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Dokumentenidentifikation DE10346783A1 12.05.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von schallabsorbierenden Flächen, insbesondere von schallabsorbierenden Geweben durch Mikrolochung
Anmelder Polymade Gesellschaft für innovative technische Textilien mbH, 50126 Bergheim, DE
Erfinder Brueck, Gernot K., Prof. M.Sc., Hoensbroek, NL;
Franken, Martin, Bocholtz, NL;
Wittebrock, Klaus, 46325 Borken, DE
DE-Anmeldedatum 08.10.2003
DE-Aktenzeichen 10346783
Offenlegungstag 12.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.05.2005
IPC-Hauptklasse B03D 1/00
IPC-Nebenklasse F16L 59/02   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Speziell bei der Gestaltung von Innenräumen wird zunehmend darauf geachtet, dass auch die akustischen Eigenschaften des Raum berücksichtigt werden.

Um unerwünschte Schallreflexionen oder auch Schalleinflutung von Außen zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren werden Materialien eingesetzt, die schalldämpfende Eigenschaften aufweisen.

Hierzu werden recht unterschiedliche Materialien eingesetzt, dies reicht von Fasern oder Fasergeweben über fasrige oder poröse Materialien, wie offenzellige Schäume bis zu perforierten Platten aus diversen Stoffen.

Aus jüngsten Veröffentlichungen war zu lesen, dass es nunmehr auch mikroperforierte Folien und mikroperforierte Kunstglasscheiben gibt, die erfolgreich zur Schallabsorption eingesetzt werden. Dies belegt auch eine jüngere Patentschrift der Fa. 3M, deren deutsche Übersetzung im letzten Jahr (2002) veröffentlicht wurde.

Probleme

Bei allen rein fasrigen Materialien besteht das Problem der Faserablösung und der damit verbundenen Kontaminierung des Raumes. Werden schallabsorptionsgeeignete Gewebe aus Kunstfasern eingesetzt, so sind diese nicht unbrennbar, sondern höchsten schwerentflammbar. Solche Materialien sind aber wegen des geringen Brandschutzes für den Innraum ungeeignet.

Perforierte Platten können zwar aus unbrennbaren Materialien hergestellt werden, so z.B. aus Glas, lassen dann aber nur eine recht großlöcherige Perforation zu, so dass die Schallabsorption damit nur gering ist.

Außerdem können solche Platten nur mit einem beachtlichen Aufwand eingebaut werden, da die Steifigkeit der Platten sonst zu deren Eigenschwingung führt oder bei starrem Aufbau sogar zur Schallleitung beitragen (Körperschall).

Die nun auch auf dem Markt erhältlichen mikroperforierten Folien, insbesondere aus ETFE, welche auf dem 3M Patent basieren und mikroperforierte Kunstglasscheiben haben gemeinsam, dass sie wegen ihrer Einstufung in die Brandschutzklasse B1 nur sehr bedingt in Innenräume eingesetzt werden können.

Bei den Folien kommt noch hinzu, dass diese wegen des Kaltfließens bei einer Zugbeanspruchung auch nur begrenzt eingesetzt werden können. Der übliche Kissenaufbau von Folien im Bereich der Architektur fällt hier wegen der Lochung aus. Aus diesem Grunde können solche Folien nicht über größere Flächen hin gespannt werden, ohne dass es mit der Zeit nicht zu Aussackungen kommt.

Die mikroperforierten Kunstglasscheiben haben alle Probleme der Plattenstrukturen, wie zuvor dargestellt.

Problemlösung

Eine nahezu ideale schallabsorbierende Fläche wäre dann gegeben, wenn diese aus einem kraftaufnehmenden Gewebe bestehen würde, wobei dieses aus Glasfasern aufgebaut sein müsste, um die Brandschutzklasse A2 zu erreichen. Es müsste aber auch durch eine entsprechende Beschichtung gewährleistet sein, dass die Fasern in einem geeigneten Kunststoff eingelagert sind, um einerseits den permanenten Faserverlust zu eliminieren und andererseits auch die Schmutzabweisung sicherzustellen.

Letztlich muss es noch eine gut ausgeprägte Lochung geben, durch welche die Schallabsorption gewährleistet wird.

Die Größe der einzelnen Löcher sollten dabei deutlich unter 1 mm liegen, optimal im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm, wogegen der Lochabstand dazu passend sein sollte und ca. 10fach größer sein sollen als die Lochgröße.

Spitzenabsorptionskoeffizienten von 1 lassen sich bei richtiger Lochgröße und bei einem richtigen Prozentsatz der offen Fläche erreichen, so muss z. B. bei Lochgrößen von 0,15mm die Gesamtöffnung ca. 2 bis 3% betragen. Die Frequenzbreite der maximalen Absorption ist abhängig vom Breitenverhältnis, welches über 2 liegen sollte und in erster Näherung von der Lochmenge pro Fläche abhängt.

Solche Verhältnisse lassen sich bis heute aber nur mit mikroperforierten Folien erreichen, die mit den oben dargestellten Mängeln behaftet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von schallabsorbierenden Flächen, insbesondere von schallabsorbierenden Geweben durch Mikrolochung.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auf zwei unterschiedliche Weisen schallabsorbierende Gewebe herstellen, die einerseits die Brandschutzklasse A2 erreichen und andererseits auch Spitzenabsorptionskoeffizienten von 1,0 aufweisen können.

Um die A2 Klassifikation zu erreichen, lassen sich solche Gewebe nur aus Glasfasern aufbauen und die Beschichtung nur aus Fluorpolymeren erzeugen.

Die Lochung des Gewebes ergibt sich zuerst aus der Webeinstellung und zwar aus der Webdichte in Verbindung mit der Weböffnung.

Durch die Einstellung des Gewebes ergeben sich so die Grunddaten und zwar speziell die Lochzahl pro Fläche als Öffnung jeweils zwischen den Fasern. Besonders übersichtlich ergibt sich die bei Leinwandbindungen.

Ist das Grundgewebe definiert, so erfolgt nun die Einstellung der Lochgröße über die Beschichtung.

Mittels einer Beschichtung mit z.B. Solaflon, einem in Lösungsmittel aufgelöstem Fluorpolymer, welches eine Filmbildung erlaubt, wird das Glasgewebe belegt. Durch unterschiedliche Viskositäten und unterschiedlichen Feststoffgehalt lassen sich so Gewebe exakt definiert schließen, womit auch ebenso genau bestimmte Löcher im Gewebe verbleiben.

So lässt sich die Lochgröße auf einige &mgr;m genau einstellen, womit sich dann auch eine optimale Schallabsorption erreichen lässt. Die erfindungsgemäße Mikrolochung wird damit durch das Glasgewebe grob vorgegeben und dann durch die angepasste Beschichtung z.B. mittels Solaflon exakt einstellen.

Dieses Verfahren erlaubt aber nur eine begrenzte Beschichtungsstärke, da bei stärkeren Beschichtungen die Löcher im Gewebe zulaufen und dann geschlossen bleiben. Damit wäre die Schallabsorption nicht mehr gegeben.

Im weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird ebenfalls die Lochmenge und die grobe Lochgröße durch das Glasgewebe eingestellt. Nun wird aber das Gewebe in üblicher Weise beschichtet. Hierbei gilt als Anhaltswert für die maximale Beschichtungsdicke die theoretische Weböffnung.

Das so beschichtete Gewebe wird danach zur Mikrolochung dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgesetzt.

Hierbei wird das mit Thermoplasten beschichtete Material z.B. in einer Ofensektion auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes gebracht. Sodann wird auf einer Seite eine Druckdifferenz erzeugt, wodurch die durch die Hitze labil gewordener Polymerlamellen in den Gewebeöffnungen kollabieren, die Öffnung frei geben und sich über die eigene Adhäsion zu den Gewebsfäden hin zusammenzieht.

Dies kann z.B. in der Weise geschehen, dass die zu öffnende Fläche mit einem heißen, kräftigen Luftstrom beaufschlagt wird, womit ein Überdruck erzeugt wird. Der bereits plastisch gewordenen Gewebezwischenraum wird dadurch geöffnet.

Statt einer Ofensektion kann dies auch eine mehrfache Reihe von Luftdüsen sein, aus welchen heiße Luft auf das Material geblasen wird. In den ersten Reihen wird dann das Material aufgeheizt und auf weit oberhalb des Schmelzpunktes gebracht. In den weiteren Reihen wird dann durch den heißen Luftstrom als Überdruck die Polymerlamelle zwischen den Gewebeöffnungen aufgedrückt.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Ofensektion oder ein Infrarotfeld zur Aufheizung des Materials und dann statt eines Überdrucks mittels Luftdüsen einzusetzen wird hier Unterdruck über ein Saugrohr erzeugt, wodurch wiederum das aufgeheizte Polymer in den Gewebslücken geöffnet wird.

Um die Vakuumpumpe zu schonen wird bei Einsatz eines IR Feldes das Saugrohr einerseits hinter dieses Heizfeld positioniert und andererseits auch auf der gleichen Seite, auf welcher das Material mit Hitze beaufschlagt wird. Hierdurch wird durch das Gewebe keine Hitze durch die Öffnungen angesaugt.

Zur Aufheizung des Materials können natürlich auch andere Verfahren eingesetzt werden, wie z.B. Hochfrequenzfelder bei polaren Kunststoffen oder auch Ultraschall.

Die durch dieses Verfahren entstehenden Öffnungen werden auch durch die Beschichtungsstärke mitbestimmt. Hierbei ist aber zu beachten, dass bei stärkeren Beschichtungen oder zu kleinen Gewebeöffnungen eine nachträgliche Perforation nicht möglich ist.

Neben der Festlegung der Gewebeeinstellung und der Schichtstärke des Polymers kann auch die Geschwindigkeit des Materials und damit die Verweilzeit in der Öffnungsvorrichtung zur Einstellung der Lochgröße eingesetzt werden.

Bei einer schwächeren Beschichtung des z.B. Glasgewebes mit einem Polymeranteil von ca. 25% des Gewichtes des Grundgewebes treten bei der Konfektion Probleme auf, da es zu wenig Kunststoff gibt um eine feste Naht zu gewährleisten. Hier kann dann durch eine Schweißhilfe aus einem Streifen eines verwandten Kunststoffes zwischen den Materialien eine deutliche Verbesserung der Schweißnahtfestigkeit erreicht werden.

Ist der Kunststoff klar, so erfolgt weder durch die Beschichtung noch durch die spätere Lochung das Materials eine Beeinträchtigung der Transluzenz.

Anhand der 1 bis 9 wird das erfindungsgemäße Verfahren und beispielhafte Vorrichtungen beschrieben, wobei die folgenden Details dargestellt werden:

1 zeigt ein typisches Gewebe, bestehend aus dem Kettgarn 3 und dem Schussgarn 1 aus welchen dann die Gewebeöffnungen 2 entstehen.

2 zeigt einen Gewebequerschnitt in dem z.B. die Schussgarne 4 mit den entsprechenden Öffnungen 5 dargestellt sind.

Bei 3 erfolgte bereits eine Beschichtung 6, die sich um den Faden 7 gelegt hat und die kleinere Öffnung 8 erzeugt hat.

Eine weitere Beschichtung 11 zeigt in 4 den Schichtaufbau auf dem Faden 9 als Garn, der ersten Beschichtung 10 und der nun wesentlich enger gewordenen Öffnung 12.

In 5 wird die der Beschichtung nachgeschalteten Behandlung gezeigt. Das Material aus den Garnen 14 bestehend und dem Polymermantel 13 wird durch die Ofensektion 15 geführt. Hiernach passiert das Material die Druckdifferenzstation 16. Der Überdruck 19 wirkt zum geringeren Druck 17 hin. Die Polymerbeschichtung heizt sich in der Ofensektion 15 auf, sodass die Kunststofflamelle 18 dem Überdruck weicht, sich weiter verjüngt (20) und schließlich die Lücke 21 bietet.

In ähnlicher Weise funktioniert die Heißluftbehandlung nach 6. Die Heißluftgebläse 23 erzeugen einen heißen Luftstrom 24, welcher auf das anfangs noch normal temperierte Material 22 trifft. Das Polymer 25 heizt sich auf und wird flüssig. Der Überdruck aus heißer Luft drückt die Polymerlamelle 26 nach unten, bis der Durchgang 27 entsteht.

Statt eines generellen Heißluftraums kann auch wie in 7 dargestellt, nur ein einzige Heißluftzone die Öffnung erzeugen, nachdem das Material 29 die Ofensektion 28 passiert hat und dann erweicht (30). Das Heißluftgebläse 32 drückt dann den heißen Luftstrom 32 auf das bereits flüssiggewordene Polymer 33, wodurch dieses sich zusammenschnürt (34) und dann die Öffnung 35 freigibt.

In 8 wird die Ofensektion 36 als Infrarot Strahler Gruppe 37 dargestellt. Hier wird durch die IR Strahlung einerseits die Luft aufgeheizt und andererseits auch die Glasfasern 39 des Materials. Das Heißluftgebläse 40 drückt dann auch hier über den heißen Luftstrom 42 das flüssiggewordene Polymer auf (42) und erzeugt damit die Öffnung 43.

Eine Alternative dazu wird in 9 dargestellt. Auch hier wird das Material 47 in der IR Ofensektion 44 mittels der IR Strahlergruppe 45 über Strahlung 46 und erhitzte Luft flüssig gemacht (49). Nunmehr wird aber eine Vakuumpumpe eingesetzt und über die Saugeinrichtung 50 wird der flüssig gewordene Kunststoff 51 nach untern gezogen, bis die Lamelle 52 durch den Unterdruck voll aufgesaugt wird und die Öffnung 53 entsteht.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von schallabsorbierenden Flächen, insbesondere von schallabsorbierenden Geweben durch Mikrolochung dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebe entsprechend vorher durch ihre Webung eingestellt sind und dann entweder per schichtweiser Belegung der Fasern des Gewebes die Öffnungsgröße des Gewebes wie gewünscht eingestellt wird oder indem ein bereits beschichtetes Gewebe in einem weiteren Arbeitsgang aufgeheizt wird und durch Druckunterschiede danach, der flüssig gewordene Kunststoff in den Gewebeöffnungen geöffnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gewebe um ein Glasgewebe handelt.
  3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kunststoff um einen Thermoplasten handelt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Thermoplasten um einen Fluorpolymer handelt.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polymer um einen Filmbildner handelt.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Polymer um einen klaren Kunststoff handelt, so dass die Einstellung der Öffnungen in den Gewebeöffnungen nicht die Transluzenz des Materials beeinträchtigt.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination von Glasgewebe und Fluorpolymer so eingestellt ist, dass eine Einstufung in die Brandschutzklasse A2 möglich ist.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff so polar ist, dass das Material bei der Konfektion mit HF Schweißanlagen verarbeitet werden kann.
  9. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer schwachen Polymerbeschichtung die Schweißnaht durch eine zwischen den Materialien liegende Schweißhilfe verbessert wird.
  10. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Ofensektion zur Aufheizung des Polymers aus Heißluftgebläsen besteht womit sowohl die Hitze zur Verflüssigung des Kunststoffs eingebracht wird als auch der Druckunterschied zur Öffnung der Kunststoffschicht in den Gewebeöffnungen.
  11. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ofensektion zur Aufheizung des Gewebes um Infrarot Strahler handelt.
  12. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass statt der üblichen Ofensektion auch Hochfrequenzfelder oder Ultraschallfelder eingesetzt werden können, wodurch der Kunststoff aufgeheizt wird.
  13. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied durch einen Überdruck mittels entsprechender Gebläse hergestellt wird.
  14. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gebläse zur Erzeugung des Überdrucks um ein Heißluftgebläse handelt.
  15. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied nach der Ofensektion durch einen Unterdruck erzeugt wird.
  16. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck durch eine Vakuumpumpe erzeugt wird und über ein Saugrohr mit entsprechenden Öffnungen über die Breite des Gewebes angelegt wird.
  17. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung und das Saugrohr auf einer Seite des Gewebes angebracht ist.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbeschichtung so ausgelegt ist, dass eine spätere Öffnung möglich ist.
  19. Verfahren und Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Öffnungen auch durch die Geschwindigkeit des Materialtransportes und damit durch die relative Verweilzeit des Materials in der Sektion des Druckunterschieds einstellbar ist.
  20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Öffnung auch durch die Schichtdicke der Polymerbeschichtung des Materials vorgegeben ist.
  21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Öffnungsgröße d.h. Lochdurchmesser und der Prozentsatz der offenen Fläche so optimiert wird, dass es Spitzenabsorptionskoeffizient von 1 erreicht wird.
  22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Lochdurchmesser ein möglichst hohes Breitenverhältnis erreicht wird welches deutlich über 2 liegen sollte und damit eine möglichst breitbandige Schallabsorption erzeugt wird.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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