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DE102012216500A1 - Mehrlagiger gelochter Schallabsorber - Google Patents

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DE102012216500A1
DE102012216500A1 DE102012216500.2A DE102012216500A DE102012216500A1 DE 102012216500 A1 DE102012216500 A1 DE 102012216500A1 DE 102012216500 A DE102012216500 A DE 102012216500A DE 102012216500 A1 DE102012216500 A1 DE 102012216500A1
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plastic layer
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DE102012216500.2A
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Norbert Nicolai
Rod Morris-Kirby
Marco Schneider
Uwe Kaiser
Reimund Piatkowski
Volkmar Schulze
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Adler Pelzer Holding GmbH
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HP Pelzer Holding GmbH
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein mehrlagiger gelochter Schallabsorber mit einer mikroperforierten Kunststofffolie und einem thermoformbaren Absorber, welcher eine Schaumstofflage, ein Fasergewebe oder eine Faservlieslage ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Schallabsorbers.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein mehrlagiger gelochter Schallabsorber mit einer mikroperforierten Kunststofffolie und einem thermoformbaren Absorber, welcher eine Schaumstofflage, ein Fasergewebe oder eine Faservlieslage ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Schallabsorbers.
  • Bekannt sind Absorber welche einseitig mit einer mikrogelochten Folie zu einer Schallquelle hin abgedeckt sind. Durch die Lochgeometrie, den Abstand der Löcher und die offene Fläche der Folie kann dabei die Absorption beeinflusst werde. Für den Automobilbereich sind solche Aufbauten speziell mit einer gelochten Metallfolie und einen Absorber für den Motorraum bekannt.
  • In DE 10 2004 050 649 A1 wird ein schallabsorbierendes Hitzeschild beschrieben. Veröffentlicht wird ein schallabsorbierendes Hitzeschild mit einem Trägerblech, das eine akustisch und thermisch wirksame Isolationsschicht trägt. Das Hitzeschild weist eine auf einer während dessen Verwendung einer Schallquelle zugewandten Seite der Isolationsschicht angeordnete Schutzfolie auf, die eine Mikrolochung aufweist.
  • Eine wärme- und schalldämmende Verkleidung für den Motorraum von Kraftfahrzeugen, die in DE 101 43 167 A1 beschrieben wird, besteht aus einem motorseitigen mikrogelochten Hitzereflektor, einer damit in Kontakt befindlichen Polyurethan-Schaumstoffschicht, die auf der Motorseite mit einem bei 200°C, insbesondere bei 150°C drei Wochen dauertemperatur-belastbarem duroplastischem Material getränkt ist und einer damit in Kontakt befindlichen, der Motorseite abgewandten Deckschicht.
  • Die Herstellung von mikroperforierten Folien, insbesondere Metallfolien ist seit langem bekannt. Beispielsweise sei auf das US-Patent 7,838,125 B2 verwiesen, in der eine spezielle Ausführungsform einer mikroperforierten Metallfolie beschrieben ist. Hier wird beschrieben, dass durch Nadelstanzung die Metallfolie derart verformt wird, dass entgegen der Nadeleinstichrichtung ein gegenüber der mittleren Folienlage erhöhter Krater ausgebildet wird, dessen unterer Rand bei dem Durchstich der Nadel ausfranzt.
  • Für den Bereich im Kraftfahrzeuginnenraum sind Aufbauten mit einem Absorber und einer mikrogelochten Polymerfolie bekannt. In EP 1 101 218 B1 wird eine mikroperforierte Polymerfolie zur Verwendung in einem Schallabsorber beschrieben, mit einer Polymerfolie einer definierten Dicke und mehreren Mikroperforationen, die in der Polymerfolie ausgebildet sind, wobei die Mikroperforationen jeweils einen engsten Durchmesser kleiner als die Foliendicke aufweisen und einen breitesten Durchmesser, der größer als 125% des engsten Durchmessers ist.
  • Damit wird eine mikroperforierte Kunststofffolie mit einer definierten Lochgeometrie in Abhängigkeit der Foliendicke beschrieben. Insbesondere werden hier Perforierungskanäle, Säulen oder trichterförmiger Art mit variablen Durchmessern beschrieben.
  • Für die Absorberaufbauten gilt, dass die Lochgeometrie, die Anzahl der Löcher und deren Abstand als Bedingung für eine gute Akustik gilt; die durch die genannten Größen beeinflusst wird.
  • Weitgehend unbeachtet bleibt die akustische Wirkung des Absorbers auf das Bauteil und hier speziell die Wechselwirkung von Absorber und mikrogelochter Folie.
  • Somit stellt sich die Aufgabe, ein Bauteil (Schallabsorber) mit einem thermoformbaren Absorber und einer mikrogelochten Folie so herzustellen, das in einem weiten Frequenzbereich, jedoch speziell bei niedrigen Frequenzen eine hohe Absorption und partiell eine erhöhte Isolation ausweist.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen mehrlagigen gelochten Schallabsorber 1 mit einem thermoformbaren Absorber 3 und einer mikrogelochten Folie 4, die über eine Zwischenlage 2 flächig miteinander verbunden sind, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Folie 4 aus einem zweischichtigen Material einer ersten höher schmelzenden Kunststoffschicht und einer zweiten, im Verhältnis zur ersten Kunststoffschicht niedriger schmelzenden Kunststoffschicht mit einer definierten Lochgeometrie besteht, wobei das Verhältnis der Strömungswiderstände von Folie 4 und Zwischenlage 2 zu dem Absorber 1 zu 3 bis 1 zu 30 beträgt und der Gesamtströmungswiderstand R des Schallabsorbers 1 im Bereich von 800 Nsm–3 bis R = 8000 Nsm–3 liegt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit insbesondere ein 3-lagiger Absorber 1, aus einer mikrogelochten Folie 4 und einem thermoverformten Absorber 3, der derart aufgebaut wird, dass eine Kopplung zwischen beiden Absorbern durch die Ausbildung einer Zwischenschicht 2 erreicht wird.
  • Ist der spezifische Strömungswiderstand der Folie 4 zu hoch, kann der Schall nicht in den rückwärtigen Absorber 3 eindringen und wird im weiten Bereich reflektiert. Ist der Strömungswiderstand der Folie 4 zu offen, wirkt im Wesentlichen nur der Absorber 3, alle Einflüsse des Lochfolienabsorbers 4 sind verschwindend gering.
  • Der Frequenzverlauf beider Absorberarten unterscheidet sich grundsätzlich. Während die porösen Schallabsorber eine mit der Frequenz zunehmende breitbandige Absorptionswirkung besitzen und damit vor allem zur Absorption mittlerer und hoher Frequenzen eingesetzt werden können, absorbieren die mikrogelochten Folien 4 vorzugsweise in einem schmalen Frequenzbereich, dem Resonanzgebiet, das bei mittleren oder tiefen Frequenzen liegt. Durch eine Strömungswiderstandsstreuung über die Folie 4 ergibt sich eine einstellbare Verbreiterung der Absorption.
  • Die mikrogelochte Folie 4 besteht vorzugsweise aus einem oder enthält einen Kunststoff mit einer Schmelztemperatur (Erweichungstemperatur) oberhalb der Verarbeitungstemperatur, wie beispielsweise Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polyetherimid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyetheretherketon und einem (einen) zweiten Kunststoff, wie beispielsweise PE oder PP mit einer Schmelztemperatur (Erweichungstemperatur) unterhalb der Verarbeitungstemperatur (Kaschiertemperatur). Dieser niedriger schmelzende Kunststoff dient als Kleber und verbindet sich mit Partikeln des Absorbers und bildet eine Zwischenschicht 2 und verändert das Lochbild und damit die akustischen und strömungstechnischen Eigenschaften der Folie.
  • Die Erweichungstemperaturen des höher und niedriger schmelzenden Kunststoffs unterscheiden sich vorzugsweise um wenigstens 30°K, insbesondere wenigstens 100°K
  • Der thermoformbare Absorber 3 besteht insbesondere aus einem Fasergewebe, einer Faservlieslage oder Schaumstoff. Dieser kann ein- und mehrlagig ausgeführt sein; sowie aus Kombinationen dieser Materialien bestehen.
  • Die mit der vorgenannten mikroperforierten Folie 4 in Kontakt befindliche Schallabsorptionsschicht 3 kann beispielsweise eine Schaumstofflage umfassen, die besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung einen offenporigen PUR-, Melaminharz- oder Leichtschaum enthält.
  • In gleicher Weise kann auch das Fasergewebe oder die Faservlieslage als Bestandteil des erfindungsgemäßen Schallabsorbers synthetische Fasern, die Polyesterfasern, insbesondere PET, Polyamidfasern, insbesondere Nylon 6 und/oder Nylon 66; Polyolefinfasern, insbesondere PP und/oder PE; Acrylfasern sowie deren Fasergemische einschließlich Bikomponentenfasern und Multikomponentenfasern und/oder Gemische aus Naturfasern, insbesondere Rohbaumwoll-, Hanf-, Cocos-, Kenaf-, Jute- und/oder Sisalfasern mit den vorgenannten synthetischen Fasern enthalten.
  • Eine Kopplung aller Schallabsorptions-Effekte wird dadurch erreicht, dass sich zwischen der hochschmelzenden Kunststoffschicht mit definiertem Lochprofil 4 und einer niedrig schmelzenden Kunststoffschicht mit eingebundenen Absorberbestandteilen einer Zwischenschicht 2 ausbildet, wobei ein Strömungswiderstandsverhältnis zwischen Folie 4 und Zwischenschicht 2 auf der einen Seite und dem Absorber auf der andren Seite von 3 bis 30 vorliegt und die Strömungsdifferenz innerhalb des Bauteils mindestens 20% beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers, indem eine nicht-perforierte PA/PE-Folie auf einem im Kaschierwerkzeug eingelegten vorgeformten Faservliesabsorber 3, bestehend aus Binde- und Reißfasern (BiCo, CO, WO, PET), zugefahren und kaschiert wird.
  • Im Kaschierprozess bildet sich durch das niedrigschmelzende PE und die angrenzende Absorberschicht eine Zwischenschicht 2, bestehend aus Absorberbestandteilen und PE.
  • Die Perforation der PA- und der sich ausgebildeten Zwischenschicht erfolgt in einem Kühl-/Kalibrierwerkzeug, bei dem die der PA-Schicht zugewandten Werkzeughälfte mit entsprechenden Nadeln versehen ist. Somit erfolgt die Perforierung in Richtung des Faservliesabsorbers 3. Der Nadelungs-(Stich-)Kanal führt damit in den Materialverbund nach innen, zur absorptiven Schicht 3. Durch den somit gegebenen Trichter erhält man die zusätzliche Wirkung eines Helmholtz-Resonators.
  • Die akustische Wirkung eines herzustellenden Bauteils 1 kann dabei durch das Nadelungskanal-Volumen, den Kanaldurchmesser sowie die Kanallänge entsprechend den gewünschten Gegebenheiten (Anzahl und Anordnung der Perforierungen in der Folie 4) variiert werden.
  • Die trichterförmige Ausbildung des Nadelkanals ist in 1 dargestellt. Diese lässt sich insbesondere mit einem konisch verlaufenden Nadelungswerkzeug erreichen, dessen Konuslänge vorzugsweise ein Vielfaches der Dicke der Kunststofffolie 4 entspricht.
  • Der durch die Nadelung entstehende ausgefranste Materialtrichter, der nach der Kaschierung sich in die Zwischenschicht 2 aus der niedrig schmelzenden Kunststoffschicht mit eingebundenen Absorberbestandteilen bis in den Absorber 3 erstreckt, wirkt sich vorteilhaft auf das Absorptionsverhalten aus.
  • Die Verformung des Absorbers 3 hin zum Bauteil erfolgt beispielsweise unter Zuführung von Wärme, was bei einer integrierten Einbringung der Folie 4 durch Dehnung und Relaxation zu beträchtlichen Änderungen der Lochgeometrie und damit zu den akustischen Eigenschaften führen kann.
  • Ausführungsbeispiel:
  • Das folgende Ausführungsbeispiel, siehe 2, zeigt exemplarisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Schallabsorbers 1.
  • Eine 65 µm PA/PE-Folie 4 mit 30 g/m2 PE-Schicht, perforiert mit 227 E/cm2 und einem Lochdurchmesser von 0,07 +/– 0,05 mm wurde auf einem im Kaschierwerkzeug eingelegten vorgeformten Faservliesabsorber 3, bestehend aus Binde- und Reißfasern (BiCo, CO, WO, PET), zugefahren und kaschiert. Die Kaschier-Werkzeugtemperatur betrug 135°C, die Kaschierzeit 55s.
  • Im Kaschierprozess bildete sich durch das niedrigschmelzende PE und die angrenzende Absorberschicht eine Zwischenschicht 2, bestehend aus Absorberbestandteilen und PE.
  • Der im Nachhinein bestimmte Gesamtströmungswiderstand lag zwischen R = 2400 und R = 3200 Nsm–3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004050649 A1 [0003]
    • DE 10143167 A1 [0004]
    • US 7838125 B2 [0005]
    • EP 1101218 B1 [0006]

Claims (20)

  1. Mehrlagiger gelochter Schallabsorber (1) mit einem thermoformbaren Absorber (3) und einer mikrogelochten Folie (4), die über eine Zwischenlage flächig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (4) aus einem zweischichtigen Material einer ersten höher schmelzenden Kunststoffschicht und einer zweiten, im Verhältnis zur ersten Kunststoffschicht niedriger schmelzenden Kunststoffschicht mit einer definierten Lochgeometrie besteht, wobei das Verhältnis der Strömungswiderstände von Folie (4) und Zwischenlage (2) zu dem Absorber (3) 1 zu 3 bis 1 zu 30 beträgt und der Gesamtströmungswiderstand R des Schallabsorbers (1) im Bereich von R = 800 Nsm–3 bis R = 8000 Nsm–3 liegt.
  2. Schallabsorber (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste hochschmelzende Kunststoffschicht Polyamid, Polyethylentherephthalat, Polyetherimid, Polysulfon, Polyethersulfon und/oder Polyetheretherketon umfasst.
  3. Schallabsorber (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, im Verhältnis zur ersten Kunststoffschicht niedriger schmelzende Kunststoffschicht Polyethylen und Polypropylen einschließlich deren Blends und Copolymeren auch mit Polyamiden und/oder Polyestern; Polyurethanharze; Melaminharze und/oder Epoxidharze umfasst.
  4. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, im Verhältnis zur ersten Kunststoffschicht niedriger schmelzende Kunststoffschicht dem Absorber (3) zugewandt ist.
  5. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoformbare Absorber (3) ein Fasergewebe, ein Faservlies oder einen offenporigen Schaumstoff umfasst.
  6. Schallabsorber (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe oder das Faservlies (a) synthetische Fasern umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Polyesterfasern, insbesondere Polyethylenterephthalatfasern, Polyamidfasern, insbesondere Nylon 6 und/oder Nylon 66, Polyolefinfasern, insbesondere Polypropylenfasern und/oder Polyethylenfasern und Acrylfasern sowie deren Fasergemische einschließlich Bikomponentenfasern und Multikomponentenfasern, (b) Naturfasern, die ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Rohbaumwollfasern, Hanffasern, Cocosfasern, Kenaffasern, Jutefasern und Sisalfasern einschließlich deren Gemische oder (c) Gemische der von synthetischen Fasern der Gruppe (a) und (b) enthält.
  7. Schallabsorber (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergewebe oder das Faservlies ein Flächengewicht im Bereich von 180 bis 1800 g/m2 aufweist.
  8. Schallabsorber (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporige Schaum ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Polyurethanschaum und Melaminharzschaum.
  9. Schallabsorber (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum ein Raumgewicht im Bereich von 8 bis 120 g/l, vorzugsweise 15 bis 75 g/l umfasst.
  10. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (2) durch den niedriger schmelzenden Kunststoff mit eingebundenen Bestandteilen des Absorbers (3) gebildet wird.
  11. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Strömungswiderstände von Folie (4) und Zwischenlage (2) zu Absorber (3) 1 zu 10 beträgt.
  12. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Strömungswiderstände von Folie (4) zu Zwischenlage (2) 1 zu 10 beträgt.
  13. Schallabsorber (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtströmungswiderstand des Schallabsorbers (1) im Bereich von R = 2000 Nsm–3 bis R = 4000 Nsm–3 liegt.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei man die mikroperforierte Folie (4) auf den thermoverformbaren Absorber (3) bei einer Temperatur kaschiert, die oberhalb der Schmelztemperatur der niedriger schmelzenden zweiten Kunststoffschicht aber unterhalb der Schmelztemperatur der höher schmelzenden Kunststoffschicht liegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, wobei man die mikroperforierte Folie (4) und einen vorgeformten oder einen nicht-vorgeformten thermoverformbaren Absorber (3) miteinander kaschiert.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei man die mikroperforierte Folie (4) und den nicht-vorgeformten thermoformbaren Absorber (3) erwärmt und anschließend im kalten Werkzeug verformt.
  17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei man die mikroperforierte Folie (4) und einen vorgeformten oder nicht-vorgeformten thermoformbaren Absorber (3) in einem heißen Werkzeug, insbesondere mit Dampf verformt.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei man eine nicht-perforierte Folie (4) auf den thermoverformbaren Absorber (3) bei einer Temperatur kaschiert, die oberhalb der Schmelztemperatur der niedriger schmelzenden zweiten Kunststoffschicht aber unterhalb der Schmelztemperatur der höher schmelzenden Kunststoffschicht liegt und die Perforation durch in der der hochschmelzenden Kunststoffschicht zugewandten Kühl-/Kalibrierwerkzeughälfte befindliche Nadeln durchführt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei man die Perforation teilflächig durchführt.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei man die nicht-perforierte Folie (4) und einen vorgeformten oder nicht-vorgeformten thermoformbaren Absorber (3) kaschiert.
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