DE102005003994B4

DE102005003994B4 - Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers

Info

Publication number: DE102005003994B4
Application number: DE102005003994.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schievelbusch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102005003994A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers (1), bestehend aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente (2),wobei eine Kunststofffolie (3) von zumindest zwei Kunststofffolien (3, 4) zur Ausbildung von Hohlkammerelementen (2) zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie (4), die Öffnung der gebildeten Noppen schließend, mit der ersten Kunststofffolie (3) zusammengefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberteil oder Absorber-Strukturteil mit einer örtlich unterschiedlichen Absorptionscharakteristik ausgebildet wird, indem die Hohlkammerelemente (2) mit einer unterschiedlichen Spannung oder Schlaffheit der Außenhaut derselben hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
Akustische Absorber dienen der Vernichtung von Schallenergie und werden überwiegend vor festen Wänden positioniert.
Sie können nach Heckl/Müller, „Taschenbuch der technischen Akustik“, Springer-Verlag, in folgende Klassen eingeteilt werden:

- poröse Absorber: Vliese (z. B. Baumwollfaservliese) und offenporige Schäume, welche Schallenergie durch Strömungsreibung absorbieren;
- Resonanzabsorber (z. B. Helmholtz-Resonatoren), wobei Schallenergie durch die Reaktion des Schallfeldes mit einem Resonator (z. B. Loch mit dahinter angeordnetem Hohlraum) absorbiert wird;
- Plattenabsorber (z. B. schlaff gespannte Folien vor einer Wand), welche dem Schallfeld Energie entziehen durch Anregung einer mechanischen Schwingung besagter Platte.

In der Praxis haben sich insoweit Absorber, wie Schäume, Faservliese u. dgl. sowie Resonanzabsorber, wie gelochte Akustikdecken, bewährt, wobei im Fahrzeugbau im speziellen poröse Absorber, wie Schnitt- und Formschäume, Baumwollfaservliese, Polyestervliese und für Spezialanwendungen aufgrund ihrer hohen Absorptionsfähigkeit und ihres geringen Gewichtes jedoch relativ kostenintensive Kunststoff-Vliese Verwendung finden.
Des Weiteren finden für Spezialanwendungen, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, Absorber mit gemischter Wirkungsweise Anwendung (Schaum in Folie, Kästchenabsorber u. a.).
Die Kosten für derartige Absorber im Automobilbau liegen zwischen etwa 1,-- Euro und etwa 4,-- Euro pro m². Die Kosten für Spezialmaterialien, wie z. B. Melaminschaum oder besagte Kästchenabsorber liegen noch darüber.
Mit der DE 195 29 440 A1 ist z. B. ein akustischer Absorber nach Art eines aufwendig herzustellenden und demgemäß kostenintensiven Kästchenabsorbers offenbart, wobei die Hohlkammern aufgrund einer gewünschten ausreichenden mechanischen Stabilität durch weitestgehend starre Wände gebildet sind.
Ferner ist aus der EP 1 060 094 B1 eine Schallschutzabschirmung mit einer Kunststoff aufweisenden Schwerschicht offenbart, von der sich Vertiefungen nach mindestens einer Außenseite der Schwerschicht öffnen, wobei die Vertiefungen der Schwerschicht als Kammern ausgebildet sind.
Aus der EP 0 781 445 B1 ist ein aufwendiger und relativ starrer Schichtenabsorber zum Absorbieren von akustischen Luft-Schallwellen mit einer Anzahl von Schichten, darunter mindestens einer dünnen Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,01 und 5 mm, die im Abstand voneinander gehalten sind, bekannt. Im Wesentlichen wird hier vorgeschlagen, dass einerseits die Schichten und andererseits die den Abstand zwischen diesen sicherstellenden Zwischenschichten bzw. Abstandshalter unterschiedliche Dichten und/oder Steifigkeiten aufweisen, und dass die Zwischenschichten bzw. Abstandhalter derart ausgebildet sind und angeordnet sind, dass in den Zwischenräumen zwischen den Schichten mehrere Resonanzkammern gebildet sind.
All den vorgenannten akustischen Absorbern ist gemein, dass diese relativ starr ausgebildet und/oder aus verschiedensten Materialien oder Materialdicken hergestellt sind, welches sich für die Nutzer derartiger Absorber hinsichtlich der Kosten als nachteilig auswirkt.
Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, ist aus der DE 32 33 654 C2 ein schallabsorbierendes Bauelement bekannt, welches aus einer ersten Folie, die dem Schallfeld auszusetzende, bei Schalleinfall zu verlustbehafteten Schwingungen anregbare Bodenflächen von rasterförmig angeordneten becherförmigen Eintiefungen bildet, sowie aus einer ebenen, die Eintiefungen luftdicht oder im Wesentlichen luftdicht abdeckenden zweiten Folie besteht. Im Innenraum der becherförmigen Eintiefungen herrscht der gleiche Druck wie in der umgebenden Atmosphäre. Aus der DE 296 05 599 U1 ist es bekannt, eine herkömmliche, aus der Verpackungsindustrie bekannte Verbundfolie, auch als Luftpolsterfolie bezeichnet, zur Herstellung eines schallabsorbierenden Bauteils zu verwenden. Darüber hinaus ist aus dieser Druckschrift ein mehrschichtiges, schallabsorbierendes Bauteil zum Aufbringen auf eine im Wesentlichen starre Trägerschicht oder in Verbindung mit dieser bekannt, welches Bauteil eine im Wesentlichen poröse Weichschicht, die im Wesentlichen aus Schaumstoff besteht und zur Bildung schallabsorbierender Resonanzeffekte ein System von Kammern aufweist, sowie eine dünne Abdeckschicht zumindest an der der Trägerschicht abgewandten Seite umfasst. Die Resonanzkammern sind dabei durch eine verformte und biegbare Folie gebildet, auf welche die poröse Weichschicht an der der Trägerseite abgewandten Seite aufgeschäumt ist. Aus der EP 1 267 324 A2 ist ein Luftschall absorbierendes Formteil bekannt, welches eine luftundurchlässige Kunststoff-Folie aus einem thermoplastischen Kunststoff und ein luftdurchlässiges Folienmaterial, welches ohne Klebstoffschicht mit der Kunststoff-Folie verschweißt ist, aufweist. Die dadurch entstandenen Hohlkammern können durch entsprechende Geometrie, insbesondere durch Variation der Kammergröße, auf die gewünschten Schallabsorptionswerte eingestellt werden. Die DE 27 58 041 A1 beschreibt ein schallabsorbierendes, nur aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folien, insbesondere Kunststofffolien, bestehendes Bauelement zur Auskleidung von Innenräumen. Mindestens eine Folie weist dabei rasterförmig nebeneinander liegende becherförmige Vertiefungen auf, deren Bodenflächen bei Schalleinfall zu verlustbehafteten Schwingungen anregbar sind. Die Vertiefungen sind gemeinsam von einer weiteren, ebenfalls schwingungsfähigen ebenen Folie abgedeckt, wobei das in den Vertiefungen enthaltene Luftvolumen luftdicht abgeschlossen wird. Aus der DE 24 44 737 A1 ist ein Leichtbauelement bekannt, welches durch Stützkörper, insbesondere in Form hohler Kugeln gebildet ist, welche Stützkörper untereinander kontaktieren und vermittels eines Gießharzes, der die verbleibenden Zwischenräume zwischen den Stützkörpern einnimmt, untereinander verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers anzugeben.
Das Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers, bestehend aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente, wobei zumindest eine Kunststofffolie von zumindest zwei Kunststofffolien zur Ausbildung von Hohlkammerelementen zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie, die Öffnung der gebildeten Noppen schließend, mit der ersten Kunstofffolie zusammengefügt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass das Absorberteil oder Absorber-Strukturteil mit einer örtlich unterschiedlichen Absorptionscharakteristik ausgebildet wird, indem die Hohlkammerelemente mit einer unterschiedlichen Spannung oder Schlaffheit der Außenhaut derselben hergestellt werden.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Insoweit kann es auch von Vorteil sein, die Hohlkammerelemente mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite auszubilden. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl derart hergestellter akustischer Absorber übereinandergeschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Ebenso ist es denkbar und wird durch die Erfindung mit erfasst, dass die zunächst gebildeten Hohlkammerelemente zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herausgelöst und nachfolgend zu einem Strukturteil verbunden werden. Zweckmäßigerweise werden dabei die Hohlkammerelemente in Form von separaten Folienblasen innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander stoffschlüssig verbunden. Der Stoffschluss kann besonders einfach und kostengünstig thermisch, chemisch und/oder vermittels eines Klebstoffes bewerkstelligt werden. Bevorzugt wird als Folienmaterial eine flexible Kunststofffolie verwendet, weiter bevorzugt mit einer Materialdicke von 20 µm bis 400 µm. Ferner wird vorgeschlagen, derartige akustische Absorber im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs unterhalb von Verkleidungen, wie der Innenraumverkleidung und/oder der cw-Verkleidung am Unterboden/Stoßfänger, und/oder im Motor- und/oder Kofferraum anzuordnen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 die Schnittdarstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten akustischen Absorbers mit geschlossenen Hohlkammerelementen in seiner einfachsten Ausgestaltung als flächenförmiges Absorberteil, und
2 eine vergleichende Darstellung des Absorptionsverhaltens eines herkömmlichen akustischen Absorbers in Form eines Baumwollfaservliesabsorbers als Plattenware und eines akustischen Absorbers nach 1.

1 zeigt äußerst schematisch einen akustischen Absorber 1 als flächenförmiges Absorberteil, welches aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Hohlkammerelemente 2, auch als Noppen bezeichnet, besteht, die ihrerseits mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllt sind.
Das flächenförmige Absorberteil ist aus einem einheitlichen dünnen Folienmaterial hergestellt, wobei sich eine flexible Kunststofffolie mit einer Materialdicke von etwa 20 µm bis etwa 400 µm besonders angeboten hat.
Ein derartiger akustischer Absorber 1 kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, indem wie vorliegend zumindest eine Kunststofffolie 3 zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie 4 derart mit der ersten Kunststofffolie 3 zusammengefügt wird, dass die Öffnung der gebildeten Noppen geschlossen wird.
Die nunmehr ausgebildeten Hohlkammerelemente 2 sind dabei mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein, wobei durch die Wahl des verwendeten Gases in Grenzen Einfluss auf das gewünschte Absorptionsverhalten des akustischen Absorbers 1 genommen werden kann.
Das Zusammenfügen der beiden Kunststofffolien 3, 4 erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, wobei besagter Stoffschluss sowohl thermisch als auch chemisch bewerkstelligt werden kann. Denkbar ist es jedoch auch, zum Fügen einen geeigneten Klebstoff zu verwenden.
Um örtlich unterschiedliche Absorptionscharakteristiken zu erzeugen, ist die Außenhaut der Hohlkammerelemente 2 jeweils infolge eines bestimmten Innendruckes mit einer bestimmten Spannung oder mit einer gewissen Schlaffheit ausgebildet.
Durch die Wahl der Abmaße der Hohlkammerelemente 2, sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser respektive der Breite derselben, kann des Weiteren in bestimmten Grenzen Einfluss auf das Absorptionsverhalten des akustischen Absorbers 1 genommen werden (nicht näher gezeigt).
Alternativ oder in Kombination mit vorstehenden Ausführungsformen können auch mehrere jeweils aus zwei oder mehr Kunststofffolien 3, 4 hergestellte akustische Absorber 1 übereinander geschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Zur Herstellung eines akustischen Absorbers 1 in Form eines nicht näher dargestellten sogenannten Strukturteiles wird des Weiteren vorgeschlagen, die vorstehend hergestellten Hohlkammerelemente 1 zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herauszulösen, beispielsweise herauszustanzen, um diese dann innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander wiederum stoffschlüssig zu verbinden.
Die hergestellten flächenförmigen Absorberteile bzw. Absorber-Strukturteile sind besonders geeignet, im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs zur Schallabsorption Verwendung zu finden. So können derartige akustische Absorber 1 unterhalb von Verkleidungen, wie der Innenraumverkleidung und/oder der cw-Verkleidung am Unterboden/Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, und/oder im Motor- und/oder Kofferraum angeordnet sein. Weitere vorteilhafte Anwendungsfälle, die nicht vordringlich auf den Kraftfahrzeugbau beschränkt sind, sind ebenfalls denkbar.
Durch die Verwendung von Folien, insbesondere Kunststofffolien 3, 4, ist eine schädliche Faserbelastung, wie sie bei der Produktion und Verarbeitung von herkömmlichen akustischen Dämmungs- und Dämpfungsmaterialien, wie beispielsweise Faservliesen, auftreten kann, ausgeschlossen. Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, dass Kunststofffolien 3, 4 weitestgehend unverrottbar sind, keine Schadstoffemission aufweisen sowie im Hinblick auf poröse Absorber keine Feuchtigkeit aufnehmen.
2 zeigt anhand zweier Kurvenverläufe I, II des Schallabsorptionsgrades „a“ (gemessen nach DIN EN ISO 10534-2) über die Schall-Frequenz „f“ zum einen das Absorptionsverhalten eines herkömmlichen hochwertigen Baumwollfaservliesabsorbers als Plattenware mit einer Dicke von 11 mm -Kurve I- und zum anderen das Absorptionsverhalten einer an sich bekannten und auf dem Markt erhältlichen Luftpolsterfolie aus Polyethylen (PE) -Kurve II- mit einer Dicke von 6 mm und einem Noppendurchmesser von 10 mm. Wie unschwer zu erkennen ist, reichen die Absorptionseigenschaften der Luftpolsterfolie an die Absorptionseigenschaften des Baumwollfaservlieses heran, wobei bezogen auf die Absorberdicke die Luftpolsterfolie als vorteilhafter einzuschätzen ist.
Weitere gängige Folienausführungen für Zweischichtfolien in Form von Luftpolsterfolien sind z. B. auch:

- Noppenhöhe 4 mm; Noppendurchmesser 10 mm; Materialdicke 60 µm bis 400 µm,
- Noppenhöhe 8 mm; Noppendurchmesser 18 mm; Materialdicke 100 µm und dicker.

In einem Mittelklassefahrzeug wurden Absorbermaterialien in Form der erfindungsgemäß ausgebildeten akustischen Absorber 1 für ca. 10,-- EUR mit einem Gewicht von ca. 3 kg verbaut. Selbst bei nur teilweiser Verwendung derartiger Absorber 1 ergibt sich hier ein enormes Gewichts- und Kosteneinsparungspotential.
Bezugszeichenliste

1: akustischer Absorber
2: Hohlkammerelemente
3: Kunststofffolie
4: Kunststofffolie
I: Kurvenverlauf für das Absorptionsverhalten eines Baumwollfaservlieses
II: Kurvenverlauf für das Absorptionsverhalten einer Luftpolsterfolie aus PE

Claims

Verfahren zur Herstellung eines akustischen Absorbers (1), bestehend aus einer Vielzahl neben- und/oder übereinander angeordneter und mit Luft oder einem anderen geeigneten Gas gefüllter sowie aus gleichartigem Folienmaterial gebildeter und zu einem flächenförmigen Absorberteil oder zu einem Absorber-Strukturteil verbundener Hohlkammerelemente (2),wobei eine Kunststofffolie (3) von zumindest zwei Kunststofffolien (3, 4) zur Ausbildung von Hohlkammerelementen (2) zunächst in ein bestimmtes Noppenmuster tiefgezogen und nachfolgend die zweite Kunststofffolie (4), die Öffnung der gebildeten Noppen schließend, mit der ersten Kunststofffolie (3) zusammengefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberteil oder Absorber-Strukturteil mit einer örtlich unterschiedlichen Absorptionscharakteristik ausgebildet wird, indem die Hohlkammerelemente (2) mit einer unterschiedlichen Spannung oder Schlaffheit der Außenhaut derselben hergestellt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerelemente (2) mit unterschiedlichen Abmaßen sowohl in der Höhe als auch im Durchmesser oder der Breite ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung örtlich unterschiedlicher Absorptionscharakteristiken die Außenhaut der Hohlkammerelemente (2) jeweils infolge eines bestimmten Innendrucks mit einer bestimmten Spannung oder mit einer gewissen Schlaffheit ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl derart hergestellter akustischer Absorber (1) übereinandergeschichtet und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gebildeten Hohlkammerelemente (2) zur Ausbildung von separaten Folienblasen aus ihrem Verbund mechanisch herausgelöst und nachfolgend zu einem Strukturteil verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerelemente (2) in Form von separaten Folienblasen innerhalb einer das gewünschte Strukturteil abbildenden Form untereinander stoffschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss thermisch, chemisch und/oder vermittels eines Klebstoffes bewerkstelligt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Folienmaterial eine flexible Kunststofffolie (3, 4) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststofffolie (3, 4) mit einer Materialdicke von 20 µm bis 400 µm verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Absorber im Innen- und/oder Außenbereich eines Kraftfahrzeugs unterhalb von Verkleidungen und/oder im Motor- und/oder Kofferraum angeordnet wird.