Tätningsring och plastring

FREKVENS (HZ)

Tätningsring och plastring

4 med Plastring + 4/5 tätningsring 4 med Plastring + 3 tätningsring 4 + 1 tätningsring

Figur 16: Konkurrentens plastring med misstänkt diffusor.

Material

Kåpa

Kåpan utgör grunden i ett hörselskydd och har som huvudfunktion att reflektera infallande ljudvågor. Den bör vara konstruerad av ett material med låg

absorptionsfaktor, vilket betyder att en hård yta eftersöks. Plast är det material som är vanligast vid tillverkning av hörselkåpor. Plast består av kolkedjor som kallas polymerer (Leijon, 2014). Med tillsatsämnen skapas en mängd olika egenskaper (Leijon, 2014). Det finns därför många plaster med en stor variation av egenskaper (Leijon, 2014). De flesta plaster tillverkas idag av råolja (Leijon, 2014). Det går att tillverka plaster av förnyelsebara material, dessa kallas för bioplaster (Svensk Plastindustriförening, u.d.). Plaster är billiga, lätta att forma och tillverka med formsprutning (Leijon, 2014). Eftersom arbetet har varit inriktat mot produktförbättring beslutades det att den nuvarande ABS-plasten i kåpskalet och volymringen skall fortsättas att användas med befintlig teknik och kunskap. Det kan dock i framtiden vara intressant att djupare undersöka olika material och dess effekt för dämpningen. Exempelvis skulle kompositmaterial vara intressant att undersöka. Kompositer är ofta polyester-, polyamid- eller epoxiplast förstärkt med fibermaterial (Svensk Kompositförening, 2012). Detta görs vanligen med en väv av kolfiber, glasfiber eller aramidfiber. Kompositer är mycket starka i förhållande till sin vikt (Svensk Kompositförening, 2012).

För att skapa en miljövänligare produkt skulle en bio-komposit kunna användas. Trä är ett naturmaterial som är bra ur miljösynpunkt och spillmaterial från annan tillverkning kan återvinnas och användas genom att träfibrer och trämjöl användas vid tillverkningen av kompositer. Det skapar en miljövänlig bio-komposit som är stark, lätt och styv (Bledzki, et al., 2002; Svensk

Kompositförening, 2012). Absorbent

I figur 18 visas standardabsorbenten av PU-skum som används till Hellberg Secure 2H. Tjockleken varierar beroende på modell. Absorbenten i kåpan absorberar ljudenergin som transmitterats genom kåpskalet och volymringen. Till

absorbenten söks material som kan dämpa olika frekvenser effektivt. En viktig faktor för absorbenten är porositeten, om

materialet är solitt färdas ljudet genom materialet. Om materialet är poröst färdas ljudet genom materialets luftfickor. Varje gång ljudet går igenom en cellvägg

absorberas energi från ljudvågen och

övergår i friktionsvärme (Johansson, 2002). Porösa absorbenter är som mest verksamma vid medelhöga till höga frekvenser (Andersson, 1998; Zannin & Gerges, 2006). Absorbenten skall vara hygienisk för att undvika odör och

irritation. Materialen som undersöks måste finnas tillgängliga på marknaden och

Cellplast

Cellplaster är polymer som expanderats med hjälp av gas under tillverkning som skapat hålrum i materialet. Cellplast finns i både mjuka och hårda varianter (Nationalencyklopedin, u.d.). Det finns två grundläggande strukturer, öppna- eller slutna celler (Arenas & Crocker, 2010). Cellerna består av hålrum i den expanderade plasten. Slutna cellerna är enskilda och isolerade från övriga celler i materialet. Öppna cellerna är sammanlänkade med varandra i materialet

(Arenas & Crocker, 2010). Hos material med slutna celler har mer material kontakt med varandra vilket ökar risken för spridning av ljud via materialet (Arenas & Crocker, 2010). Energiförluster på ingående ljudvågor sker när ljudvågen passerar materialet i cellväggarna och omvandlas till friktionsvärme (Arenas & Crocker, 2010; Johansson, 2002). Det finns även typer av blandskum som tillverkas av återvunnen plast. Blandskum har generellt hög densitet och används ofta som absorbent till bilar och maskiner (Bullerbekämparen, 2017). Tyg- och mineralabsorbenter

Tyg- och mineralabsorbenter förekommer i flera format med olika karaktär. Användningsområdet är ofta som akustiska ljuddämpare i byggnader och fordon. Dessa kommer i form av dukar, mattor, skivor och gardiner (Bridger, 2008). Materialen till dessa absorbenter är främst framställda av plaster men även naturliga fibrer och mineralull av glasfiber används. Mineralull kan också framställas av granit, dessa kallas för stenull (Johansson, 2002).

Naturliga absorbenter

Mossa, lav och svamp var initialt intressanta i vår undersökning. Från

materialdatabasen Material ConneXion fanns intressanta mossor och lavar som kan användas som absorbenter. Det visades dock efter vidare undersökning att dessa inte lämpar sig för ändamålet som absorbent i en hörselkåpa. Dels är processen och materialegenskaperna svåra att styra. Eftersom det sker en

variation för hur och var de växer. Naturliga material reagerar på fukt och värme och kan därmed förmultna av bakterietillväxt som bildas i kåpan. Detta kan skapa odör och kan försämra egenskaperna hos hörselskyddet.

Konstruktion

Hörselskydd fungerar som ett slutet rum som skyddar örat från den omgivande ljudmiljön (Zannin & Gerges, 2006). Som nämnts i tidigare kapitel kommer ljud som träffar kåpan reflekteras, absorberas och transmitteras. Energin från ljudvågorna som träffar kåpan kan försätta kåpan i rörelse, detta gör att kåpan börjar agera som ett membran och det skapas tryckvågor inne i kåpan som når trumhinnan (Zannin & Gerges, 2006). Membraneffekten är negativt ur en dämpningssynpunkt och kan enligt ljudisoleringsprinciper för enkelväggar förebyggas med ett styvare material (Andersson, 1998).

Kåpskal

Figur 19: Hellberg Secure kåpskal, från vänster 1H, 2H och 3H.

Kåpskalet är gjort i ABS-plast och kommer i tre storlekar beroende på

dämpningsgrad, se figur 19. Ökad volym har ökad effekt på dämpningen (Boyer, et al., 2014). Det tillåter även användandet av större absorbent. Större kåpskal har mer massa vilket har bättre effekt på dämpningen. Ett större kåpskal flyttar ut avståndet till örat som skapar mer volym att dämpa ljud på. Dock har ett mindre kåpskal mindre yta som kan ta upp ljudenergi (Boyer, et al., 2014).

Volymring

Hellberg var först med färgkodningen av olika dämpningsklasser för enklare identifiering av rätt hörselskydd i rätt miljö. Detta görs med volymringen. Den är tillverkad i ABS-plast med färgerna grön, gul och röd beroende på

dämpningsgrad. Volymringen klickas ihop med kåpskal och tätningsringen fästs i ett spår. Nuvarande konstruktion är

förhållandevis enkelt konstruerad. Från konkurrentanalysen i kapitel 3.3.1 misstänktes att plastringens osymmetri agerade som en diffusor för bättre dämpning av ljud. Insidan av Hellbergs

volymring innehåller många plana ytor, se figur 20. Det misstänks att ljudet som träffar volymringen från utsidan kan transmitteras in till örat. Genom att bygga upp en vägg eller ojämnhet liknande konkurrentens plastring får ljudet i teorin ett extra ”hinder” att passera innan det når örat.

Tätningsring

Tätningsringen är den komponent som sluter tätt kring huvudet. Den skall även tillgodose bekväm användning under tiden kåporna används. Hellberg

rekommenderar för bästa funktion att tätningsringen byts ut var sjätte månad, detta för att materialen deformeras och slits ut (Hellberg Safety, 2016).

Tätningsringen består av vinylplast (PVC) och ett PU-skum. Vinylplasten består av en folie som vakuumsugits runt en form. PU-skum har sedan applicerats och folien svetsats ihop med en tunn plastbit i botten. En kant på tätningsringen tillåter verktygslös montering utan lim på volymringen. Nuvarande lösning är enkel att tillverka och billig att byta vid underhåll. Tätningsringen misstänks vara produktens svaga länk, dess mjuka yta har dålig förmåga att reflektera ljud. Hellberg har två typer av tätningsringar som används. En standardtätningsring som används till passiva hörselskydd och en elektroniktätningsring som används till radio och medhörningskåpor. Elektronikringen har högre densitet på PU-skummet jämfört med standardringen. Figur 21 visar insidan av

tätningsringarna.

Tätning mellan kåpskal, volymring och tätningsring

Skarvarna mellan kåpskal, volymring och tätningsring är en svag länk för lågfrekvent ljud. Läckage kan lösas med lägre toleranser. Dock kan lägre

toleranser göra montering för hand svår. För att förbättra detta måste storleken på skarven göras större eller utformningen ändras. En gummiring eller packning har använts hos vissa konkurrenter för att lösa detta. Efter möte med Hellberg visade det sig att problemet med skarven mellan kåpskal och volymring var känd. Detta hade åtgärdats på nyare volymringar med lägre toleranser. Nytillverkade volymringar har därmed en täthet som Hellberg anser som acceptabel.

Kravspecifikation

För att sammanfatta de krav som finns på en produkt upprättas en

kravspecifikation. Kravspecifikationen skall hållas levande under projektets gång och uppdateras vid behov (Ulrich & Eppinger, 2012). Kravspecifikationen

innehåller krav samt önskemål för de egenskaper som eftersökts till absorbent och kåpa. Krav är egenskaper som måste uppfyllas och önskemål är egenskaper som inte är nödvändiga på produkten men som kan ge produkten ett mervärde (Cross, 2008). Kravspecifikationen har skapats med underlag från Hellbergs produktkrav. Efter avslutat arbete kan kravspecifikationen användas som material till avstämning (Ulrich & Eppinger, 2012). Eftersom arbetet kretsar kring produktförbättring finns vissa underliggande krav med användande av nuvarande komponenter samt att de modifikationer som testas bör kunna produceras med nuvarande teknik. Kravspecifikationen kan ses i tabell 1. Kravspecifikationen togs fram i ett tidigt skede i samverkan med handledare på Hellberg och utökades sedan under förstudien med nya krav och önskemål som identifierats. Kravspecifikationen innehåller vissa parametrar som

examensarbetet nödvändigtvis inte kommer beröra men dessa skrevs ändå initialt ned som en guide till eventuellt designarbete.

Tabell 1: Kravspecifikation.

Nr Specifikation Krav Önskemål Enhet Källa Övrigt/kommentarer

Absorbent

1 Lätt att återvinna Ja Ja/Nej Hellberg 2 ^{Dämpa bättre i önskad}

frekvens ^{Ja Ja/Nej Hellberg}

3 Hygienisk Ja Ja/Nej Hellberg ^{Ej absorbera fukt, orsaka} odör

4 ^{Mjuk och formas efter}

kåpa ^{Ja Ja/Nej Konkurrentanalys}

5 Pris ⁰

-1,50 ^{Kr Hellberg} 6 ^{Ej giftigt/farligt för}

människa ^{Ja Ja/Nej Hellberg}

Möter Reach (förbjudna kemikalier)

7 Går att figurskära Ja Ja/Nej Konkurrentanalys ^{Ska ej behöva "formas för att} få plats"

8 Tillgänglig på marknaden Ja Ja/Nej Hellberg

Konstruktion för kåpskal, volymring och tätningsring

9 ^Osymmetrisk

kåputformning ^{Ja Ja/Nej Studiebesök}

Bättre reflektion och undviker stående vågor 10 Utbytbar tätningsring Ja Ja/Nej Hellberg

Tätningsringen

rekommenderas att bytas var 6 månad

11 Utbytbar absorbent Ja Ja/Nej Hellberg 12 Inga skruvar eller lim Ja Ja/Nej Konkurrentanalys 13

Samma antal komponenter som dagens konstruktion

15 Styv konstruktion Ja Ja/Nej Hellberg

16 Producerbar Ja Ja/Nej Hellberg

Uppfyller de

konstruktionslösningar som är applicerbara vid formsprutning 17 Färgkodning i volymring Ja Ja/Nej Hellberg

18 Gjord i plast Ja Ja/Nej Hellberg 19 Leder ej ström Ja Ja/Nej Hellberg 20 Maxpris volymring 1,8 1,5 Kr Hellberg 21 Tät konstruktion Ja Ja/Nej Tester 22 ^{Öka dämpning av}

lågfrekvent ljud ^{Ja Ja/Nej Hellberg Lågfrekvent ljud maskerar tal} 23 ^{Öka prestanda på}

volymring ^{Ja Ja/Nej Tester} 24 ^{Förbättra dämpning utan}

att öka massa ^{Ja Ja/Nej Tester} 25 Hörselskydd totalvikt ^{227 -}

277 ^{227 - 248 Gram Hellberg} 26 ^{Ny extremdämpande}