ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ ИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ С УПРОЧНЯЮЩИМИ ВДАВЛЕННЫМИ УЧАСТКАМИ
SOUND ABSORBING ISOLATION ELEMENT WITH REINFORCING SUNKEN SECTIONS

Настоящее изобретение относится к звукопоглощающему изоляционному элементу согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Такие изоляционные элементы находят свое применение всюду там, где должны экранироваться источники звука и/или источники тепла. Преимущественно они используются в автомобилестроении, где они помещаются, например, между становящимся горячим катализатором и днищем транспортного средства.
Такие изоляционные детали известны и описаны, например, в заявках WO 91/10560, WO 00/46493 или в DE 102005006164 A1.
Документ WO 91/10560 описывает теплозащитный щиток с пленочным пакетом, который охватывает теплопроводящие зоны, так называемые теплоотводы, и теплоизолирующие зоны. В частности, отдельные пленки пленочного пакета имеют утолщения, которые ведут к тому, что спакетированные пленки находятся на расстоянии друг от друга. Отдельные пленки могут быть связаны герметично плотно друг с другом, что делает возможным включение газа, например ксенона. При дальнейшем совершенствовании этого известного теплозащитного щитка отдельные пленки перфорированы для улучшения акустической эффективности. Кромочные области этих пленочных пакетов на практике прижимаются друг к другу без существенной сжимающей силы, режутся и затем загибаются по краям, укупориваются термосвариванием или связываются механически.
Оказалось, что акустическая эффективность таких пленочных пакетов может существенно улучшаться, если они имеют щелевидные перфорации. Документ WO 00/46493 описывает изоляционный элемент, состоящий по меньшей мере из двух металлических листов, которые представляют собой пленки или тонкие листы. С целью улучшения акустической эффективности по меньшей мере один из этих металлических листов имеет выпуклости и трещины. Эти трещины образуются, если при получении выпуклостей на по меньшей мере одном металлическом листе превышен предел упругости. В предпочтительном варианте выполнения отдельные металлические листы сварены друг с другом методом холодной сварки.
Чтобы снизить издержки на такие изоляционные элементы, идет развитие по пути объединения/интегрирования звукоизолирующих и изолирующих от высокого нагрева пленок с их несущей структурой, чтобы создавать самонесущий изоляционный элемент. Такой изоляционный элемент имеет преимущество не только в экономии затрат, он также в целом более легкий и в зависимости от необходимости также может использовать меньшее конструктивное пространство.
В документ DE 102005006164 представлен такой изоляционный элемент в виде выполненной с выпуклостями пленки или выполненного с выпуклостями листа с щелеобразными отверстиями, которые имеют, по существу, гладкие кромки и гладкие концы. Отверстия образуются при одновременном выдавливании на первом этапе в исходном материале посредством пресса для выдавливания, например аппарата для обработки сегментных шлицев, сужения материала или, соответственно, места заданного разрушения. Предварительно обработанный таким образом материал подвергается затем на следующем этапе трехмерной деформации путем выполнения выпуклостей, причем места заданного разрушения разрываются, и возникают вышеупомянутые щелеобразные отверстия с гладкими кромками и гладкими концами. К сожалению, оказалось, что такие детали по сравнению с современным состоянием техники обнаруживают меньшую способность поглощать звук.
Кроме того, такие изоляционные элементы во время соответствующего назначению применения подвержены сильным вибрациям, а иногда и сильному растягивающему напряжению, в результате чего такие щелеобразные отверстия склонны к надрыву и/или дальнейшему разрыву. Такой надрыв или дальнейший разрыв ухудшает механическую прочность и предусмотренное поглощение звука. Чтобы предотвращать надрыв или дальнейший разрыв, в том же документе DE 102005006164 предлагается позволять щелям входить в щелевые расширения, т.е. в круглые или эллиптические отверстия в обоих концах щелей. Тем не менее, это обуславливает соответствующую форму для выдавливания щелей и пробивки отверстий, что делает производство таких изоляционных элементов очень трудоемким и дорогим.
Поэтому задачей данного изобретения является создание звукопоглощающего изоляционного элемента, который не имеет вышеназванных недостатков, в частности создание самонесущего и легкого по весу изоляционного элемента, который долгосрочно выдерживает предусмотренные механические нагрузки без потери акустической поглощающей способности.
Эта задача решается согласно изобретению за счет звукопоглощающего изоляционного элемента с признаками пункта 1 формулы изобретения, в частности звукопоглощающего теплозащитного щитка, содержащего по меньшей мере один листообразный элемент, имеющий выпуклости и снабженный вдавленными участками, в которых могут быть выполнены перфорации. Вдавленные участки выполнены в виде упрочняющих вдавленных участков, т.е. имеют вдавленное дно и уплотненные вдавленные боковые поверхности, которые повышают собственную устойчивость листообразного элемента и одновременно предотвращают надрыв или дальнейший разрыв перфораций. Перфорации образованы в виде трещин. В дальнейшем понятие трещины должно использоваться для перфораций, которые возникают при получении выпуклостей из-за растяжения и растрескивания вдавленного основания и поэтому имеют неправильно сформированный контур. Так, возникшие из-за растяжения трещины имеют волнистый и нерегулярный, неправильный контур и известны, например, из документа WO 00/46493. Оказалось, что перфорации с выполненными таким образом нерегулярными контурами показывают значительно улучшенную поглощающую способность по сравнению с щелеобразными отверстиями при, по существу, гладких кромках и гладких концах.
В предпочтительном варианте выполнения изоляционный элемент согласно изобретению содержит зоны без упрочняющих вдавленных участков. Эти зоны служат для более стабильного размещения элементов крепления, маркировки с номерами артикулов или фирменными товарными знаками или просто для обработки, например, в области кромки (отбортовки) и предотвращают проявления усталости на этих местах.
Подразумевается, что упрочняющие вдавленные участки могут иметь любые конфигурации, могут быть, в частности, круглыми, трапецие- или серповидными, звездообразными, треугольными, прямоугольными и/или гексагональными. Предпочтительны формы, которые образуют большую площадь днища, чтобы благоприятствовать произвольно ориентированному растрескиванию.
В другом предпочтительном варианте выполнения упрочняющий вдавленный участок имеет вдавленное днище, которое на его заплечиках, т.е. в области вдавленного днища непосредственно перед переходом к вдавленной боковой поверхности, имеет толщину b, которая относится к толщине d листообразного элемента в отношении 1/10. Само собой разумеется, что это отношение может быть также меньше 1/10. Это отношение оказывается особенно предпочтительным, так как оно ведет к оптимальному упрочнению материала во вдавленной области. Вдавленные участки, у которых ширина a вдавленного днища относится к толщине b вдавленного днища в отношении по меньшей мере 3/1, оказались особенно предпочтительным.
В еще одном варианте выполнения листообразный элемент состоит из металлического материала, в частности из алюминия, из алюминиевого сплава, из покрытой алюминием стали или из легированной хромом стали. Подразумевается, что этот листообразный элемент также может быть сделан из теплостойкой пластмассы, как, например, из усиленного волокнами термопласта или из композиционного материала (с одно- или двусторонним покрытием из металла и/или волокнистого материала в форме нетканых полотен, плетений, тканей, ковриков, многослойных композитных материалов, которые изготовляют посредством ткачества или сшивания, каландрирования, прессования или способом расплава или пластификации), в частности из вспененного материала. Особенно предпочтительным оказался лист алюминия с толщиной от 0,1 до 0,5 мм, в частности от 0,3 до 0,5 мм.
Оказалось акустически особенно релевантным, что трещины не лежат в одном определенном направлении, а расположены в произвольном порядке. Это случайное распределение ориентации трещин благоприятствует поглощению диффузно приходящих звуковых волн. Тем не менее, подразумевается, что для локально различного распределения ориентации трещин упрочняющие вдавленные участки могут выполняться по областям с различным направлением ориентации.
Вышеназванный предмет изобретения, преимущества и признаки изобретения разъясняются в дальнейшем в качестве примера посредством чертежей или очевидным образом исходят из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения.
При этом:
на фиг.1 схематично показан в перспективе теплозащитный щиток;
на фиг.2 схематично показано щелеобразное отверстие известного вида;
на фиг.3 схематично показан в перспективе отдельный упрочняющий вдавленный участок согласно изобретению;
на фиг.4 схематично показан отдельный упрочняющий вдавленный участок согласно изобретению в поперечном сечении без трещины;
на фиг.5 схематично показан отдельный упрочняющий вдавленный участок согласно изобретению в поперечном сечении с трещиной;
на фиг.6 схематично показан выполненный с выпуклостями изоляционный элемент с упрочняющими вдавленными участками и трещинами в поперечном сечении.
На фиг.1 показан в перспективе теплозащитный щиток, выполненный в соответствующем применению виде. Этот теплозащитный щиток содержит листообразный элемент 1, в дальнейшем называемый также просто "лист", со щелеобразными отверстиями 2, которые распределены по листу 1. Распределение этих щелеобразных отверстий 2 лежит в области компетенции специалистов, в частности, возможны свободные от перфорации зоны 3, которые содержат крепежные отверстия 4 для размещения средств крепления. Такие зоны 3 могут служить также для маркировки или для более надежного производства. В области компетенции специалистов лежит вопрос об исполнении такого листа 1 также с желобчатой формовкой 5, чтобы дальше повышать его механическую устойчивость.
Предпочтительно теплозащитный щиток содержит не подверженный коррозии лист 1, в частности, из алюминия. Предпочтительно используется листовой алюминий с толщиной от 0.3 до 0.5 мм. Само собой разумеется, лист может также состоять из алюминиевой фольги толщиной, например, от 0.1 до 0.3 мм или из толстого листового алюминия толщиной, например, от 0.5 до 5 мм. Для производства листа 1 согласно изобретению могут использоваться также другие металлы, такие как, например, медь, или цинк, или подходящие сплавы. Для получения листа 1 согласно изобретению могут использоваться даже пластмассы, такие как термопласты, вспенивающиеся или пленочные. При этом не играет никакой роли, мягок ли использованный материал или хрупок. Он должен лишь подходить для получения выпуклостей и/или формования.
На фиг.2 схематично показано отверстие известного вида. Для получения щели 6 в материале выполняют риску или бороздку, а затем разрушают целостность. Отчетливо различима бороздка 7, которая имеет, как правило, призматическую форму. В области кромок бороздки 7 различимо определенное уплотнение 17 материала (на его кристаллической структуре). Соотношение между глубиной бороздки и толщиной материала является при известных отверстиях очень маленьким, в частности меньше 1:2.
На фиг.3 схематично показан в перспективе отдельный упрочняющий вдавленный участок 8. Для оптимального соответствия листообразного элемента 1 согласно изобретению с акустическими потребностями также могут использоваться другие формы упрочняющего вдавленного участка. Конфигурации упрочняющих вдавленных участков могут иметь, в частности, круглую, треугольную, прямоугольную, трапециевидную, гексагональную, звездообразную или любую другую желаемую форму. Само собой разумеется, что не требуется, чтобы упрочняющие вдавленные участки 8 суживались в поперечном сечении книзу, как, например, показано на фиг.3. Согласно изобретению можно получать также листообразные элементы 1, которые имеют либо одну унифицированную форму упрочняющих вдавленных участков, либо локально разные формы упрочняющих вдавленных участков. Отчетливо видно трещину 9 во вдавленном днище 10, которая имеет неправильный контур 19.
На фиг.4 схематично показан отдельный упрочняющий вдавленный участок 8 согласно изобретению в поперечном сечении без трещины. Упрочняющий вдавленный участок 8 согласно изобретению имеет вдавленное днище 10 и боковые поверхности 11. Вдавленное днище 10 тоньше листообразного элемента 1, причем отношение b/d в заплечике 12 (переход от боковой поверхности 11 к вдавленному днищу 10) предпочтительно составляет 1:10 или меньше. Предпочтительно соотношение между шириной a неразорванного вдавленного днища 10 и толщиной b вдавленного днища составляет 3:1 или больше. Упрочняющий вдавленный участок 8 имеет в области боковых поверхностей 9, в частности во вдавленной области 10 днища, сильное местное укрепление или упрочнение 13. Указанные упрочняющие вдавленные участки способствуют приданию жесткости всему листу 1 в целом.
На фиг.5 схематично показан отдельный упрочняющий вдавленный участок 8 согласно изобретению в поперечном сечении с трещиной 9 во вдавленном днище 10. Здесь также виден неправильный контур 19, который возникает из-за растяжения и разрыва днища 10. Указанный неправильный контур имеет, как правило, волнообразные отклонения и нерегулярно зазубренную форму.
На фиг.6 показано частичное поперечное сечение листообразного элемента 1 с выпуклостями 14 и упрочняющими вдавленными участками. Ясно видно также, что не все вдавленные днища 10, 10', 10” разорваны. Некоторые из этих вдавленных днищ 10” разорваны и имеют трещины 9, 9”, в то время как другие вдавленные днища 10, 10' лишь растянуты или деформированы и не обнаруживают никаких трещин.
Раскрытые здесь трещины имеют в высокочастотной области по меньшей мере на 10% лучшее поглощение звука, а в средних частотных областях по меньшей мере на 5% лучшее поглощение звука, чем отверстия с, по существу, гладкими кромками и гладкие отверстия, которые известны в пленках, прорезанных подобно просечно-вытяжному листовому металлу.
Теплозащитный щиток согласно изобретению предпочтительно состоит из отдельного металлического листа. Тем не менее, само собой разумеется, он может содержать также несколько металлических листов. Таким образом, специалист может представить все комбинации листообразного элемента согласно изобретению с металлическими листами известного вида. Кроме того, можно получать звукопоглощающие изоляционные элементы, которые содержат по меньшей мере один листообразный элемент согласно изобретению. В частности, листы согласно изобретению можно комбинировать с нефасонными, нерастресканными, не имеющими упрочненные вдавленные участки пленками или листами. Предпочтительно резка и/или холодная сварка таких пленочных и/или листовых пакетов осуществляется совместно, чтобы изготавливать звукопоглощающие изоляционные элементы, в частности звукопоглощающий теплозащитный щиток для автомобилей.
3
3
В усовершенствованном варианте изоляционного элемента согласно изобретению он содержит два листообразных элемента 1, и в промежутке между этими обоими элементами 1 по меньшей мере частично расположены органические и/или неорганические теплоизолирующие и/или звукопоглощающие материалы с сопротивлением потоку воздуха от 500 до 5000 Н·сек/м. Этот промежуток может быть образован также выполненным с трещинами листом и цельным листом, причем в промежутке между этими обоими листами по меньшей мере частично расположены органические и/или неорганические теплоизолирующие и/или звукопоглощающие материалы с сопротивлением потоку воздуха от 500 до 5000 Н·сек/м. Подразумевается, что в промежутке между двумя листами с трещинами друг над другом расположены органические и/или неорганические теплоизолирующие и/или звукопоглощающие материалы с разной толщиной и, соответственно, плотностью и распределением слоев. Это может иметь значение также для промежутка между листом с трещинами и цельным листом. Само собой разумеется, органические и/или неорганические теплоизолирующие и/или звукопоглощающие материалы, в частности нетканые полотна, ткани, пленки и т.д., могут быть расположены на расстоянии от отдельных листов. Простая конструктивная форма имеет в промежутке между двумя листами локально различающуюся по высоте воздушную прослойку от 1 до 50 мм.