DE60017725T2

DE60017725T2 - Flexible Polymerfolie für aufgespannte Strukturen, Verfahren zu deren Herstellung und Unterdecke mit dieser Folie

Info

Publication number: DE60017725T2
Application number: DE60017725T
Authority: DE
Inventors: Marc Fontaine
Original assignee: Newmat SA
Current assignee: Newmat SA
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: CA2374414C; US20050188633A1; ATE288001T1; ES2237411T3; US20090297767A1; CA2374414A1; US8906486B2; US7467498B2; DK1180186T4; US7059089B1; DK1180186T3; DE60017725T3; US20050186392A1; WO2001071116A1; EP1180186B2; ES2237411T5; DE60017725D1; EP1180186A1; EP1180186B1; PT1180186E

Description

Diese Erfindung betrifft das technische Gebiet der Folien mit relativ geringer Stärke, typischerweise von weniger als einem halben Millimeter, die zur Herstellung von Unterdecken, Zwischendecken, falschen Wänden, Wandbeschichtungen dienen, indem diese Folien aufgespannt werden.
Nach dem Stand der Technik sind bereits viele Ausführungen solcher Werkstoffe wie auch deren Verwendung für aufgespannte Unterdecken bekannt.
Als Beispiele kann auf die Patentanmeldungen Bezug genommen werden, die in Frankreich unter den folgenden Nummern veröffentlicht wurden: 2 767 851, 2 751 682, 2 734 296, 2 712 006, 2 707 708, 2 703 711, 2 699 211, 2 699 209, 2 695 670, 2 691 193, 2 685 036, 2 645 135, 2 630 476, 2 627 207, 2 624 167, 2 623 540, 2 619 531, 2 597 906, 2 611 779, 2 592 416, 2 587 447, 2 561 690, 2 587 392, 2 552 473, 2 537 112, 2 531 012, 2 524 922, 2 475 093, 2 486 127, 2 523 622, 2 310 450, 2 270 407, 2 202 997, 2 175 854, 2 145 147, 2 106 407, 2 002 261, 1 475 446, 1 303 930, 1 287 077. Es kann als Beispiel auch auf die folgenden Schriften Bezug genommen werden: US-A-5 058 340, US-A-4 083 157, EP-A-643 180, EP-A-652 339, EP-A-588 748, EP-A-504 530, EP-A-338 925, EP-A-286 468, EP-A-215 715, EP-A-089 905, EP-A-043 466, WO-A-94/12741, WO-A-92118722. Es kann auch auf die folgenden Patentanmeldungen der Anmelderin in Frankreich Bezug genommen werden: 2 736 615, 2 758 600, 2 727 711, 2 712 325, 2 699 613, 2 695 670, 2692 302, 2 658 849.
Die beim Stand der Technik bekannten Werkstoffe zur Herstellung von aufgespannten eingeschobenen Decken oder von aufgespannten eingeschobenen Wänden sind meistens Polymere, die zahlreiche Eigenschaften aufweisen wie insbesondere: Feuerfestigkeit, Luftdichtigkeit sowie Staub- oder Feuchtigkeitsdichtigkeit, einfache Instandhaltung.
Die mit diesen Werkstoffen hergestellten eingeschobenen Decken können Wärmeisolierungen, Spots oder unterschiedliche Beleuchtung sowie Ventilations-, Lüftungs- oder Sprinkleröffnungen enthalten. Da sie abgenommen werden können, ermöglichen sie ggf. einen Eingriff in das Plenum.
Die beim Stand der Technik bekannten Polymere für aufgespannte Decken, ob lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig, durchgefärbt oder nicht, matt, lackiert, marmoriert, abgestumpft oder satiniert, können auf diese Weise sowohl im gewerblichen Bereich wie auch im Krankenhausbereich, für Gemeinschaftseinrichtungen, Labors oder Wohnhäuser verwendet werden.
Die End-Lackierung ermöglicht eine Spiegelwirkung, die im kommerziellen Zentren oft eingesetzt wird, während eine matte Endbearbeitung mit einer gipsähnlichen Wirkung für herkömmliche Dekors üblicher ist.
Neben ihren zahlreichen Vorteilen, die zu ihrer wachsenden Verwendung in den unterschiedlichsten Umgebungen geführt haben, haben die Unterdecken und falschen Wände aus aufgespannter Polymerplane nach dem Stand der Technik den großen Nachteil, dass sie schlechte akustische Eigenschaften besitzen, da der Nachhall von Tönen insbesondere an solchen aufgespannten Decken stark ist.
Die Dämpfung des Nachhalls an den Wänden und Decken ist ein technisches Problem, das an sich seit langem bekannt ist. Es wurden mehrere Lösungen in Betracht gezogen.
Gemäß einer ersten Technik umfassen Schalldämpfungsplatten eine perforierte Platte aus Metall oder aus Kunststoff, die auf einem Träger wie Mineralwolle oder Polyurethan-Schaum angebracht wird. Hinsichtlich dieser ersten Technik der passiven Schalldämpfung durch Faserwerkstoff oder porösen Werkstoff kann beispielsweise auf folgende Schriften hingewiesen werden: EP-A-013 513, EP-A-023 618, EP-A-246 484, EP-A-524 566, EP-A-605 784, EP-A-652 331, FR-A-2 405 818, FR-A-2 536 444, FR-A-2 544 358, FR-A-2 549 112, FR-A-2 611 776, FR-A-2 611 777, FR-A-2 732 381, US-A-4 441 580, US-A-3 948 347. Diese Technik ergibt eine Gesamtanordnung, bei der die schallschluckende Rückwand fest mit einer perforierten Sichtverkleidung verbunden ist. Die Perforationen sind dazu bestimmt, die Dämpfung der Wellen durch den schallschluckenden Werkstoff zu ermöglichen, wobei Letzterer nicht sichtbar bleiben kann, da er zu empfindlich ist, eine zu schmutzempfindliche Oberfläche hat und unästhetisch und hässlich aussieht.
Bei einer zweiten Technik sind die Platten, die die Wandungen bilden, wie beispielsweise untergehängte Decken, mit Hohlräumen versehen, deren Volumen berechnet ist, um sie in Übereinstimmung mit bestimmten Frequenzbereichen zu bringen, wobei diese Hohlräume durch eine poröse Verkleidung geschützt sind. Hinsichtlich dieser zweiten Technik, bei der Helmholtz-Resonatoren verwendet werden, kann beispielsweise auf die Schriften DE-PS-36 43 481 und FR-A-2 463 235 hingewiesen werden.
Bei einer dritten Technik, die auf dem Gebiet der untergehängten Decken eingesetzt wird, ist die Sichtseite der Deckenplatten gehämmert oder mit Rillen oder tiefen Hohlräumen versehen. Es kann beispielsweise auf die Schriften FR-A-2 381 142, FR-A-2 523 621, FR-A-2 573 798, WO-A-80/01 183, WO-A-94/24382 hingewiesen werden.
Bei einer vierten Technik bilden wabenförmige Schichten schallschluckende Membranen. Diese aufwändige Technik wird manchmal in Tonaufnahmestudios eingesetzt.
In der Schrift US 3 782 495 sind Akustik-Platten für untergehängte Decken beschrieben, die eine perforierte Metall- oder Kunststofffolie mit Materialabnahme umfassen, wobei die Folie auf einen Rahmen unter einen schallschluckenden Glaswolleblock geklebt ist, wobei die Kunststofffolie filzartig, beschichtet, bedruckt, farbig oder gefärbt sein kann, um dekorativ zu wirken.
In der Schrift EP 0 816 583 ist eine Vorrichtung zur Senkung der Geräuschpegel in Wohnhäusern beschrieben, die schalldämmende Elemente aufweisen, die aus mehreren Folien gebildet werden, die in Abstand und parallel zueinander vertikal aufgehängt sind, wobei diese Folien aus steifem Polymer wie z. B. Polycarbonat oder Polyethylen bestehen, wobei diese Folien auf eine Lagerspule aufgewickelt werden können.
In der Schrift EP 0 399 935 ist eine Belüftungsvorrichtung für Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungszwecke beschrieben, bei der die Wände des Luftverteilungssystems von aufgespannten Gewebe-Unterdecken gebildet werden, die zwecks eines Druckabfalls von ca. 1 PA zumindest teilweise luftdurchlässig sind, und zwar bei einem nominalen Durchsatz von 10 m³ pro Stunde pro m² durchlässiger Oberfläche.
In der Schrift DE 197 54 107C sind Akustikplatten aus Polyester oder Metall wie z. B. Stahl oder Aluminium beschrieben, die parallel zueinander aufgehängt sind.
Keine der bekannten technischen Lösungen des Standes der Technik zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Wänden oder untergehängten Decken ist für die besondere Technik der aufgespannten Decken oder Wänden geeignet.
Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible Polymerfolie zu schaffen, die für aufgespannte Dekorations-, Verkleidungs- oder Anzeige-Strukturen wie insbesondere Unterdecken, falsche Wände verwendet werden kann, wobei dieser Werkstoff erheblich verbesserte akustische Eigenschaften aufweist.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkstoff wie z. B. den oben genannten zu schaffen, dessen äußeres Erscheinungsbild vollkommen an seine jeweilige Verwendung angepasst werden kann, sowohl im gewerblichen Bereich wie auch im Krankenhausbereich, für Gemeinschaftseinrichtungen oder moderne oder historische Wohngebäude.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine flexible Polymerfolie mit einer Stärke von weniger als einem halben Millimeter für die Herstellung von aufgespannten Strukturen wie insbesondere Unterdecken, wobei dieser Werkstoff Mikroreliefs enthält, die sich über eine Höhe von einigen Mikrometern bis 100 Mikrometer erstrecken und durch Heraustreiben des Werkstoffs geformt werden, der die Polymerfolie bildet und der dadurch einen höheren Schallabsorptionskoeffizient aufweist als der gleiche Werkstoff ohne diese Reliefs.
Gemäß verschiedenen Ausführungen weist diese Folie ferner die folgenden Merkmale auf, eventuell auch miteinander kombiniert:

– die Höhe der Mikroreliefs beträgt, senkrecht zu der Ebene dieser Folie vor diesen Mikroreliefs gemessen, weniger als das Dreifache der Stärke dieser Folie;
– diese Mikroreliefs bilden nur auf einer einzigen Seite der Folie Vorsprünge;
– jedes dieser Mikroreliefs ist entsprechend den Knoten eines gleichmäßigen Musters angeordnet;
– alle ihre Mikroreliefs sind entsprechend den Knoten eines einzigen Musters angeordnet, beispielsweise eines quadratmaschigen Musters;
– ihre Mikroreliefs bilden auf beiden Seiten dieser Folie Vorsprünge, wobei jedes ihrer Mikroreliefs entsprechend den Knoten eines gleichmäßigen Musters angeordnet ist, wobei alle ihre Mikroreliefs entsprechend den Knoten eines einzigen Musters angeordnet sind, beispielsweise eines quadratmaschigen Musters;
– ihre Mikroreliefs sind in Form von Mulden ausgeführt, deren im Wesentlichen ebener Boden mit der Öffnung durch einen Werkstoffstreifen mit einer Stärke von weniger oder gleich der der Folienbereiche, die die Mikroreliefs voneinander trennen, verbunden ist;
– die Mulden sind drehsymmetrisch bezogen auf eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht auf ihrer Bodenwand steht;
– der Werkstoffstreifen, der die Bodenwand der Mulden mit deren Öffnung verbindet, ist unterbrochen;
– der Werkstoff ist mit Mikroperforationen versehen, deren Öffnung kleiner ist als vier Zehntel Millimeter, wobei mindestens ein Teil der Mikroreliefs mit diesen Perforationen versehen ist, wobei diese Mikroperforationen ggf. auch zwischen den Mikroreliefs angeordnet sind;
– die Mikroperforationen sind gemäß den Knoten eines Musters angeordnet;
– die Mikroperforationen sind gemäß den Knoten eines Musters angeordnet, das identisch mit dem der Mikroreliefs und gegenüber diesem verschoben ist;
– die Mikroperforationen werden durch Nadelung oder ein beliebiges anderes gleichwertiges Verfahren hergestellt;
– die Mikroperforationen werden ohne ein Abnehmen von Material hergestellt;
– der Werkstoff wird aus der Gruppe der weichmacherhaltigen PVC, Vinyldichlorid und der Copolymere Vinylchlorid/Vinyldichlorid gewählt;
– die von den Mikroreliefs eingenommene Fläche beträgt zwischen 0,5% und 10% der Oberfläche dieser Folie;
– die Dichte der Mikroreliefs und/oder der Mikroperforationen beträgt zwischen 2 und 60 pro Quadratzentimeter, vorzugsweise zwischen 15 und 35 pro Quadratzentimeter, und noch besser zwischen 20 und 30 pro Quadratzentimeter.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Folie aus einem Werkstoff wie oben dargestellt, wobei dieses Verfahren einen Verfahrensschritt der Nadelung enthält, bei dem der Werkstoff, der die Folie bildet, gemäß einem vorbestimmten Muster stellenweise bis zur Mikroperforation herausgetrieben wird. Der Verfahrensschritt der Nadelung wird ausgeführt, ohne dass an der Folie ein Abnehmen von Material erfolgt. Der äußerste Durchmesser der in dem Nadelungsverfahren eingesetzten Nadeln ist kleiner als ein Zehntel Millimeter, beispielsweise in der Größenordnung von vier Hundertstel Millimeter. Bei einer Ausführungsweise erfolgt der Verfahrensschritt der Nadelung, während die Folie einer Spannung in der Größenordnung der Spannung bei ihrer letztendlichen Verwendung in einer aufgespannten Struktur ausgesetzt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Unterdecke, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aus einer Folie aus einem Werkstoff wie oben dargestellt besteht, der an Haltemitteln gespannt wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
die 1a, 1b und 1c verschiedene Ausführungsformen eines Werkstoffs für aufgespannte Plane gemäß dieser Erfindung zeigen,
2 eine graphische Darstellung der gemessenen Werte des Schallabsorptionskoeffzienten in Abhängigkeit von der Dritteloktavenband-Mittenfrequenz unter vier experimentellen Bedingungen 1b, 2b, 3 und 4 sowie für eine Eich-Referenz-Probe zeigt,
3 eine analoge Graphik zu der von 2 unter den experimentellen Bedingungen 5, 6 und 7 zeigt,
4 eine analoge Graphik zu der von 3 unter den experimentellen Bedingungen 8, 8b, 9 zeigt, wobei die unter den Bedingungen 1b, 2b erzielten Ergebnisse zum Vergleich in der Graphik dieser 4 eingetragen sind,
5 eine analoge Graphik zu der von 2 unter der experimentellen Bedingung 10 zeigt, wobei die mit den Versuchen 3, 5 erzielten Ergebnisse zum Vergleich in der Graphik dieser 5 eingetragen sind,
6 eine analoge Graphik zu der von 2 unter der experimentellen Bedingung 11 zeigt, wobei die mit den Bedingungen 4 und 5 erzielten Ergebnisse zum Vergleich in der Graphik dieser 6 eingetragen sind,
7 eine analoge Graphik zu der von 2 unter den experimentellen Bedingungen 12, 13 und 14 zeigt,
8 ein Histogramm der Werte des Schallabsorptionskoeffizienten in Abhängigkeit von dem Wert der Dritteloktavenband-Frequenz unter den experimentellen Bedingungen A zeigt,
9 ein analoges Histogramm zu dem von 8 unter den experimentellen Bedingungen B zeigt,
10 ein analoges Histogramm zu dem von 8 unter den experimentellen Bedingungen C zeigt.
Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
1a zeigt eine Vorderansicht einer Folie 1 mit einer Stärke in der Größenordnung eines Zehntel Millimeters, die mit im Wesentlichen identischen Mikroreliefs 2 versehen ist, die gleichmäßig in einem quadratmaschigen Gitter verteilt angeordnet sind. In 1b ist in einer stark vergrößerten Ansicht die Form dieser Reliefs 2 dargestellt, und zwar im senkrechten Schnitt zur Ebene von 1 gesehen. Bei der hier betrachteten Ausführungsform zeigen sich diese Reliefs 2 in Form von Mulden mit im Wesentlichen umlaufender Form um eine Achse 3, die senkrecht auf der Mittelebene der flach angeordneten Folie 1 steht. Diese Reliefs erstrecken sich über eine geringe Höhe h in der Größenordnung von einigen Mikrometern bis einigen Zig Mikrometern und weisen eine Öffnung in der Größenordnung von zwei Zehntel Millimetern auf.
Bei der dargestellten Ausführungsform weisen diese Mikroreliefs eine mit Löchern versehene Bodenwand 4 auf. Diese durchgehenden Löcher 19 werden bei einer besonderen Ausführungsweise durch einen Vorgang der Nadelung mit Nadeln hergestellt, deren Spitzen einen Durchmesser in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimeter haben, beispielsweise von 4 Hundertstel Millimeter.
Bei einer Ausführungsweise erfolgt diese Nadelung, während die Folie 1 einer Spannung ausgesetzt wird. Bei einer besonderen Ausführungsweise liegt diese Spannung in der Größenordnung jener Spannung, der die Folie an ihrem Verwendungsort ausgesetzt ist, beispielsweise in einer aufgespannten Unterdecke.
Die durchgehenden Löcher 19 mit einem Durchmesser in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimeter werden ohne Abnahme von Werkstoff hergestellt.
Der Boden 4 der perforierten Mikroreliefs 2 ist mit dem Rand der Mulden durch eine um die Achse 3 umlaufende, ringförmige Wand 5 verbunden. Diese Wand 5 kann ggf. eine Stärke e5 aufweisen, die geringer ist als die Stärke e1 der Folie 1 zwischen den Reliefs. Bei einer gegebenen Stärke e1 wird dieser Unterschied der Stärken umso deutlicher, je größer die Höhe h der Mikroreliefs 2 ist.
Bei bestimmten besonderen Ausführungsformen, die nicht dargestellt sind, ist die ringförmige Wand 5 zumindest bei einem Teil der Reliefs 2 unterbrochen.
Als Variante kann der Boden zumindest bei einem Teil der Mikroreliefs im Wesentlichen voll sein, d. h. nicht mit durchgehenden Löchern versehen sein.
Als Beispiel können die folgenden Werte ausgeführt werden:

– Schritt p zwischen den Mikroreliefs: 1 mm,
– Dichte der Mikroreliefs pro Quadratzentimeter: 25,
– Höhe der Reliefs: einige Mikrometer bis 100 Mikrometer.

Es können weitere Ausführungsformen in Betracht gezogen werden.
Gemäß einer ersten Art von Ausführungsvariante sind die Reliefs nicht alle gleich, wobei zwei oder mehr als zwei Besetzungen von Reliefs unterschieden werden können, die verschiedene Formen haben.
Gemäß einer zweiten Art von Ausführungsvariante, die eventuell mit der oben genannten ersten Art kombiniert werden kann, sind die Reliefs nicht alle im Wesentlichen punktförmig, sondern erstrecken sich in mindestens einer Richtung, um Mikrorillen und Mikroauskehlungen zu bilden.
Gemäß einer dritten Art von Ausführungsvariante, die eventuell mit einer oder beiden oben genannten Arten kombiniert werden kann, sind die Reliefs nicht alle drehsymmetrisch bezogen auf eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht auf der Mittelebene der Folie 1 steht.
So können beispielsweise die Böden der Mulden in der Draufsicht quadratisch, rechtwinklig, oval, als gleichmäßiges oder ungleichmäßiges Polygon geformt sein. Bei der Ausführungsform von 1 ist die Masche des Netzes der Mikroreliefs quadratisch. Bei anderen Ausführungsformen ist die Masche nicht quadratisch, sondern rechtwinklig.
Bei bestimmten Ausführungsformen sind auf der Folie 1, wie sie in 1c abgebildet ist, mindestens zwei Netze von Mikroreliefs mit unterschiedlicher Masche und/oder Schritt p1, p2, p'2 angeordnet.
Die Erfinder haben festgestellt, dass je nach Dichte der Mikroreliefs, ihrem Verteilungsmuster, ihrer Höhe der optische Eindruck dieser Reliefs mehr oder weniger auffällig ist, ebenso wie die Auswirkung auf die akustischen Eigenschaften der Folie 1, wobei jedoch ohne bemerkenswerte optische Auswirkung eine spektakuläre Verbesserung der akustischen Eigenschaften erreicht werden kann, da sich die Ausführung von perforierten Mikroreliefs sowohl in akustischer Hinsicht als wirksam wie auch als optisch praktisch nicht wahrnehmbar erweist. Diese Erfindung ermöglicht es insbesondere, unter Wahrung einer herkömmlichen Optik einer aufgespannten Plane, die sich dabei deutlich positiv von den perforierten oder netzartigen Unterdecken abhebt, akustische Eigenschaften analog zu denen der Schallschutz-Unterdecken zu erzielen.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Folie, wie oben erwähnt, mit Mikroreliefs versehen, ist jedoch nicht perforiert oder mikroperforiert. Mit Mikroreliefs ohne Perforationen können die akustischen Eigenschaften des Werkstoffs verbessert werden, ohne seine Eigenschaften als dichte Sperre gegen Fluide zu beeinträchtigen. Gegenüber den perforierten Folien können auch eventuelle Spuren von Luftströmen wie z. B. ausgeprägte Schmutzstellen vermieden werden. Außerdem können Perforationen mit ungleichmäßigen Rändern vermieden werden, die entstehen, wenn das Perforierungswerkzeug abgenutzt ist. Außerdem ist das Material leicht waschbar.
Wenn man eine Folie mit Mikroperforationen in der Richtung des Pfeils F von 1b betrachtet, verändern die Mikroperforationen 19 ihre optische Erscheinung nicht wesentlich. Die Erfinder haben insbesondere festgestellt, dass die Ausführung von Mikroperforationen 19 wie die in 1b dargestellten praktisch nicht wahrzunehmen ist, wenn sie mit einer Mattierung der Sichtseite 20 der Folie 1 einhergeht. Die verbesserten akustischen Eigenschaften des Werkstoffs ermöglichen es, auf die Anbringung von faserigem Isoliermaterial zu verzichten, das Staubpartikel und Mikrofasern abgibt, deren gesundheitsschädliche Wirkung bereits diskutiert wurde.
Die Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Folien durch Anbringung von mikroperforierten Mikroreliefs wird nun anhand einiger experimenteller Ergebnisse dargestellt. Bevor diese Ergebnisse dargestellt werden, muss an die folgenden Fakten aus der Akustik erinnert werden, da diese Fakten nicht zu dem Wissensgebiet des Fachmanns für Decken und Wände aus aufgespannten Planen gehören.
Schallwellen entstehen durch Fortpflanzung von Druckveränderungen in elastischen Medien mit Wellenfronten in einer Geschwindigkeit, die in Festkörpern von dem Elastizitätsmodul und der Dichte des Festkörpers abhängt (in der Größenordnung von 500 m/s in Kork und 3100 m/s in einem heutigen Beton beispielsweise). Der Hörbereich des menschlichen Ohrs für Frequenzen der Tonschwingungen liegt zwischen 16 Hz und 20000 Hz, wenn diese Töne mit einem bestimmten akustischen Mindestdruck ausgesendet werden (Schwellenwert der Hörbarkeit beträgt vier Phon). Der Frequenzbereich von gesprochener Sprache liegt etwa zwischen 10 Hz und 10 kHz, wobei die verstehbare gesprochene Sprache sich auf die Frequenzen zwischen 300 Hz und 3 kHz konzentriert. Der Frequenzbereich von Musik liegt etwa zwischen 16 Hz und 16 kHz, wobei eine Oktave eine Frequenzverdopplung entspricht.
Die Schallabsorption kann durch Umwandlung der akustischen Energie in innere Verformungsenergie oder Reibungsenergie in einem porösen, schallschluckenden Werkstoff mit geringer akustischer Impedanz erreicht werden, oder auch mit Hilfe eines Resonators, der die akustische Energie der Töne mit Frequenzen, die nahe bei den Eigenfrequenzen des Resonators liegen, in Form von Wärme durch innere Reibungen umsetzt. Herkömmlicherweise unterscheidet man vier Typen von Schallschluckstoffen:

– starre poröse Werkstoffe wie poröse Betone und feste Schäume, in denen die Kapillarennetze akustischen Widerstand bieten,
– elastische poröse Werkstoffe wie Mineralwollen, Filze, Polystyrole, in denen die akustische Energie durch feste Reibung umgesetzt wird,
– Werkstoffe mit akustischer Resonanz, die sich nach dem Prinzip von Helmholtz-Resonatoren verhalten, wie beispielsweise perforierte Platten,
– Werkstoffe mit mechanischer Resonanz, die sich wie ein gedämpfter Oszillator verhalten.

Es wird eine Schallabsorptionszahl α (ohne Einheiten) definiert, wobei diese Kennzahl α die genormte Differenz zwischen der einfallenden und der reflektierten akustischen Energie ausdrückt. Diese Kennzahl ist Funktion der Frequenz des einfallenden Schalls. Da die Dämpfung des Schalls in der Luft von der Temperatur, dem Druck und der relativen Feuchtigkeit abhängen, müssen die Messungen der Schallabsorptionszahl bei bekannter Temperatur, Druck und bekannter Luftfeuchtigkeit erfolgen (siehe französische Norm NF S 30 009). Hinsichtlich der Messnormen für diese Kennzahl kann beispielsweise Bezug auf die folgenden Schriften genommen werden: Internationale Norm ISO 354, französische Normen NF EN 20354, NF S 31 065, US-Norm ASTM C423. In der folgenden Tabelle sind einige Werte für diese Schallabsorptionszahl α angegeben.
Desgleichen wird eine Schallreflexionszahl ρ, eine Schalldissipationszahl δ und eine Schallübertragungszahl definiert.
An der Grenzfläche zwischen zwei Medien bedeutet das Energieerhaltungsprinzip der akustischen Energie, dass: ρ + τ + δ = 1, ρ + α = 1.
Je größer die akustische Energie, die durch einen Schallschluckstoff umgesetzt wird, um so geringer ist die reflektierte akustische Energie, wodurch der Echoeffekt verringert wird.
Das Echo oder der Nachhall, der durch Reflexion des Schalls an einem Hindernis entsteht, erzeugt Interferenzen, die den Schallpegel in einem Raum stark steigen lassen können und Gespräche erschweren.
Für diesen Nachhall wird eine Nachhallzeit T definiert, und zwar nach der Sabine'schen Formel: T = 0,163V/αAwobei V das Volumen des freien Raums ist, A die schallschluckende Oberfläche ist, α die oben definierte Absorptionszahl ist.
Diese Sabine'sche Formel beruht auf der Hypothese einer vollkommen homogenen Feldverteilung des Nachhalls. Die Nachhallzeit ist die Zeit, nach der die akustische Energie sich um 60 dB verringert hat, d. h. 1 ppm im Vergleich zu ihrem Ausgangswert.
Nachdem diese Begriffe aus der Akustik erläutert wurden, werden nun im Folgenden einige experimentelle Ergebnisse angeführt, die unter Normbedingungen erzielt wurden.
In einer ersten Versuchsreihe wurden an zwölf Werkstoffstreifen Schallabsorptionstests durchgeführt.
Die Werkstoffschichten mit den Maßen 9' × 8' wurden auf der Oberfläche eines quaderförmigen Kastens aus Glaswolle mit einer Wandstärke von 3/4' und mit den Abmessungen 9' × 8' × 4' befestigt, wobei der Kasten auf eine Platte aus gewelltem Stahl gestellt wurde.
Der Kasten aus Glaswolle wurde für die sogenannten Vakuumkammer-Messungen aus der Nachhall-Kammer entnommen. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt.
Die Bedingungen dieser Versuche sind in der Tabelle II aufgeführt.
Tabelle II
Die mit „perforiert NLM41" bezeichneten Folien sind Folien des Typs, wie sie von der Anmelderin unter der Bezeichnung NewLine NLM41 in den Handel gebracht werden. Diese Folien sind mit groß bemessenen Perforationen versehen (runde Löcher mit einem Durchmesser von vier Millimetern), die durch Materialabnahme erzielt werden, wobei die Dichte der Löcher weniger als ein Loch pro Quadratzentimeter beträgt. Diese runden Löcher sind dazu bestimmt, eine Belüftung des Plenums sowie ggf. einen Rauchabzug zu ermöglichen: diese Produktpalette NLM41 ist klassifiziert als M1B1/Fire 1.
Die mit „perforiert NL601" bezeichneten Folien sind Folien des Typs, wie sie von der Anmelderin unter der Bezeichnung NewLine NL601 in den Handel gebracht werden, Diese Folien sind ebenfalls mit groß bemessenen Perforationen versehen (runde Löcher mit einem Durchmesser von einem Millimeter), die durch Materialabnahme erzielt werden. Diese runden Löcher sind genau wie die der Folien NLM41 dazu bestimmt, eine Belüftung des Plenums sowie ggf. einen Rauchabzug zu ermöglichen, wobei diese Produktpalette NL601 als M1B1/Fire 1 klassifiziert ist.
Die diesen Ergebnissen entsprechenden Kurven sind in den 2 bis 7 dargestellt:
2 zeigt die Ergebnisse der Versuche 1b, 2b, 3, 4 bezogen auf fünf erzielte Werte für ein Referenz-Normal,
3 zeigt die Ergebnisse der Versuche 5, 6, 7 bezogen auf dieses Referenz-Normal,
4 ist eine Graphik, in der die Ergebnisse der Versuche 8, 8b und 9 im Vergleich mit den in den Versuchen 1b, 2b und 7 erhaltenen Ergebnissen zusammen dargestellt sind,
5 ist eine Graphik, in der die Ergebnisse des Versuchs 10 im Vergleich mit denen der Versuche 3 und 6 dargestellt sind,
6 ist eine Graphik, in der die Ergebnisse des Versuchs 11 im Vergleich mit denen der Versuche 4 und 5 dargestellt sind.
Der Vergleich der Kurven 1b und 2b zeigt wie sich das Anbringen eines klassischen faserigen Isoliermaterials, wie das in dem Plenum erfolgen kann, auswirkt.
Der Vergleich der Kurven 3 und 4 einerseits mit den Kurven 1b, 2b andererseits zeigt, dass das Herstellen von Perforationen an der aufgespannten Folie es ermöglicht, die Schallschluck-Fähigkeit zu erhöhen, insbesondere bei den hohen Frequenzen, einem Bereich, in dem sich die Anbringung von faserigem Isoliermaterial als wenig wirksam erweist. Die Erfinder haben nach einer Erklärung für diese Beobachtung gesucht. Es stellt sich heraus, dass es in der Akustik bekannt ist, dass eine starre, perforierte Platte mit der Stärke h, die sich in einem Abstand zu einer Wand befindet und eine Anzahl n von zylindrischen Perforationen mit dem Radius a aufweist, wobei diese Platte auf vier rechtwinklig zueinander liegenden Tragstücken ruht, eine folgende Pulsation von maximaler Wirksamkeit aufweist ω = c(nπ/a2e(h + 8a/3π))1/2 wobei sich diese Platte wie eine Gesamtanordnung von Helmholtz-Resonatoren verhält, wobei der Maximalwert ihrer Schallabsorption von dem Wert des Dämpfungskoeffizienten und dem Grad der Perforation abhängt. Dieser Typ von Mechanismus wird in den untergehängten Decken mit Perforationen eingesetzt.
Bei den hier in Betracht kommenden aufgespannten Planen sind die aufgespannten Folien in der Lage zu schwingen und sind also nicht steif oder unverformbar, außerdem sind die Stärken h im Verhältnis zu den Schallschluckplatten sehr gering, so dass das oben dargestellte Modell nicht verwendet werden kann. Bei anderen auf dem Gebiet der Akustik bekannten Modellen soll das Verhalten von perforierten Membranplatten vorgesehen werden, wobei die Eigensteife der Platte und die Kompression der Luft in dem hinteren Bereich der Platte sowie das Strömen der Luft durch Perforationen, das eine schallableitende Rolle spielen kann, berücksichtigt werden.
Auf diese sehr komplizierten Modelle könnte man sich eventuell bei den Ergebnissen berufen, die mit den Versuchen 3, 4, 5, 6, 10, 11 erzielt wurden.
Die Kurven 5, 6 und 7 stellen dar, wie sich das Anbringen einer Schallschutzbeschichtung in Form von Spray auf den aufgespannten Folien auswirkt. Die Wirkung dieser Beschichtung ist besonders bei hohen Frequenzen deutlich. Wie 4 zeigt, erbringt bei einer glatten aufgespannten Folie die Anbringung eines faserigen Isoliermaterials (Versuche 2b, 8, 8b) oder das Anbringen einer Schallschutzbeschichtung in Form von Spray (Versuche 7 und 9) hingegen bei Frequenzen von mehr als 400 Hz schlechtere Ergebnisse als die, die mit perforierten Folien mit oder ohne Schallschutzbeschichtung in Form von Spray erzielt werden. In allen Fällen, die in den Figuren für die Versuche 1b, 2b, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 8b, 9, 10 und 11 dargestellt sind, wiesen die Schalldämpfungseigenschaften eine große Unsymmetrie zwischen tiefen und hohen Frequenzen auf.
Die Erfinder haben festgestellt, dass unerwartet und ohne eine einfache Erklärung die Herstellung von Mikroreliefs und von Mikroperforationen zu ebenso günstigen Ergebnissen führte wie die Herstellung von größer bemessenen Perforationen. Im Bereich der hohen Frequenzen sind die mit den Mikroperforationen erzielten Ergebnisse sogar besser als die mit den größeren Perforationen erzielten Ergebnisse.
Die Versuche 12, 13 und 14 zeigen diese erstaunlichen Ergebnisse. Die Versuchsbedingungen waren die Folgenden: Temperatur = 70F (ca. 21,2°C), Feuchtigkeit = 64%, atmosphärischer Druck. Es wurde eine Folie aus mikroperforiertem Material mit 9' × 8' in einem Montagetyp E 1219 getestet. Mit „mikroperforiert" wird hier bezugsnehmend auf die Versuche 12, 13 und 14 eine PVC-Folie mit einer Stärke von 17 Hundertstel Millimeter bezeichnet, die mit Mikroperforationen versehen ist, die durch Nadelung ohne Materialabhub hergestellt wurden, wobei die eingesetzten Nadeln an der Spitze einen Durchmesser in der Größenordnung von 4 Hundertstel Millimeter hatten, wobei die erzielte Dichte der Mikroperforationen in der Größenordnung von dreiundzwanzig pro Quadratzentimeter lag, wobei die Perforationen in einem Netz wie in 1a abgebildet verteilt angeordnet sind. Die Folie wurde an der Oberseite eines angestrichenen quaderförmigen Kastens mit Glasfaserwand mit einer Stärke von ¾'' aufgespannt, dessen Volumen 10154.72 cu·ft. beträgt. Die Ergebnisse bei sogenannter „leerer Kammer" wurden ohne Einsatz des Kastens erzielt, wobei die Folie auf eine Stahlplatte gelegt wurde. Bei diesen Versuchen mit „leerer Kammer" entsprechen die Werte T60 den mittleren Nachhall-Zeiten. Der Schallabsorptionskoeffizient (CAA) und die Präzisionen wurden gemäß der amerikanischen Norm ASTM C423-90a gewonnen. Die NRC- und AAC-Werte wurden gemäß der Norm ASTM C423 gewonnen. Für den Versuch 12 wurde eine 6'' dicke Schicht Glaswolle R19 der Firma Owens Corning in dem Kasten untergehängt, und zwar in 3,75'' Abstand von der aufgespannten Folie. Für den Versuch 13 wurde eine 1'' dicke Schicht Glasfaser RA24 der Firma Owens Corning in dem Kasten untergehängt, und zwar in 8,75'' Abstand von der aufgespannten Folie. Für den Versuch 14 wurde keinerlei Werkstoff in dem Kasten angeordnet.
Tabelle III
Die erhaltenen AAC- und NRC-Werte sind in der folgenden Tabelle IV angegeben:
Tabelle IV
Die in den Versuchen 12, 13 und 14 erhaltenen Schallabsorptionswerte sind in der graphischen Darstellung von 7 eingetragen, wobei nur die Frequenzen zwischen 125 und 4000 Hz berücksichtigt wurden, um die Homogenität der Darstellung mit den graphischen Darstellungen der 2 bis 6 zu gewährleisten.
Durch Kombination einer perforierten Mikromembran mit einem faserigen Isoliermaterial, das in Abstand zu der starren Wand angeordnet ist, kann eine Schalldämpfung erreicht werden, die über den gesamten in Betracht gezogenen Frequenzbereich homogen ist.
Bei den Versuchen, die in der ersten und der zweiten Reihe ausgeführt wurden, wie oben angeführt, wurde eine Akustikkammer mit Glasfaserwänden benützt, was nicht der tatsächlichen Anordnung der aufgespannten Decken entspricht.
Um die Auswirkungen der gestützten aufgespannten Folie auf die Schalldämpfungseigenschaften der Gesamtanordnung besser feststellen zu können, wurde eine dritte Versuchsreihe durchgeführt, und zwar unter folgenden Bedingungen:
Versuch A:
Es wurden Glasfaserplatten von 8' × 9' mit einem Gesamtgewicht von 0,25 psf und mit einer Stärke von 1'' (Dichte 3 lb/cu·ft), die von einem rohrförmigen Metallrahmen mit einer Höhe von 4'' und einer nominalen Stärke von 1 ½'' direkt an der Basiswand der Nachhallkammer befestigt (Montage A der Norm ASTM E 795).
Diese Rahmen bildeten eine Tragstütze für glatte, aufgespannte Werkstoffstreifen aus PVC.
Versuch B:
Es wurden glatte PVC-Platten von 8' × 9' (5 mil) mittels einer Gabelanker/Schienen-Montage in 4'' Entfernung von der Bodenwand der Nachhallkammer angeordnet (Montage E90 der Norm ASTM E 795).
Der Tragrahmen der glatten PVC-Platten besteht aus Metallrohren mit einer Höhe von 4'' und einer nominalen Stärke von 1 ½''.
Dieser Rahmen ist von außen an der Basiswand der Nachhallkammer befestigt. Dabei ist eine Glasfaserplatte mit einer Stärke von 2'' (Dichte 3 lb/cu·ft) direkt an der Bodenwand dieser Kammer befestigt. Das Gesamtgewicht dieser Glasfaserplatte beträgt 0,49 psf, wobei der PVC-Streifen 0,05 psf wiegt.
Versuch C:
Es wurden glatte PVC-Platten von 8' × 9' (5 mil) mittels einer Gabelanker/Schienen-Montage in 4'' Entfernung von der Bodenwand der Nachhallkammer angeordnet (Montage E90 der Norm ASTM E 795).
Der Tragrahmen der glatten PVC-Platten besteht aus Metallrohren mit einer Höhe von 4'' und einer nominalen Stärke von 1 ½''.
Dieser Rahmen ist von außen an der Basiswand der Nachhallkammer befestigt. Dabei ist eine Glasfaserplatte mit einer Stärke von 1'' (Dichte 3 lb/cu·ft) direkt an der Bodenwand dieser Kammer befestigt. Das Gesamtgewicht dieser Glasfaserplatte beträgt 0,25 psf, wobei der PVC-Streifen 0,05 psf wiegt.
Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V aufgeführt.
Tabelle V
Die durchschnittlichen NRC-Werte und die bei diesen Versuchen A, B und C erhaltenen NRC-Werte sind in der folgenden Tabelle VI angegeben:
Tabelle VI
Die Werte der Schallabsorptionskoeffizienten wurden gemäß den Bestimmungen der Norm ASTM C 423-90a mit einem Bruel Kjaer Analysator des Typs 2133 erzielt.
Die Histogramme der 8, 9 und 10 zeigen die Entwicklungen der Schallabsorptionskoeffizienten für die Frequenzen von 100 bis 5000 Hertz in den Versuchen A, B und C.
Der soeben beschriebene flexible Polymerwerkstoff als Folie mit verbesserten akustischen Eigenschaften ist geeignet, für aufgespannte Dekorations- oder Abdeck-Strukturen wie insbesondere Unterdecken, falsche Wände, verwendet zu werden. Dieser Werkstoff kann auch für feststehende oder Lauf-Anzeigetafeln verwendet werden, da durch die Dämpfung des Nachhalls die von diesen Tafeln erzeugte Geräuschbelästigung verringert werden kann.
Da der optische Aspekt des Werkstoffs durch das Vorsehen dieser Mikroreliefs nicht wesentlich verändert wird, ist dieser Werkstoff weiterhin vollkommen geeignet für eine Verwendung sowohl im gewerblichen Bereich wie auch im Krankenhausbereich, für Gemeinschaftseinrichtungen oder moderne oder historische Wohngebäude.
Die mit diesen Werkstoffen erreichten akustischen Eigenschaften sind denen von herkömmlichen Unterdecken vollkommen vergleichbar, wie es die folgende Tabelle zeigt, die der Verdeutlichung dient.
Tabelle VII

Claims

Flexible Polymerfolie (1) mit einer Stärke (e1) von weniger als einem halben Millimeter zur Herstellung von aufgespannten Strukturen wie insbesondere Unterdecken, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mikroreliefs enthält, die sich über eine Höhe (h) von einigen Mikrometern bis 100 Mikrometer erstrecken, wobei diese Mikroreliefs (2) durch Heraustreiben des Werkstoffs geformt werden, der die Polymerfolie (1) bildet und der dadurch einen höheren Schallabsorptionskoeffizient aufweist als der gleiche Werkstoff ohne diese Reliefs.
Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Mikroreliefs, senkrecht zu der Ebene dieser Folie vor diesen Mikroreliefs (2) gemessen, weniger als das Dreifache der Stärke (e1) dieser Folie beträgt.
Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroreliefs (2) nur auf einer Seite dieser Folie Vorsprünge bilden.
Folie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes dieser Mikroreliefs (2) entsprechend den Knoten eines gleichmäßigen Musters angeordnet ist.
Folie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle ihre Mikroreliefs (2) entsprechend den Knoten eines einzigen Musters angeordnet sind.
Folie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein quadratmaschiges Muster ist.
Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Mikroreliefs (2) auf beiden Seiten dieser Folie Vorsprünge bilden.
Folie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes ihrer Mikroreliefs (2) entsprechend den Knoten eines gleichmäßigen Musters angeordnet ist.
Folie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle ihre Mikroreliefs (2) entsprechend den Knoten eines einzigen Musters angeordnet sind.
Folie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein quadratmaschiges Muster ist.
Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Mikroreliefs (2) in Form von Mulden ausgeführt sind, deren im Wesentlichen ebener Boden (4) mit der Öffnung durch einen Werkstoffstreifen (5) mit einer Stärke von weniger oder gleich der der Folienbereiche, die die Mikroreliefs (2) voneinander trennen, verbunden ist.
Folie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulden drehsymmetrisch bezogen auf eine Achse (3) sind, die senkrecht auf ihrer Bodenwand (4) steht.
Folie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffstreifen (5), der die Bodenwand (4) der Mulden mit deren Öffnung verbindet, unterbrochen ist.
Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Mikroperforationen versehen ist, deren Öffnung kleiner ist als vier Zehntel Millimeter.
Folie nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mikroreliefs (2) mit diesen Mikroperforationen versehen ist.
Folie nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Mikroperforationen zwischen 2 und 60 pro Quadratzentimeter beträgt.
Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus der Gruppe der weichmacherhaltigen PVC, Vinyldichlorid und der Copolymere Vinylchlorid/Vinyldichlorid gewählt wird.
Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Mikroreliefs (2) eingenommene Fläche zwischen 0,5% und 10% der Oberfläche dieser Folie beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Folie aus einem Werkstoff wie in jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 18 dargestellt, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Verfahrensschritt der Nadelung enthält, bei dem der Werkstoff, der die Folie bildet, gemäß einem vorbestimmten Muster stellenweise bis zur Mikroperforation herausgetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Nadelung ausgeführt wird, ohne dass an der Folie ein Abnehmen von Material erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der äußerste Durchmesser der in dem Nadelungsverfahren eingesetzten Nadeln kleiner ist als ein Zehntel Millimeter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Nadelung ausgeführt wird, während die Folie einer Spannung in der Größenordnung der Spannung bei ihrer letztendlichen Verwendung in einer aufgespannten Struktur ausgesetzt ist.
Unterdecke, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Folie aus einem Werkstoff wie in jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 18 dargestellt besteht, der an Haltemitteln gespannt wird.