungsdurchmesser aufweist, welche den Bemessungsregeln für die Durchbrechungen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 entsprechen.
    • 3. Ein die Platte bzw. die Schicht einerseits und die Trennwände der Kammer andererseits integrierendes Bauteil kann auch durch Gießen, Spritzgießen, Spritzpressen oder Spritzprägen hergestellt werden. Dabei empfiehlt sich auch hier die Verwendung ein und desselben Materials für Platte und Trennwände. Nach einer bevorzugten Ausbildung werden an eine mit den Durchbrechungen versehenen insb. nadelgewalzten Folie aus Polypropylen, insb. eine Aluminiumpolypropylenverbundschicht, die Trennwände mit der Kammerstruktur aus insb. Polypropylen angespritzt.

Claims (16)

  1. Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen (2) aufweisenden schalldämpfenden Platte (1) einer Dicke d zwischen 0,001 mm und 50 mm, bei der der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechung (2) zwischen 0,001 mm und 2 mm und das Lochflächenverhältnis zwischen 0,01 % und 8 % betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die schalldämpfende Platte (1) als frontseitige Abdeckung für ein System (3) von Kammern (4) verwendet ist, welche durch Trennwände (5) voneinander getrennt sind und im Wesentlichen unter rechtem Winkel zur Ebene der schalldämpfenden Platte (1) verlaufen.
  2. Schallabschirmelement mit mindestens einer viele kleine Durchbrechungen (2) aufweisenden Platte (1) oder Schicht einer Dicke d zwischen 0,001 mm und 50 mm, bei der der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechung (2) zwischen 0,001 mm und 2 mm und das Lochflächenverhältnis zwischen 0,01 % und 8 % betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) als frontseitige Abdeckung für ein System (3) von Kammern (4) verwendet ist, welche durch Trennwände (5) voneinander getrennt sind und im Wesentlichen unter rechtem Winkel zur Platte (1) verlaufen.
  3. Schallabschirmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind und sich die Trennwände (5) jeweils in einer im Wesentlichen geraden Ebene erstrecken.
  4. Schallabschirmelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) sich unter rechtem Winkel kreuzen.
  5. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (4) eine lichte Breite B zwischen 5 mm und 300 mm aufweisen.
  6. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) eine Wandstärke S zwischen 0,5 mm und 4 mm aufweisen.
  7. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochflächenverhältnis der Platte (1) zwischen 1 % und 8 % beträgt.
  8. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser oder die Breite der Durchbrechungen (2) zwischen 0,05 mm und 0,7 mm beträgt.
  9. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) aus einem Aluminum-Polypropylen-Verbund besteht.
  10. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) aus Polypropylen bestehen
  11. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System (3) von Kammern (4) und Trennwänden (5) an der der Platte (1) abgewandten Seite an eine Rückwand (6) anschließt.
  12. Schallabschirmelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (6) als Platte ausgebildet ist.
  13. Schallabschirmelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) mit den Trennwänden (5) einstückig ausgebildet sind.
  14. Schallabschirmelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) mit der Platte (1) aus einer Kunststoff-Folie tiefgezogen und/oder im Blasverfahren hergestellt ist.
  15. Schallabschirmelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern (4) bildenden Trennwände (5) an die Platte (1) angespritzt sind, welche aus einer nadelgewalzten Folie besteht.
  16. Schallabschirmelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die nadelgewalzte Folie aus einem Aluminium-Polypropylen-Verbund besteht.
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