DE2408028A1 - Schallschluckanordnung - Google Patents

Schallschluckanordnung

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Description

Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim
Schallschluckanordnung
Die Erfindung betrifft eine Schallschluckanordnung aus Schaumstoff.
Schallabsorbierende Materialien sind nach dem Stand der Technik offenzellige Faser- oder Schaumstoffe, deren Gerüst die durch den Schall bewirkten Wechselbewegungen der Luft hemmt, und die somit durch viskose Reibung Schallenergie in Wärme umwandeln. Beim Eintritt in einen solchen offenporigen Stoff wechselt der Schall nicht von einem Medium in ein anderes, sondern er bleibt in der Luft. Er kann deshalb bei ausreichend großer Forosität, die bei den meisten Schallschluckstoffen über 95 % liegt, leicht eindringen.
-2-
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Die-auf diesem Mechanismus basierende Forderung, daß Schallschluckstoffe offene Foren haben müssen, hat mancherlei anwendungstechnische Nachteile zur Folge. Schallschluckplatten verschmutzen leicht, sind nicht abwaschbar, saugen Wasser, öl oder andere Flüssigkeiten auf und werden dann unwirksam, können nicht übermalt werden usw. Da Schallschluckplatten wegen ihrer Porosität zugleich Wärmedämmplatten sind, bildet sieh im Inneren der Platten häufig Kondenswasser, das dann abtropft (Schwimmbaddecken). Diese Nachteile versucht man zu vermeiden, indem man die Sichtseite der Platten mit dünnen Kunststoff-Folien abdeckt. Dadurch wird aber das Eindringen des Schalles in den Schallschluckstoff erschwert. Die Abdeckfolie reflektiert einen Teil des Schalles, und zwar um so mehr je höher die Frequenz ist, je schwerer die Folie ist und je dichter sie auf dem Schluckstoff aufliegt. Die Forderung nach mechanischer Festigkeit der Folien führt dabei stets zu unbefriedigenden Kompromissen. Vorteile hat diese Anordnung lediglich für die Absorption tiefer Frequenzen, die durch Resonanzwirkung gegenüber nicht abgedeckten Schluckstoffen etwas erhöht werden kann.
Grundsätzlich gibt es eine zweite Möglichkeit der Schallabsorption, nämlich die Energieumwandlung durch die vom Schall verursachte Deformation fester Körper. Diese Erkenntnis ist nicht neu, sie wird seit langem zur Absorption von Flüssigkeits- und Körperschall genutzt. Für Luftschall war das bisher nicht möglich, weil die hohen Eingangswiderstände fester Körper das Eindringen von Luftschall praktisch unmöglich machen. Der Eingangswiderstand Z eines Mediums für Schallwellen ist gegeben, durch das Produkt aus der Dichte 5 und Schallgeschwindigkeit
Z = j>. c (1) -3-
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Da auch die leichtesten Peststoffe wie z.B. Kunststoffschäume eine mindestens um den Paktor Io höhere Dichte 'S aufweisen als Luft, wird allein dadurch der Eingangswiderstand des Festkörpers Z_ mindestens um den Paktor Io größer als der Wellenwiderstand ZT der Luft. Es ergibt sich danit ein Reflexionsfaktor r an der Oberfläche, der auf jeden Fall größer ist als
W ZT Io - 1
> = o,82 (2)
Zp + ZL Io
Bei allen geschlossenzelligen Hartschäumen wie z.B. polystyrolschaum ist überdies die Steife des Gerüstes so hoch, daß auch die Schallgeschwindigkeit c„ im Peststoff wesentlich größer ist als die Schallgeschwindigkeit Ct in Luft, so daß das Verhältnis
ZL 5L · CL
noch ungünstiger wird. Außerdem sind bei den bekannten Hartschäumen die inneren Verluste so klein, daß durch Deformation eine nennenswerte Schallabsorption nicht erzielbar ist.
Geschlossenzellig.e Weichschäume, insbesondere vernetzter Polyäthylenschaum, bieten eine bessere Ausgangsbasis. Die inneren Verluste sind hoch, insbesondere bei Schubdeformation, und die Gerüststeife ist gering. Die derzeit erzielbare minimale Dichte ° p ist noch etwa 2o Mal größer als die der Luft, dafür ist aber die Schallgeschwindigkeit Cp mit der von Luft etwa vergleichbar.
-H-
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-if-
2468028
Benutzt man einen solchen Schaum mit Z„ = 2o Z^ als Schallabsorber, so ist der Erfolg noch gering. Rechnerisch ergibt sich für senkrechten Schalleinfall
JJ = ο,9 (M
21
ί- IvI 2 = 0,19 (5)
also ein Schallabsorptionsgradctvon nur 19 %» der 7,w«r> Hp-i schrägem Schalleinfall etwas größer wird, aber damit noch nicht ausreichend ist. Geschlossenzellige Schaumstoffe werden deshalb für Schallabsorptionszwecke nicht eingesetzt.
Es wurde nun gefunden, daß sich überraschenderweise geschlossenzellige Weichschäume zur Schallabsorption einsetzen lassen, wenn die Schallschluckanordnung in bestimmter Weise strukturiert ist. Demgemäß wird eine Schallschluckanordnung aus Schaumstoff vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch mindestens eine flächige Deckschicht aus geschlossenzelligem Weichschaum mit einem Raumgewicht unterhalb 5o kp/r , eine hinter der Deckschicht angeordnete Kernschicht und gegebenenfalls ein Versteifungselement, wobei die Kernschicht Hohlräume aufweist und derart punktförmig und/oder durch Stege mit der Deckschicht verbunden ist, daß die Verbindungsstellen weniger als zwei Drittel der Deckschichtoberfläche ausmachen und der Abstand benachbarter Verbindungspunkte oder -linien kleiner als die lo-fache Deckschichtdicke ist. Bei einer Schallschluckanordnung dieses Typs ist durch die spezielle Strukturierung der Reflexionsfaktor r des homogenen Schaumes verkleinert, d.h. die Anpassung an die umgebende Luft wird verbessert und zwar so, daß bevorzugt Schubdefor- " mationen angeregt werden, die zu hohen inneren Verlusten führen.
-5-
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Figur I - IV zeigen jeweils im Querschnitt besonders vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Schallschluckanordnung.
Figur I zeigt die Weichschaumdeckschicht 1, welche nicht vollflächig aufliegt, sondern über eine Abstandshalter H aufweisende Kernschicht 2 nur punkt- oder linienförmig gestützt wird. Die zwischen der geschlossenzelligen Weichschaumschicht 1 und der Wand 3 angeordneten starren Abstandshalter 4 können beispielsweise Wabenstruktur aufweisen. Der Schalldruck einer einfallenden Schallwelle verursacht bei dieser Anordnung zusätzlich zur Kompression der Schaumschicht eine erzwungene Biegung zwischen den Auflagepunkten oder -linien. Die Eingangsimpedanz der Schaumschicht wird dadurch vermindert. Solange die Dicke D der Deckschicht nicht klein gegen den Abstand A der Auflager ist, solange also D und A von gleicher Größenordnung sind, ist diese Biegung mit erheblichen Schubdeformationen verbunden, so daß die gewünschten inneren Verluste auftreten. Dabei bildet die Deckschicht 1 zusammen mit dem dahinterliegenden Lufthohlraum in der Kernschicht zwangsläufig einen Resonator, dessen Eigenfrequenz von Masse und Biegesteife der Schaumschicht 1 und von der Tiefe der Kernschicht 2 abhängig ist. Die Resonatorwirkung kann erwünscht sein, wenn gezielt tieffrequenter Schall absorbiert werden soll. Meist wird jedoch breitbandige Wirksamkeit verlangt, die bei dem Weichschaum, z.B. Polyäthylenschaum, wegen der hohen inneren Dämpfung weitgehend zwangsläufig auftritt. Es kann vorteilhaft sein, eine gleichmäßigere Absorption in einem breiten Frequenzbereich dadurch zu erzielen, daß man den Abstand A zwischen benachbarten Auflagen örtlich systematisch oder statistisch variiert.
-6-
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-6- 24Θ8028
Dadurch verteilen sich die Resonanzfrequenzen über einen breiten Frequenzbereich.
Figur II zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Schallschluckanordnung. Zur Verringerung der Eingangsimpedanz der Platte und damit zur Verringerung des Reflexionsfaktors r sind an Stelle der starren Abstandshalter nachgiebige, ebenfalls aus Weichschaum bestehende Abstandshalter 4 vorgesehen. Zwischen der Deckschicht 1 und der Wand 3 befindet sich demnach eine aus Weichschaum-Säulen bzw. -Stegen 4 aufgebaute Kernschicht 2, z.B. eine analog dem Streckmetall durch Schlitzen und Dehnen hergestellte Weichschaumwabe. Stege oder Säulen sind im allgemeinen deswegen günstiger als eine homogene Schaumschicht, weil sich in ihnen der Schall in Form von Dehnwellen fortsetzt, die eine kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit haben als die Dichte-Wellen im homogenen Medium. Die Schallgeschwindigkeit c„ in Gleichung 3 wird damit kleiner, die Anpassung besser.
Im oben erwähnten Sinne kann es günstig sein, von der regelmäßigen Struktur der Kernschicht 2 abzuweichen und die Auflagepunkte der Deckschicht 1 statistisch zu verteilen. Figur III zeigt eine entsprechend konstruierte Anordnung, die als Kernschicht 2 eine lose gebundene Schicht aus.Schaumstoffgranulat 5 enthält. Als Schäumstoffgranulat können zu diesem Zweck Schaumstoffabfälle verwendet werden.
Die zweischichtige Schallschluckanordnung wird nach einer zweckmäßiKen Ausgestaltung' der Erfindung aus Gründen der besseren Handhabung und um das Eindringen von Wasser in die Hohlräume zu vermeiden auf der Rückseite mit einer Folie kaschiert.
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Bewährt hat sich insbesondere die Kaschierung mit einer Papierschicht, weil die Schallschluckanordnung dann mit üblichen Dispersionsklebern verklebt werden kann. Bei Polyäthylen, das neben anderen bekannten Weichschäumen mit Raumgewichten unterhalb 5o kp/nr wie beispielsweise Folybutylenen oder Polyäthylen und Folybutylen enthaltenden Mischpolymerisaten, gummiartigen Weichschäumen oder dgl., als geschlossenzelliger Schaum im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist, ist das Aufkaschieren beliebiger Materialien mittels Flammkaschierung sehr einfach, während in anderen FSllen ein Verkleben günstiger sein kann. Bei Polyäthylen beispielsweise bereitet das Verkleben bekanntlich Schwierigkeiten.
Besonders große Wirksamkeit erhält man, wenn Schallschluckanordnungen der beschriebenen Art gemSP. Figur IV mehrfach hintereinander geschaltet werden, derart, daß Deckschicht 1 und Abstandhalter 2 einander in stetem Wechsel folgen. Durch Messungen konnte festgestellt werden, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles in einer solchen Anordnung bis auf 1/5 der Luftschallgeschwindigkeit reduziert werden kann, so daß die beschriebene Anordnung im Vergleich zu einem konventionellen, offenporigen Absorber bei gleicher Wirksamkeit nur 1/5 von dessen Schichtdicke benötigt.
Die erfindungsgemijße Schallschluckanordnung kann mit Vorteil auch beidseitig absorbierend ausgeführt sein, xirie dies beispielsweise bei der Verwendung als Schalldämpferkulisse erforderlich ist. In diesem Falle wird entsprechend Figur V die Anordnung symmetrisch aufgebaut. Zwischen zwei Platten 1 aus Weichschaum ist wiederum die Kernschicht 2 vorgesehen. In der Kernschicht 2 befinden sich Abstandshalter 4. In der Mittelebene kann dabei als versteifendes Element 6 eine Blechplatte oder ein Gitter eingelegt sein.
-8-509834/0201
-8- 24Ö8028
Die Schallschluckanordnung kann von der Materialseite her und hinsichtlich des Aufbaues bei Beachtung der erfindungsgemäßen Merkmale weitgehend variiert und jeweils dem entsprechenden Zweck angepaßt werden. So liegt beispielsweise die bevorzugte Größe für Flatten, deren akustische Wirksamkeit bei etwa 3oo Hz als untere Grenzfrequenz beginnen soll, bei einer Deckschichtstärke von 5 nm und einer Kernschichtdicke von 25 nm.
Für Schalldämpferkulissen ergibt sich unter den gleichen Bedingungen die doppelte Stärke, nämlich zweimal 5 ram für die Deckschichten und ca. 50 mm Kernschichtdicke.
Die beidseitig absorbierend gestaltete, symmetrisch aufgebaute Platte kann auch als schallabsorbierende Stellwand oder als Schallschutzzaun verwendet werden. Hierbei läßt sich die Schalldämmung dadurch erhöhen, daß die ohnehin erforderliche versteifende Finlage in der Mittelebene angemessen schwer gewählt wird.
Durch rückseitige Kaschierung der Schallschluckanordnung mit einer schweren Folie oder mit einer Blechplatte kann deren Schalldämmung so erhöht werden, daß sie als Baustoff für schalldämmende Hauben an Maschinen oder Ähnlichem verwendbar ist. Bei Hauben dieser Art wird im allgemeinen eine Schalldämmung, von ca. 2o dB gefordert, was mit einer biegeweichen Schicht, z.B. einer Gummiplatte schon mit einem Flächengewicht von
2
3 kp/m erreichbar ist. Unabdingbare Forderung ist außerdem die schallschluckende Auskleidung der Innenseite, wofür die geschlossenzellige Schallschluckanordnung sich sehr gut eignet, weil sie z.B. gegen ölspritzer völlig unempfindlich ist.
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509834/0201
-ft*-
Für den Bau schalldämmender Hauben ist es konstruktiv günstig, das Wandmaterial als Bahnenware verfügbar zu haben, die in Querrichtung versteift ist, so daft ein stützenfreies Verlegen über größere Breiten möglich wird, die in Längsrichtung aber rollbar bleibt. Ein Beispiel für den Aufbau eines derartigen schallabsorbierenden und schalldämmenden Wandmaterials ist eine etwa 5 mm starke Weichschaum-Deckschicht in Verbindung mit einer etwa 2o mm starken Weichschaum-Kernschicht, die aus Granulat aufgebaut ist.
Es kann weiterhin Streckmetall vorgesehen sein und eine 1,5 mm starke Gummifolie, die mit Schwerspat zur Gewichtserhöhung gefüllt ist. Das Streckmetall übernimmt dabei die Punktion der in einer Richtung steifen, in der anderen Richtung biegsamen Armierung. Die Struktur des Streckmetalls erlaubt bei geringeren Ansprüchen auch den Verzicht auf die Kernschicht, weil sie die an die Kernschicht gestellten Strukturforderungen erfüllt. Dadurch ließe sich der Aufbau vereinfachen und die Schallschluckanordnung besteht in diesem Falle nur aus etwa 2o mm Weichschaum-Deckschicht, Streckmetall mit einer Maschenweite größer als Io mm und einer Gummifolie.
-lo-
509334/0201

Claims (12)

  1. Patentansprüche:
    Schallschluckanordnung aus Schaumstoff, gekennzeichnet durch mindestens eine flächige Deckschicht (1) aus geschlossenzelligem Weichschaum mit einem Raurngewicht unterhalb 5o kp/m , eine hinter der Deckschicht angeordnete Kernschicht (2) und gegebenenfalls ein Versteifungselement (6), wobei die Kernschicht (2) Hohlräume aufweist und derart punktförmig und/oder durch Stege mit der Deckschicht verbunden ist, daß die Verbindungsstellen weniger als zwei Drittel der npbkschichtoberfläche ausmachen und der Abstand benachbarter Verbindungspunkte oder -linien kleiner als die lofache Deckschichtdicke ist.
  2. 2. Schallschluckanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) Wabenstruktur aufweist.
  3. 3· Schallschluckanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) aus geschlossenzelligem Weichschaum besteht.
  4. 4. Schallschluckanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) aus Schaumstoff granulat (5) besteht, wobei der mittlere Teilchendurchmesser des Granulates (5) von der gleichen Größenordnung ist wie die Dicke der Deckschicht (1).
  5. 5. Schallschluckanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Anordnungen gemäß Anspruch 1-4 mehrfach hintereinander angeordnet werden.
    -11-
    509834/0201
  6. 6. Schallschluckanordnung nach Ansnruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) rückseitig mit einer Folie kaschiert ist.
  7. 7. Schallschluckanordnung nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) rückseitig zur Erleichterung des Verklebens mit Papier kaschiert ist.
  8. 8. Schallschluckanordnung nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß sie symmetrisch aufgebaut ist und die Kernschicht (2) beidseitig durch eine Deckschicht (1) aus geschlossenzelligem Weichschaum abgeschlossen ist.
  9. 9· Schallschluckanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelebene eine starre Platte als Versteifungselement (6) vorgesehen ist.
  10. 10. Schallschluckanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kaschierung vorgesehene Folie zur Erhöhung der Schalldämmung der
    ρ Anordnung ein Flächengewicht von mehr als 2 kp/m aufweist.
  11. 11. Schallschluckanordnung nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen der Kernschicht (2) und der Kaschierungsfolie eine die Anordnung in einer Richtung versteifende Armierung aufweist.
  12. 12. Schallschluckanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierung durch geeignete Ausgestaltung gleichzeitig Kernschicht (2) ist.
    -12-
    S09834/0201
    13· Schallschluckanordnung nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (2) rückseitig zur Erhöhung der Schalldämmung und zur Versteifung mit einem Metallblech kaschiert ist.
    509834/0201
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