ШУМОПОГЛОЩАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ
NOISE-ATTENUATING PANEL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к шумопоглощающей панели, которая может использоваться, например, в качестве шумопоглощающего барьера вдоль проезжей части, автомобильных магистралей и/или железных дорог. Панель по изобретению содержит передний корпус и задний корпус, изготовленные из термопластичного материала, которые сопряжены между собой, а внутри них установлены резиновые компоненты специальной формы и размера. Упомянутая панель предпочтительно может быть получена с использованием вторично переработанного литьевого термопластичного материала, позволяющего использовать полученную в результате панель в местах, подвергающихся сильным порывам ветра, например вдоль железнодорожных линий, где волны сжатия, создаваемые поездами, следующими на высокой скорости, через определенное время приводят к разъединению используемых в настоящее время клепанных алюминиевых/стальных шумопоглощающих панелей.
Уровень техники
Конструктивные свойства используемых в настоящее время шумопоглощающих панелей не отвечают современным требованиям. Кроме этого, в большинстве решений по шумопоглощению предлагаются панели, которые имеют большой вес и высокую стоимость и при этом не всегда подходят для определенной области применения.
Для определения эффективности шумопоглощающих систем следует придерживаться рабочих параметров по звуковому поглощению, полученных в результате испытаний в свободном поле в соответствии с требованиями, определенными в стандарте UNI 11022, который следует тем же руководящим документам, что и стандарт ISO 10847, т.е. уровень шума в дБ (А) измеряется на принимающем объекте после того, как между принимающим объектом и источником шума установлена звукопоглощающая панель/средство. Непригодность некоторых панелей, используемых в настоящее время, объясняется тем, что некоторые факторы ранее считались несущественными или даже не принимались во внимание, поскольку они не подпадали под действие определенных требований вплоть до вступления в силу новых Европейских директив. В упомянутых Директивах, в частности, устанавливается не только уровень допустимого шумового загрязнения, но также все виды загрязнений окружающей среды, поэтому любые панели, содержащие материалы, быстро теряющие свои качества, подлежат замене в течение примерно 2-3 лет.
Типы панелей, используемые в настоящее время, обычно включают в себя следующие материалы: перлитобетон с растительными волокнами или гранулами шинного каучука внутри, деревянные конструкции с наполнителем из минеральной ваты; стальные конструкции с наполнителем из минеральной ваты; алюминиевые конструкции с наполнителем из минеральной ваты; конструкции из легких сплавов с наполнителем из минеральной ваты; РММА полиметилметакрилат; поликарбонат; стекло; полимеры с усилительными волокнами; композитные материалы/углеродное волокно.
В зависимости от рыночных требований используются различные типы материалов, однако соблюдение эстетических требований и требований по снижению шума не всегда представляется возможным. Большинство шумопоглощающих панелей, используемых в настоящее время, относятся к следующим типам: стальные конструкции с наполнителем из минеральной ваты; алюминиевые конструкции с наполнителем из минеральной ваты; деревянные конструкции с наполнителем из минеральной ваты; РММА полиметилметакрилат. Из числа вышеперечисленных типов наиболее часто используются стальные конструкции с наполнителем из минеральной ваты и алюминиевые конструкции с наполнителем из минеральной ваты. Используемые в настоящее время шумопоглощающие панели обычно состоят из металлического или деревянного каркаса с отверстиями для прохождения звуковых волн и наполнителем из минеральной ваты, предназначенным для поглощения звуковой энергии или точнее энергии, содержащейся в звуковых волнах определенного частотного диапазона, а не всего частотного спектра.
Панели, используемые в настоящее время, просты в изготовлении, но автоматизация производства находится на низком уровне, технологии изготовления освоены, материалы доступны, но постоянно дорожают, некоторые панели можно модифицировать с учетом области применения, но лишь в ограниченной степени.
При этом используемые в настоящее время панели действительно имеют много недостатков, которые можно сформулировать следующим образом:
- Недостатки производительности:
крайне ограничена эффективность шумопоглощения, а также срок службы панелей, оцениваемый примерно в 4-5 лет, требуется периодическое обслуживание, установка затруднена и занимает много времени, используемая в них минеральная вата опасна для здоровья и скоро будет запрещена.
Одним из основных недостатков упомянутых панелей является система крепления, поскольку ее приходится специально разрабатывать для каждого типа панелей.
Используемые в настоящее время панели устанавливаются в полостях опорных конструкций, однако поскольку этого недостаточно для обеспечения прочности их крепления, то с противоположной от источника шума стороны используются болты, анкеры и т.п. Упомянутые панели состоят из нескольких частей, поэтому их жесткость недостаточна, кроме этого, элементы крепежа приходится затягивать вручную, что дополнительно увеличивает себестоимость производства. Можно часто наблюдать картину, когда рабочие на лестнице или подъемнике проводят обслуживание, проверку, затягивание или замену крепежных элементов панелей, особенно установленных вдоль железнодорожных линий, где волны сжатия, создаваемые от проходящих поездов, через определенное время ослабляют крепежные элементы, зачастую приводя к освобождению и выпадению панелей из опорных конструкций, что представляет угрозу для находящихся поблизости людей, которые могут быть травмированы острыми торцами панелей.
- Недостатки, связанные с необходимостью проведения обслуживания через определенное время:
Используемые в настоящее время панели требуют проведения регламентных работ, как с точки зрения их очистки и удаления загрязнений в результате атмосферных осадков и пыли от автомобильного транспорта, так и периодического обслуживания с целью проверки прочности крепежных элементов.
- Недостатки, связанные со сроком службы:
Помимо того что панели, внутри которых используется минеральная вата, скоро будут запрещены (в соответствии с Директивами EN 1793-1, ISO/R 354-1985 и DIN 52212), подобные панели также имеют ограниченный срок службы. Кроме этого, атмосферные осадки, в особенности содержащие пыль и загрязнители, проникают в минеральную вату, приводя к потере ее физических/химических свойств и уменьшению ее объема более чем на 30%. Подобные потери сокращают полезный срок службы панелей до 4-5 лет, во-первых, из-за того, что происходит снижение эффективности шумопоглощения, а также в связи с тем, что происходит выделение в атмосферу пыли от минеральной ваты, представляющей угрозу для здоровья.
Следует заметить, что большинство шумопоглощающих панелей установлено в пригородах и густонаселенных районах, а во многих случаях даже в непосредственной близости от домов и жилых зданий.
- Другие недостатки:
Дополнительным недостатком используемых в настоящее время шумопоглощающих панелей является процесс их изготовления, который неполностью автоматизирован, в связи с чем рабочие, занятые на производстве, постоянно подвергаются воздействию пыли, которая непрерывно выделяется из минеральной ваты во время ее укладки в панели. Упомянутые панели открыты с торцов и имеют множество отверстий, поэтому при любом их перемещении происходит выделение пыли от минеральной ваты в воздух.
Другим негативным аспектом панелей, используемых в настоящее время, является их демонтаж и утилизация. Поскольку в упомянутых панелях используются дорогостоящие металлические элементы (сталь и алюминий), упомянутые элементы извлекаются для последующей переработки, что является весьма сложным и дорогостоящим процессом, поскольку металл приходится отделять от минеральной ваты, которая впоследствии должна быть утилизирована.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить шумопоглощающие панели, позволяющие преодолеть недостатки известного уровня техники, описанные выше.
Раскрытие изобретения
Данная цель достигается при помощи шумопоглощающей панели по п.1 формулы изобретения.
Шумопоглощающая панель по настоящему изобретению содержит передний корпус и задний корпус, изготовленные из термопластичного материала, которые сопряжены между собой таким образом, что они образуют герметичную внутреннюю полость, упомянутая панель включает в себя демпферы специальной формы и размера. За счет надлежащего соединения корпусов получаемая в результате панель имеет цельную конструкцию, которая зарекомендовала себя в качестве исключительно удачного решения по снижению шума, при этом она дешевле, эффективней и имеет более длительный срок эксплуатации по сравнению с известными шумопоглощающими панелями.
Настоящее изобретение дополнительно относится к процессу изготовления упомянутой шумопоглощающей панели, состоящему из следующих этапов:
a) изготовление переднего корпуса, необязательно включающего в себя по меньшей мере один демпфер, методом литья под давлением;
b) изготовление заднего корпуса, необязательно включающего в себя по меньшей мере один демпфер, методом литья под давлением; а также
c) соединение упомянутого переднего корпуса с упомянутым задним корпусом таким образом, чтобы образовывалась внутренняя полость, в результате чего образуется шумопоглощающая панель.
В настоящем описании изобретения фраза «передний корпус А» означает корпус А, обращенный в сторону источника шума.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из приводимого ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, где:
на фиг.1 показан вид переднего корпуса (А) шумопоглощающей панели по первому варианту осуществления изобретения;
на фиг.2 показан вид заднего корпуса (С) шумопоглощающей панели по упомянутому первому варианту осуществления изобретения;
на фигурах 3 и 4 показана часть шумопоглощающей панели, а также входящие в нее элементы по упомянутому первому варианту осуществления;
на фиг.5 показан вид в сечении шумопоглощающей панели по фигурам 3 и 4;
на фиг.6 показан вид переднего корпуса (А) шумопоглощающей панели по второму варианту осуществления изобретения;
на фиг.7 показан вид заднего корпуса (С) шумопоглощающей панели по упомянутому второму варианту осуществления изобретения;
на фигурах 8 и 9 показана часть шумопоглощающей панели, а также входящие в нее элементы по упомянутому второму варианту осуществления;
на фиг.10 показан вид в сечении шумопоглощающей панели по фигурам 8 и 9;
на фиг.11 изображен график, на котором показаны звукопоглощающие свойства шумопоглощающей панели по изобретению в разных частотных спектрах звуковых волн.
Осуществление изобретения
Предметом настоящего изобретения соответственно является шумопоглощающая панель, в конструкцию которой входит по меньшей мере один демпфер, передний корпус, изготовленный из пластика, а также задний корпус, изготовленный из такого же или другого пластика, упомянутый передний корпус соединен с упомянутым задним корпусом таким образом, что они образуют герметичную внутреннюю полость.
На фиг.1 показан первый предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, причем упомянутая панель 1 содержит передний корпус А, изготовленный из термопластичного материала, а также задний корпус С, изготовленный из такого же или другого термопластичного пластикового материала. Согласно изобретению передний корпус А и задний корпус С соединятся между собой таким образом, что они образуют цельную конструкцию с герметичной внутренней полостью IC.
Внутренняя и внешняя конструкция панели 1 разработана с учетом отличительных особенностей шумопоглощающей камеры. Предпочтительно внутренняя полость IC имеет форму лабиринта.
В настоящем изобретении под «термопластичным материалом» подразумевается материал, способный размягчаться или плавиться при нагревании и снова отверждаться при охлаждении. Типовые термопластичные материалы включают в себя органические синтетические полимеры, эластомеры и их соединения.
Передний и задний корпусы предпочтительно изготавливаются из термопластичных органических полимеров или их соединений, которые остаются жесткими после термоформования, таких как полиметилметакрилат (РММА), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), полистирол (PS), полиолефины высокой плотности, поливинилхлорид (PVC), хлорированный поливинилхлорид (CPVC), поливинилиденфторид (PVDF), поликарбонат (PC), полиамид (РА), полибутилентерефталат (РВТ), полиэтилентерефталат (PET) или их соединения. Более предпочтительными термопластичными органическими полимерами являются полиметилметакрилат (РММА), полипропилен (РР), их смеси или соединения (ABS)-(PC).
Предпочтительно по меньшей мере один демпфер шумопоглощающей панели 1 изготовлен из термопластичных эластомеров или их соединений. Упомянутые используемые эластомеры обладают следующими присущими им характеристиками:
- способность в определенной мере растягиваться, а после снятия напряжения возвращаться в состояние, близкое к исходной форме,
- технологичность в расплавленном состоянии при высокой температуре, а также
- отсутствие существенного медленного изменения свойств.
Предпочтительными термопластичными материалами являются натуральный, полусинтетический или синтетический каучук или смеси упомянутого каучука с другими термопластичными эластомерами, такими как этилен-пропилененовый (SEPS), стирол-бутадиеновый, акрилонитрил-бутадиеновый или стирол-изопрен-стирольный (SIS) блок-сополимеры.
Более предпочтительными эластомерами является синтетический каучук, такой как этилен-пропиленмонодиен (EPDM) или его смеси с другими термопластичными эластомерами.
Предпочтительно корпус А и корпус С или и тот и другой изготавливаются из переработанного термопластичного материала. По предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения корпусы А и С шумопоглощающей панели 1 изготавливаются из 100% восстановленного термопластичного материала, что весьма экономично и экологично. Фактически по данному варианту осуществления не предусмотрено использование алюминия, стали и/или железосодержащих материалов.
Необязательно вышеупомянутый термопластичный материал может быть смешан по меньшей мере с одним инертным наполнителем. Инертный наполнитель может выбираться из числа: талька, кальцийкарбоната, стеклянных шариков, графита, технического углерода, углеродного волокна, стекловолокна, волластонита, слюды, глинозема, кварца и карбида кремния.
Термопластичные материалы по настоящему изобретению могут включать в себя добавки, такие как смазки, пламезамедляющие материалы, термо- и ультрафиолетовые/световые стабилизаторы, пространственные стабилизаторы, воски, красители, вспениватели, модификаторы ударопрочности, ингибиторы коррозии, антистатики, технологические добавки для пластиков, противоконденсационные вещества, антиокислители, противозаклинивающие, улучшающие скольжение, антиадгезионные вещества или формовочная краска.
Фигуры с 1 по 5 относятся к первому варианту осуществления шумопоглощающей панели 1 по изобретению с множеством демпферов. Со ссылкой, в частности, на фигуры 1 и 2 шумопоглощающая панель 1 содержит первое множество демпферов В на упомянутом переднем корпусе А. Далее подобные демпферы В также именуются «внешние демпферы В», поскольку они содержат внешнюю часть В1, фактически выступающую наружу из герметичной внутренней полости IC. На фиг.1, а также при виде в сечении по фиг.4 показана предпочтительная форма подобных демпферов В, при которой внешняя часть В1 имеет пирамидальную форму с квадратным основанием.
Со ссылкой, в частности, на вид в сечении по фиг.5 внешний демпфер В содержит также внутреннюю часть В2, которая выступает вглубь внутренней полости IC. Внутренняя часть В2 демпфера В содержит пластины 8 разной толщины и длины, которые предпочтительно позволяют поглощать энергию, создаваемую звуковыми волнами соответствующей частоты. На самом деле упомянутая пластина 8 рассеивает энергию, поглощаемую вибрационными средствами на кончике 8В упомянутой пластины 8, которая сходит на конус от основания 8С.
По первому предпочтительному варианту осуществления, показанному на фигурах 1-5, шумопоглощающая панель 1 также содержит множество внутренних демпферов D, встроенных в задний корпус С. Далее подобные демпферы D будут именоваться «внутренние демпферы D», поскольку они проходят по существу вглубь герметичной внутренней полости IC, как это отчетливо показано, например, на фиг.5. Как видно, форма и размер внутренних демпферов D отличаются от формы и размера внешних демпферов В, встроенных в передний корпус А. Внутренние демпферы D расположены между внешними демпферами В таким образом, чтобы они закрывали как можно больше места с внутренней стороны герметичной внутренней полости IC шумопоглощающей панели 1.
Со ссылкой на фиг.5 внутренние демпферы D меньше и имеют другую форму по сравнению с внешними демпферами В, поскольку они предназначены для поглощения энергии, создаваемой звуковыми волнами разного частотного диапазона. В частности, на изображенном варианте осуществления внутренние демпферы D выполнены в виде цилиндрических коаксиальных объектов 9, которые проходят вглубь герметичной внутренней полости IC.
На фиг.11 изображен график, на котором показаны звукопоглощающие характеристики индекса изоляции воздушного шума Rw (дБ) шумопоглощающей панели 1 в разных частотных спектрах звуковых волн. Упомянутый график был построен в соответствии с требованиями стандарта ISO 717-1 (в диапазоне от 100 до 3150 Гц) на основе полученных результатов измерений. На графике пунктирной линией показаны требования стандарта ISO 717-1, а непрерывной линией - данные, полученные для шумопоглощающей панели 1 по изобретению. Как видно из графика, звукопоглощающая способность предпочтительно вполне соответствует требованиям стандарта во всем диапазоне частот от 100 до 3150 Гц, незначительно превышая их в диапазоне частот до 300 Гц, а также в диапазоне свыше 1600 Гц. В частности, было замечено, что внешние демпферы В, встроенные в передний корпус А, вполне успешно обеспечивают эффективное поглощение энергии, создаваемой звуковыми волнами в диапазоне до 1600 Гц, тогда как внутренние демпферы D, встроенные в задний корпус С, улучшают упомянутое поглощение энергии, создаваемой звуковыми волнами, в диапазоне свыше 3000 Гц.
Со ссылкой на фиг.4 передний корпус А и задний корпус С содержат ребра 7 жесткости, предназначенные для дополнительного усиления структурной прочности панели 1 в особо неблагоприятных условиях ударов или столкновений. В частности, подобные ребра 7 жесткости проходят вглубь внутренней полости IC, а также вдоль одной или нескольких внутренних сторон соответствующих корпусов А, С. Задний корпус С также содержит цилиндрические ребра 7 В жесткости, которые проходят вглубь внутренней полости IC по существу вокруг соответствующих внутренних демпферов D.
Внешняя поверхность переднего корпуса А содержит две параллельные опорные поверхности 4, образованные с противоположных торцов, которые могут использоваться для облегчения установки панели на соответствующей опорной конструкции 6, подобно той, которая показана на фиг.5. Аналогичным образом внешняя поверхность заднего корпуса С также содержит две аналогичные опорные поверхности, используемые для этих же целей.
Фигуры с 6 по 10 относятся ко второму варианту осуществления шумопоглощающей панели 1 по настоящему изобретению. Как показано на фиг.6, в данном случае панель 1 содержит первое множество внешних демпферов В, встроенных в передний корпус А и по существу аналогичных тем, которые относятся к первому варианту осуществления, описанному выше. В данном случае панель 1 содержит также второе множество внешних демпферов BI, которые также встроены в передний корпус А. Демпферы В из первого множества, а также демпферы BI из второго множества взаимно разнесены в ортогональных направлениях. На фигурах 8 и 9 показана конструкция подобных демпферов BI из второго множества, которые имеют пирамидальную форму, направленную вглубь внутренней полости IC. В частности, демпферы BI предпочтительно изготовлены из термопластичного материала, который может быть таким же или отличаться от материала, используемого в переднем корпусе А. Другими словами, по данному варианту осуществления первое множество демпферов В изготавливается из термопластичной резины, а второе множество демпферов BI изготавливается из термопластичного материала.
По данному второму варианту осуществления демпферы в заднем корпусе С полностью отсутствуют. В ходе испытаний было доказано, что параметры производительности панели 1 по второму варианту осуществления, т.е. панели, в которой используется лишь первое множество демпферов В и второе множество демпферов BI, оба множества встроены в первый корпус А, хотя и не столь высоки, как у панели по первому варианту осуществления, тем не менее, вполне приемлемы и позволяют достаточно эффективно поглощать шум.
Как показано на видах в сечении по фигурам 8 и 9, конструкция корпусов А, С по второму варианту осуществления по существу аналогична конструкции по первому варианту. Поэтому элементы, являющиеся общими для обоих вариантов осуществления, обозначены на фигурах 6-10 теми же ссылочными позициями, что и на фигурах 1-5.
Цельная конструкция шумопоглощающей панели по настоящему изобретению и эффективное звукопоглощение, доказанное выше, позволяют преодолеть недостатки панелей из предшествующего уровня техники.
По дополнительному аспекту настоящее изобретение относится к процессу изготовления описанной выше шумопоглощающей панели, состоящему из следующих этапов:
а) изготовление переднего корпуса А, необязательно включающего в себя по меньшей мере один демпфер методом литья под давлением;
b) изготовление заднего корпуса С, необязательно включающего в себя по меньшей мере один демпфер методом литья под давлением; а также
c) соединение упомянутого переднего корпуса А с упомянутым задним корпусом С таким образом, чтобы создавалась внутренняя герметичная полость, в результате чего образуется шумопоглощающая панель.
Описанный выше процесс позволяет встраивать по меньшей мере один демпфер в передний корпус А и/или задний корпус С во время изготовления непосредственно самих корпусов. За счет этого корпусы А, С могут одновременно изготавливаться методом двухкомпонентного литья под давлением.
Как отмечалось выше, передний корпус А и задний корпус С после их соединения образуют герметичную внутреннюю полость IC. Корпусы А, С предпочтительно соединяются путем их прижимания друг к другу вдоль их соответствующих внешних краев 11, 21. Точнее, передний корпус А содержит передний внешний край 11, который предпочтительно приваривается ко второму внешнему краю 21 заднего корпуса С (см. например, фиг.5). Желательно, чтобы первый внешний край 11 имел такую же конфигурацию, с точки зрения формы и размера, как и второй край 21. За счет этого после соединения корпуса А с корпусом С внутренняя полость IC непосредственно получается изолированной и герметичной, а образуемая шумопоглощающая панель становится цельной конструкцией.
Передний корпус А и задний корпус С предпочтительно соединяются термосваркой. В частности, термосварка предпочтительно осуществляется при помощи термоножа или, как вариант, при помощи ультразвука. По предпочтительному варианту осуществления упомянутый по меньшей мере один демпфер, предназначенный для задержания шума, не устанавливается после изготовления шумопоглощающей панели, поскольку он встроен в нее, являясь частью цельной шумопоглощающей панели.
Упомянутая шумопоглощающая панель предпочтительно изготавливается в два автоматизированных этапа. При сборке двух корпусов предпочтительно не используются ни винты, ни заклепки, поскольку конструкция желательно создается при помощи автоматической соединительной системы. Предпочтительно звукопоглощающие материалы не используются, поскольку шумопоглощение обеспечивается за счет использования звукопоглощающей камеры и технологии двухкомпонентного литья под давлением.
Технические решения, применяемые при создании шумопоглощающей панели по настоящему изобретению, позволяют полностью достичь поставленной выше цели. Панель надежна и обладает конкурентоспособной производственной себестоимостью.
Специалистам в данной области техники будет очевидно, что можно разрабатывать и практически осуществлять различные модификации, не выходя за объем изобретения.