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DE3044865A1 - "schallabsorbierende platte" - Google Patents

"schallabsorbierende platte"

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DE3044865A1
DE3044865A1 DE19803044865 DE3044865A DE3044865A1 DE 3044865 A1 DE3044865 A1 DE 3044865A1 DE 19803044865 DE19803044865 DE 19803044865 DE 3044865 A DE3044865 A DE 3044865A DE 3044865 A1 DE3044865 A1 DE 3044865A1
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DE
Germany
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sound
membrane
honeycomb structure
absorbing plate
inner layer
Prior art date
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DE19803044865
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DE3044865C2 (de
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John Mark 16509 Erie Pa. Zalas
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UNITED MCGILL CORP GROVEPORT OHIO US
Original Assignee
Lord Corp 16512 Erie Pa
Lord Corp
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Publication date
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Description

Bekannte schallabsorbierende Platten für Decken und Wände hatten "bisher eine Membran, die auf einer schalldämpfenden porösen Schicht von Glasfasern, Steinwolle (Schlackenwolle) oder Wabenstrukturen "befestigt ist. Bei einer Art der "bekannten schalläbsorbierenden Platten dieses Typs ist eine Membran, die die Wabenstruktur bedeckt, porös, so daß die Schallwellen durch die Membran hindurchtreten können und wirksam in den Wabenzellen eingefangen werden. Diese sind über einen relativ weiten Bereich von Schallfrequenzen einschließlich der höheren Frequenzen wirksam. Andere Typen bekannter Platten verwenden nicEt-poröse Membranen in Kombination mit Glasfasern- oder Schlackenwolle-Verstärkung, aber diese sind in ihrer Wirksamkeit bei hohen Frequenzen stark begrenzt.
Obgleich sie bei hohen Frequenzen wirksam sind, ist eine Schwierigkeit bei den Platten, die poröse Membranen verwenden, diejenige, daß sie nicht zur Geräuschverminderung in Räumen verwendet werden können, die einen hohen Grad an Hygiene benötigen. Poröse Schallabsorber können leicht mit unerwünschten Verschmutzungen, wie z.B. Wasser, Öl, Schmutz und dgl. kontaminiert werden. Insbesondere können die porösen Schallabsorber eine Brutstätte für Pilze (fungus), Schimmel, Bakterien und andere unerwünschte lebende Organismen bilden. Solche Bedingungen können in Umgebungen mit hohen hygienischen Ansprüchen, wie z.B. lebensmittelverarbeitende Betriebe, Bäuereien, Fabriken für alkoholfreie Getränke und dgl. nicht geduldet werden.
Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, um poröse Materialien für die Verwendung als Schallabsorber unter hygienischen Bedingungen geeignet zu machen. Im allgemeinen schließt dies das Überziehen des porösen Materials mit dünnen,
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nicht-porösen polymeren Membranen, wie z.B. Mylar, eine zähe, durchsichtige, kältebeständige Polyesterfolie auf Basis Äthylengylkol und Terephthalsäure, Tedlar, eine witterungs- und chemikalienbeständige, metallisierbare, verschleißbare Folie aus Polyvinylfluorid, oder Polyäthylen, ein. Diese Membranen bieten zwar einen gewissen Schutz für das poröse Material, sie vermindern jedoch die akustische Wirkung, insbesondere bei höheren Frequenzen. Auch müssen diese Schutzmaterialien relativ dünn sein, um die Schallabsorptionscharakteristiken des porösen Materials nicht wesentlich zu beeinflussen. Dies Erfordernis macht diese Materialien anfällig für Verletzungen und Durchbohrungen und Unterwerfen des porösen Materials unter die Umweltbedingungen. Infolgedessen verbieten die neueren Qualifikationen der FDA und USDA deren Anwendung in Umgebungen unter hygienischen Bedingungen.
Eine weitere Klasse von Schallabsorbern, die für hygienische Bedingungen vorgeschlagen worden ist, verwendet Zellen oder Schlitze, in einer spezifischen geometrischen Anordnung um eine Geräuschverringerung zu erreichen. Während diese Zellen oder Schlitze mit einer porösen Schicht bedeckt werden können, werden ihre schallreduzierenden Eigenschaften wesentlich verschlechtert, wenn sie mit einer nicht-porösen Schicht bedeckt werden. Ein weiterer Nachteil dieser zellularen oder geschlitzten Absorber ist, daß die Zellen oder Schlitze Bereiche für organisches Wachstum bieten und nicht leicht zu reinigen sind. Weiterhin sind zellulare und geschlitzte Absorber relativ kostspielig und schwer, was für die Verwendung als Decken-Platten unerwünscht ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung neuer schallabsorbierender Vorrichtung für hygienische Bedingungen,
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die die Nachteile des oben ausgeführten Standes der Technik überwinden oder wesentlich vermindern. Das erfindungsgemäß schallabsorbierende Element ist einfach, wenig kostspielig, und ist charakterisiert durch eine hohe Breitband-Absorption verbunden mit einer nicht-porösen leicht zu reinigenden Oberfläche.
Die erfindungsgemäße schallabsorbierende Platte enthält eine innen Schicht mit einer wabenartigen Struktur, in der Hohlräume gebildet werden und an deren gegenüber liegenden Seiten nicht-poröse, leicht zu reinigende Platte befestigt sind. Wenigstens eine der Platten, die akustischen Schwingungen ausgesetzt wird, muß aus einer flexiblen Membran gebildet werden, deren Schwingungs-Eigenfrequenz im wesentlichen die gleiche ist, wie (1) die Schwingungs-Eigenfrequenz der Membran in Kombination mit dem Hohlraum in der Wabenstruktur der Innenschicht und (2) der Frequenz der stehenden Welle des Hohlraumes selbst. Im Gegensatz zu den Vorrichtungen aus dem Stand der Technnik, bei denen faserartige Materialien Schall absorbieren, durch den die Luftmoleküle sich relativ zu den Pasern bewegen und die akustische Energie durch Reibung in Wärme überführt wird, leitet die vorliegende Erfindung ihre akustische Absorption her aus der hysteretischen Dämpfung, die mit der Auslenkung der Membran·· selbst verbunden ist. Somit ist die Membran das primäre schallabsorbierende Element und durch geeignete Auswahl der Membraneigenschaften und der Geometrie der Wabenstruktur kann die Amplitude der Membranschwingung verbessert werden, wodurch sich eine hohe Breitband-Absorption ergibt.
Das obige und weitere Gegenstände und Maßnahmen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden näheren Beschreibung in
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-G-
Verbindung mit den Zeichnungen, die Bestandteile der Beschreibung sind.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines hygienischen schallabsorbierenden Elementes, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Figur 2 ist die Ansicht eines Querschnitts des Elements von Figur 1 entlang der Linie II-II der Figur 1;
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Wabenstruktur, die bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Figur 1 verwendet wird;
Figur 4 ist das Kurvenbild der Auftragung der Frequenz gegen den Absorptionskoeffizienten, die die durch die erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Elemente erreichte hohe Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich zeigt;
Figur 5 ist eine Draufsicht auf das hygienische schallabsorbierende Element, das einen Rahmen enthält; und
Figur 6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine flexible Membran auf einer Seite der Innenschicht mit Wabenstruktur enthält, die den einfallenden Schallwellen zugekehrt ist, und eine steife Verstärkung auf der anderen Seite, die von den einfallenden Schallwellen weggekehrt ist.
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In den Zeichnungen, und insbesondere in den Figuren 1 bis 3, umfaßt die schallabsorbierende Platte eine Innenschicht 10 mit Wabenstruktur, deren Details in Figur 3 gezeigt sind. Sie umfaßt im wesentlichen parallele Streifen 14 eines phenolisch imprägnierten Papiers, z.B. durch Phenolharz imprägniert, die durch geschlängelt gewundene Streifen 16 des gleichen Papiertyps aneinander geheftet und untereinander verbunden sind. In einem typischen Beispiel weisen die Streifen 14 und 16 eine Dicke (Breite) von etwa 38 mm (1,5 inches) auf, während die Zellen 18, die durch die geschlängelt gewundenen Streifen 16 gebildet werden, typischerweise eine Querschnittsfläche aufweisen, die einer Kreisfläche mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm (0,5 inch) äquivalent ist.
An die oberen und unteren Seiten der Innenschicht mit Wabenstruktur sind zwei flexiblen Membrane 20 und 22 durch einen Klebstoff an den oberen und unteren Kanten der Streifen 14 und 16 befestigt. Der Klebstoff kann irgendeiner der handelsüblichen Klebstoffe sein, wie z.B. ein Klebstoff auf Neopren-Kautschuk-Basis. Es ist jedoch wichtig, daß der Klebstoff zunächst auf die Kanten des Streifen 14 und 16 aufgetragen wird und daß die Membranen 20 und 22 danach an Ort und Stelle gepreßt werden. Wenn andererseits der Klebstoff die innere Oberfläche der Membran bedeckt, könnte er die akustischen Eigenschaften des Absorbers wesentlich verändern und/oder herabsetzen.
Es können verschiedene Type zellularer Strukturen als Innenschicht mit Wabenstruktur verwendet werden, wobei die wesentliche Bedingungen eine zellulare Struktur ist, die im Vergleich zu der daran befestigten flexiblen Membrane relativ starr ist. Die Hohlräume in der zellularen Struktur bilden
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strukturelle Grenzen für individuelle schallabsorbierende Segmente der Membran. Diese individuellen Membransegmente wirken in Kombination mit den ihnen entsprechend zugeordneten Hohlräumen so zusammen, daß der Schall in der im folgenden beschriebenen Weise absorbiert wird.
Es ist allgemein bekannt, daß beim Absorbieren von Schall durch faserartige Materialien die Luftmoleküle durch die Schallwellen relativ zu den Fasern bewegt werden, wodurch die akustische Energie durch Reibung in Wärme überführt wird. Im Gegensatz hierzu wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die akustische Absorption durch die hysteretische Dämpfung bewirkt, die mit der Auslenkung der Membran 20 oder 22 selbst verbunden ist. Der Betrag der stattfindenden Dämpfung hängt ab von der Amplitude der Membranauslenkung über jeder der Zellen 18, wenn sie durch Schallwellen erregt wird. Im Gegensatz zu den bekannten Absorbern ist daher die Membran 20 oder 22, die der einfallenden Schallenergie zugekehrt ist, das primäre schallabsorbierende Element. Um jedoch den Schall wirksam zu dämpfen, sollten die Eigenresonanzfrequenz der Membran 20 oder 22, die Eigenresonanzfrequenz der Membran in Kombination mit dem Hohlraum 18 und die Eigenresonanzfrequenz der stehenden Welle in den Hohlräumen 18 sehr nahe beieinander liegen bzw. eng übereinstimmen. Auf diese Weise kann eine hohe Breitband-Absorption erreicht werden. Die Eigenfrequenz der Membran wird gegeben durch:
fffl = 0,47 -| -τ/ E/ (1- 62) Hz
Die Eigenfrequenz der Kombination Membran/Hohlraum ist gegeben durch:
fc = 60//"Md" Hz
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Die Eigenfrequenz der stehenden Welle der Zelle ist gegeben durch:
worin bedeuten:
fm = Membran-Eigenfrequenz in Hz; t = Membrandicke in Meter;
a = Membranradius in Meter (d.h., der Radius des Kreises mit einer Fläche gleich der Querschnittsfläche der Zelle 18);
E = Elastizitätsmodul der Membran in Newtons/m^; P - Membrandichte in Kilogramm/m3; tJ = Poisson-Verhältnis der Membran;
f
c = Eigenfrequenz der Membran/Hohlraum in Hz;
M = Äquivalent-Oberflächenmasse der Membran in Kilogramm/m<;
M1 M2
M = -1 s
(M1 +M2)
M-],M2 = Jeweilige Oberflächenmassen der zwei Membrane in Kilogramm/m^·
d = Wabendicke in Meter; und fs = Frequenz der Resonanz der stehenden Welle in Hz zwischen der ersten Viertelwelle und der ersten Halbwelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Material für die Membranen 20 und 22 einen Polyurethanfilm mit einer Dicke von 0,038 mm (1,5 mils) und den folgenden Eigenschaften:
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-ΙΟ-
ΐ = 3,8 χ 1θ5 Meter;
E = 1θ9 Newtons/m2;
^ = 1,24 x 1θ5 Kilogramm/m3; und Ci = 0,4
Wie oben ausgeführt ist, ist die wabenartige Struktur 10 vorzugsweise etwa 3,8 cm dick und einem Zeil— "Durchmesser" von 1,27 cm C/2 inch) äquivalent. Anstelle von Polyurethan kann jedoch eine beliebige Plastikmembran verwendet werden, die eine Dichte von 0,78 bis 1,71 g/em3 (49 bis 107 Ib/ft^), einen Elastizitätsmodul von 70 bis 1,75 x 1θ5 kg/cm2 (1000 bis 25 χ 105 psi) und einen Verlustfaktor (Verlust-Tangente) von 0,01 bis 1,0 aufweist.
Der Verlustfaktor ist definiert als
Verlustfaktor = —£—
worin
d = die von der flexiblen Membran während eines Zyklus harmonischer Belastung verzehrte Energie und
u = die von der flexiblen Membran während eines Zyklus harmonischer Belastung aufgenommene Belastungsenergie
bedeutet, d.h. der Verlustfaktor ist das Verhältnis von aufgesetzter Energie zur Belastungsenergie.
Figur 5 zeigt das hygienische schallabsorbierende Element der vorliegenden Erfindung, an das ein Unirandungsrahmen 24 befestigt ist, wodurch die Wabenstruktur völlig eingehüllt wird und wodurch das gesamte Element nicht-porös und wasserfest gemacht
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wird. In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die ähnlich der nach den Figuren 1 und 2 ist, worin jedoch die Membran 22 durch eine starre Verstärkungsplatte 26 ersetzt ist, die beispielsweise ein nicht-poröses Material wie z.B. Stahl oder Plastik, sein kann. Die Schallwellen müssen natürlich auf die Frontplatte 20 gerichtet werden, die flexibel ist, so daß sie die Schallenergie absorbieren kann.
In Figur 4 sind die akustischen Ergebnisse für die Ausführungsform der Figur 6 gezeigt. Es ist festzustellen, daß die maximale Absorption bei einer Frequenz von etwa 1000 Hertz stattfindet; jedoch wird eine recht gute Absorption zwischen etwa 200 Hertz und 4000 Hertz erreicht. Die in Figur 4 gezeigten Ergebnisse wurden durch eine schallabsorbierende Platte mit einer wabenartigen Struktur einer Dicke von 5,8 cm (one and one-half inches) erreicht, die an ihrer Oberseite an einem Polyurethanfilm einer Dicke von 0,038 mm (1,5 mil) mit den oben angegebenen Eigenschaften befestigt war.
Die Erfindung betrifft somit eine nicht-poröse, schallabsorbierende Platte, die leicht gesäubert werden kann und die für die Verwendung unter stark feuchten, hygienischen Bedingungen gedacht ist. Die Platte umfaßt zwei nicht-poröse Membranen oder Platten, die an gegenüber liegenden Seiten einer wabenartigen Struktur befestigt sind. Wenigstens einer der Membranen ist aus einem schallabsorbierenden Material geformt, bei der die Eigenfrequenz der Membran, die Eigenfrequenz von Membran/Wabenstruktur und die Eigenfrequenz der stehenden Welle der Wabenhohlräume sehr eng zusammenfallen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Membran eine Polyurethanplatte, während die wabenartige Struktur aus einem phenolisch imprägnierten Papier, z.B. mit Phenolharz imprägniert, besteht.
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Obgleich die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen näher erläutert ist, ist es dem Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Abänderungen in der Form und der Anordnung der Teile gemacht werden können, wobei die erfindungsgemäßen Bedingungen eingehalten werdne, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß eine Anzahl verschiedener Wabenmaterialien und Membranmaterialien verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine Aluminiumwabenstruktur mit hexagonalen Zellen oder eine Plastik-Wabenstruktur mit quadratischen, rechteckigen oder runden Zellen ebenso gut verwendet werden.
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Leerseite

Claims (6)

  1. Görtz, Dr. Fuche, Or.
    Patentanevätt«*
    Postfach 70 3345
    Schnscksiihci·^·.--19 27
    D-fOOO Frar^'uri *>~\ Main 70
    'telefon (061t) 617079 3044865
    26. November 1980 Ha/Hr
    Lord Corporation, Erie, Pa. 16512, U.S.A.
    Schallabsorbierende Platte
    Patentansprüche
    Sehallabsorbierende Platte, enthaltend eine Innenschicht mit Wabenstruktur, in der Hohlräume gebildet werden und an deren gegenüber liegenden Seiten nicht poröse Platten befestigt sind, wobei wenigstens eine der Platten akustischen Schwingungen ausgesetzt ist, die von einer flexiblen Membran gebildet wird, deren Schwingungs-Eigenfrequenz im wesentlichen die gleiche ist, wie sowohl die Schwingungens-Eigenfrequenz der Membran in Kombination mit dem Hohlraum in der Wabenstruktur der Innenschicht als auch wie die Eigenfrequenz der stehenden Welle des Hohlraums selbst.
  2. 2. Schallabsorbierende Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membran einen Film aus Polyurethan umfaßt mit einer Dicke von etwa 3,8 χ 10~5
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    ORIGINAL INSPECTED
    einem Elastizitätsmodul von etwa 109 Newton/m , einer Membrandichte von etwa 1,24 x 10? kg/nK und einem Poisson-Verhältnis von etwa 0,4·
  3. 3- Schallabsorbierende Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen den Umfang der Platte umgibt und mit ihr verbunden ist, so daß er die Innenschicht mit Wabenstruktur völlig einkapselt.
  4. 4· Schallabsorbierende Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Platten eine feste Verstärkung umfaßt.
  5. 5· Schallabsorbierende Platte, enthaltend eine Innenschicht mit Wabenstruktur, in den Hohlräume gebildet werden und an deren gegenüber liegenden Seiten nicht-poröse Platten befestigt sind, wobei wenigstens eine der Platten akustischen Schwingungen ausgesetzt ist, die von einer flexiblen Membran gebildet wird, die akustische Schwingungen durch die mit dem Biegen der Membrane selbst verbundene hysteretische Dämpfung absorbiert.
  6. 6. Schallabsorbierende Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Platte, die den akustischen Schwingungen ausgesetzt ist, aus einem Plastik-Material mit einer Dichte von 0,78 bis 1,71 g/cm? (49 bis 107 lb/ft?) und einem Elastizitätsmodul von 70 bis 1,75 x 105 kg/cm? (1000 uis 25 x 105 psi) gebildet wird.
    7· Schallabsorbierende Platte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastik-Material einen Verlustfaktor (Verlust-Tangente) (-Abweichung) von 0,01 bis 1,0 hat.
    130Q3G/0574
DE19803044865 1979-12-06 1980-11-28 "schallabsorbierende platte" Granted DE3044865A1 (de)

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19803044865 Granted DE3044865A1 (de) 1979-12-06 1980-11-28 "schallabsorbierende platte"

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