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Platte zum Aufbau von Aussen- oder Innenwandkonstruktionen, mit hohen akustischen Übertragungsverlusten in einem vorgegebenen Frequenzbereich
Die Erfindung bezieht sich auf Platten zum Aufbau von Aussen-oder Innenwandkonstruktionen, mit hohen akustischen Übertragungsverlusten in einem vorgegebenen Frequenzbereich, z. B. zwischen 500 bis 10 000 Hz, bestehend aus zwei in einem Abstand voneinander liegenden, steifen, durchlaufenden Aussenwänden aus Metall, Faserstoff, Holz od. dgL, und einem mit diesen verbundenen Kern aus in Abständen voneinander angeordneten, steifen Blöcken oder Stegen mit zwei je einer der Aussenwände zugekehrten Flächen.
Platten, Beläge oder Wände mit einem Aufbau, welcher der Dämpfung akustischer Schwingungen dienlich sein soll, sind in vielen Abwandlungen bekannt. Beispielsweise ist versucht worden, die Schwingungen einer an sich schwingungsfähigen dünnen Platte oder einer Schale mit einem Belag zu dämpfen, der widerstandsfähig bzw. nicht widerstandsfähig gegen Zug, aber kompressibel bzw. inkompressibel und auf der Platte so aufgebracht ist, dass eine Zugspannung bzw. eine Kompression in der letzteren auf den Belag übertragen wird.
Dieser Belag, der ein-oder beidseitig aufgebracht werden kann, besitzt eine Aussen- und eine Innenhaut, von denen eine aus Blech, die andere aus Blech oder steifem Papier bzw. Gewebe besteht, und eine zwischen den Häuten untergebrachte, mit einer derselben verbundene Einlage aus Wellpappe.
An die Stelle der Einlage können auch mit beiden Häuten verbundene Streifen oder Blöcke aus Holz, Holzfaserstoff, Presspappe od. ähnl. leichtem Material treten.
Ein anderer bekanntgewordener akustischer Isolierbelag besteht aus einer zweckmässig mit Ausnehmungen versehenen Faserstoffschicht, die auf die zu dämpfende Wand oder Schale aufgeklebt wird und auf die eine zweite Faserstoffschicht aufgeklebt sein kann. Bei einer Weiterentwicklung des in Rede stehenden Isolierbelages ist eine Anzahl von vorteilhaft höckerig profilierten Schichten örtlich miteinander verbunden, wobei die Materialien so ausgewählt sind, dass ein flexibler, aber gegen Dehnung oder Kompression widerstandsfähiger mehrschichtiger Belag entsteht, dessen einzelne, vorzugsweise aus Fasermaterial bestehende Schichten demnach relativ zueinander verschiebbar sind.
Ferner sind schalldämpfende Verkleidungen vorgeschlagen worden, die aus einer Aussenhaut, einer an deren Innenseite aufgespritzten Entdröhnschicht aus Silicatenod. dgL, einer gegebenenfallsunterzwi- schenschaltung einer Asphaltpapierschicht aufgeklebten, aus Steinwolle, Glaswolle, Asbestfasern od. dgl. zusammengesetzten Faserstoffmatte und aus einem perforierten Blech mit einer Vielzahl von kleinen Löchern bestehen, das gegen die Faserstoffmatte hin mit einem Siebgewebe abgedeckt ist.
Ausser solchen, zum Auflegen auf die Karosserien von Kraftfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen bestimmten Belägen sind schallschluckende Platten zur Verkleidung von Wänden oder Decken in Form von papierverkleideten Gipsplatten bekannt, die mit einer Anzahl gleichmässig verteilter Löcher ver-
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sehen sind, welche die Platte ganz durchsetzen oder als Sacklöcher ausgebildet sind.
Auch eine akustisch isolierende Wand ist beschrieben worden, die aus zwei Aussenschichten und aus einer zwischen diesen liegenden und gegen sie örtlich abgestützten Zwischenwand aus Gummi od. dgL, der mit einem schweren Metall, wie Blei, gefüllt sein kann, aufgebaut ist. Sämtliche dieser Konstruktionen sind wohl geeignet, akustische Schwingungen in gewissem Masse zu dämpfen und damit störend empfundenen Lärm herabzudrücken, besitzen aber für viele Fälle ungenügende Dämpfungseigenschaften und wirken vor allem nicht in einem ausreichend breiten Band akustischer Frequenzen. Abgesehen davon sind sie teils verhältnismässig kompliziert, teils von mechanisch ungenügender Festigkeit und daher oft nur für spezielle Anwendungen geeignet.
Ziel der Erfindung ist eine sowohl zum Aufbau von Innen- als auch von Aussenwänden geeignete Platte, die in einem breiten Bereich hörbarer Frequenzen hohe Übertragungsverluste besitzt, die einfach beschaffen und billig herstellbar ist.
Dieses Ziel lässt sich mit einer Platte des eingangs umrissenen Aufbaues erreichen, bei welcher erfindungsgemäss jeder Block oder Steg längs wenigstens einer dieser Flächen an einer Schicht aus elastomerem Material, wie Gummi od. dgl, und diese an der benachbarten Aussenwand haftet, bei nur längs einer Fläche unter Zwischenfügung einer elastomeren Schicht an einer Aussenwand haftenden Blöcken oder Stegen diese längs der andern der erwähnten Flächen mit der andern Aussenwand fest verbunden, insbesondere mit ihr einstückig sind und dass der wirksame Schermodul --G-- des die Blöcke und ela-
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Fläche --A-- und der Masse --M--, die an den Aussenwänden anhaftende Fläche --a-- der innerhalb der Fläche-A-liegenden Blöcke oder Stege,
die Summe --b-- der Dicken der elastomeren Schichten und die Dicke --B-- des Kernes der Ungleichung
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genügen, in der c. die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Energie in dem an die Aussenwände angrenzenden Medium bedeutet Bei solchen Platten ist das Auftreten von Biegungsschwingungen, die sich als Wellen mit einer der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles in dem an die Platte angrenzenden Medium, z. B. Luft nahekommenden Geschwindigkeit fortzupflanzen und zum Abstrahlen akustischer Energie insbesondere im Gebiet höherer Schallfrequenzen führen können, verhindert oder bis zur Unschädlichkeit vermindert.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Dabei ergeben sich weitere Merkmale der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen in schematisierter Darstellung Fig. 1 bis 5 je einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäss beschaffene Platte und Fig. 6 ein Diagramm, aus dem die Wirksamkeit solcher Plattenhervor- geht.
Die in Fig. 1 wiedergegebene Platte weist zwei parallele steife Aussenwände-3, 3'-- z. B. aus Holz auf. Zwischen diesen Wänden befindet sich ein Kern aus durchlaufenden Stegen oder aus Blöcken
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demnach aus demselben steifen Material wie diese bestehen. Auf die der Aussenwand --3'-- gegenüber- liegendenFlächen der untereinander gleichen Blöcke oder Stege --5-- ist eine Schicht --4-- der Dicke - aus elastomerem Material, z. B. aus Gummi aufgebracht, welche nur diese Flächen bedeckt und an ihnen haftet, beispielsweise aufgeklebt ist.
Die andere Aussenwand--3--haftet ebenfalls an den Schichten --4--, mit denen sie z. B. verklebt ist. Sofern die Blöcke oder Leisten unmittelbar an eine Aussenwand grenzen, können sie mit dieser, wie erwähnt, einstückig sein. Aussenwand und Blöcke bzw. Leisten können aber auch eigene Körper sein, die miteinander fest verbunden sind, was bei Holz, Faserstoffplatten u. ähnl Materialien mit einer fachgerecht durchgeführten Leimung, aber auch bei andern Materialien mit Hilfe richtig ausgewählter Bindemittel durchaus möglich ist. Die Festigkeit derartiger Verbindungsstellen kann die Festigkeit der verbundenen Körper übertreffen.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der in Fig. l veranschaulichten, einfachsten Ausführung einer erfindungsgemässen Platte. An den einander zugekehrten Flächen beider Aussenschichten 3'-haftet
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--4" bzw. 4'--,Ist die Summe der Dicken der beiden Elastomerschichten-4', 4"-gleich der Dicke --b-- der Elastomerschicht --4-- nach Fig. l, also z. B. gleich-b/2-, so ist die Schersteifigkeit dieselbe, d. h. der wirksame Schermodul --G-- des Kernes ist derselbe der beiden Plattenkonstruktionen bei gleichem lichtem, die Dicke des Kernes festlegendem Abstand ihrer Aussenwände--3, 31--.
Verwendet man mehr als eine Elastomerschicht, so können diese ohne Einbusse an Wirksamkeit dünner als eine einzige sein.
Es ist oft aus Gründen der Herstellung, vor allem aber im Hinblick auf die Gleichmässigkeit des Verhaltens der Platte in einzelnen Bereichen vorteilhaft, die Blöcke des Kernes untereinander im wesentlichen gleich zu gestalten und nach einem praktisch regelmässigen Schema auszuteilen.
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Raum zurück, aus dem sie kommt, was unerwünscht sein kann. Bei der Platte nach Fig. 3 sind diese Gesichtspunkte berücksichtigt. Die eine Aussenwand --3'-- ist glatt und undurchbrochen, sowie mit einer durchlaufenden Elastomerschicht--4'--zur Gänze bedeckt. Auf dieser sitzen Blöcke oder Leisten --5--, die über eine auf ihre Querschnittsfläche beschränkten Elastomerschicht --4"-- mit der andern Aussenwand --3-- verbunden sind.
Diese Aussenwand ist mit im wesentlichen gleichmässig ausgeteilten Durchbrechungen --7-- versehen, welche das Reflexionsvermögen vermindern, und kann an ihrer Aussenseite mit einer schalldämmenden Haut --8--, z. B. aus Fasermaterial, abgedeckt sein.
Es können aber auch die Druchbrechungen offen bleiben, so dass eine Kommunikation des Aussenraumes mit den Räumen --2-- zwischen den Blöcken --5-- erhalten bleibt. Akustische Energie kann dann in diese Räume wohl eintreten, aber mit Hilfe einer in diese eingebrachten Faserstoffüllung unschädlich gemacht werden. Da solche Füllungen sehr leicht sein können und praktisch keine Steifigkeit besitzen, zieht ihre Anwendung keine merkliche Änderung des wirksamen Schermoduls --G-- des Kernes und der Plattenmasse pro Flächeneinheit nach sich.
Die Anordnung von Perforationen oder Durchbrechungen in einer Aussenwand ist im übrigen nicht nur von Einfluss auf deren Reflexion, sondern auch eine
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des Kernes mit der einen Aussenwand --3'-- einstückig sind, eine einzige Elastomerschicht --4-- vorgesehen und diese zwischen die andere Aussenwand und die ihr zugekehrten Flächen der Blöcke verlegt sowie auf diese Flächen beschränkt ist. Die Blöcke sind nicht zur Gänze massiv, sondern im Bereich ihrer an die Elastomerschicht grenzenden Fläche mit einander rechtwinkelig kreuzenden Nuten der Breite --g-- versehen, wobei die benachbarten Flankenflächen nebeneinander liegender Nuten voneinander um die Distanz --j-- abstehen. An einer Seite der Blöcke ist demnach eine Anzahl von Ausnehmungen
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undtigen.
Eine weitereAusführungsform ist in Fig. 5 wiedergegeben, welche eine in stark übertriebenem Mass durchgebogene Platte darstellt und erkennen lässt, dass die beiden Elastomerschichten --4', 4"-- bei Biegungen der Platte auf Scherung beansprucht sind. Die Struktur des Kernes weicht von dem Aufbau der oben beschriebenen ab.
Es sind nicht voneinander getrennte Blöcke oder Stege vorhanden, vielmehr ist eine zusammenhängende Struktur mit einer durchlaufenden mittleren strichliert angedeuteten Zone - vorgesehen, von der die Blöcke oder Leisten --5-- vorspringen. Bei einem derartigen Kern, dessen Blöcke oder Leisten mit der mittleren Zone einstückig sein können oder bei dem diese Zone eine durchlaufende Schicht bildet, auf welche die Blöcke oder Leisten fest aufgesetzt sind, wirkt diese Zone
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als die letzteren über Verbindungsstege --50-- gegeneinander versteifender Bestandteil des Kernes und beeinflusst damit dessen wirksamen Schermodul --G--, ein Umstand, der auch bei den an Hand der Fig. 1 und 4 besprochenen Ausführungsformen in Betracht gezogen ist, deren Blöcke oder Leisten mit einer Aussenwand fest verbunden sind.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass die erfindungsgemässen Massnahmen ohne Einbusse an Wirksamkeit einen weiten Spielraum für die konstruktive Gestaltung von Platten lassen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass Aussenwände, Blöcke und Leisten sowie die Elastomerschichten selbst einen geschichteten Aufbau besitzen können.
An Hand der Fig. 6 ist für eine spezielle Plattenkonstruktion gezeigt, in welchem Masse sich die für die Übertragungsverluste massgebende Ausbreitungsgeschwindigkeit-v-von Biegewellen innerhalb eines breiten Frequenzbandes frequenzunabhängig halten lässt, wenn die Lehre der Erfindung berücksichtigt wird. Längs der Abszissenachse ist in logarithmischem Massstab die Frequenz --n-- in Hz, längs der Ordinatenachse die Geschwindigkeiten-v-aufgetragen, wobei als Einheit eine Geschwindigkeit von 30,48 cm/sec gewählt ist.
Die eingetragenen, experimentell gewonnenen Messwerte sind an einer Platte nach Fig. 2 ermittelt
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Aussenwänden und den Blöcken --5-- mittels eines Spritzklebstoffes verbunden. Die Blöcke selbst bestanden aus Aluminium, sie waren 25 mm hoch und es galt r = 13 mm, h = 2,5 mm. Das Diagramm zeigt, dass die Geschwindigkeit-v-in einem Frequenzband von 400 bis 3500 Hz weniger als 600. 30, 48 cm/sec beträgt, also weit unter der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalles in Luft liegt.
Die Platte war frei von Doppelwandresonanzen.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass sich im Einklang mit der Erfindung Platten bauen lassen, welche noch innerhalb eines weit grösseren Frequenzbereiches hohe Übertragungsverluste aufweisen, es versteht sich jedoch, dass für jede praktische Ausführung eine möglichst einfache Konstruktion gewählt werden wird, welche die geforderten Eigenschaften innerhalb eines jeweils vorgegebenen Frequenzbandes aufweist, das bei der dem Diagramm nach Fig. 6 zugrunde liegenden Platte eben zwischen 400 und 3500 Hz lag.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Platte zum Aufbau von Aussen- oder Innenwandkonstruktionen, mit hohen akustischen Übertragungsverlusten in einem vorgegebenen Frequenzbereich, z. B. zwischen 500 bis 10 000 Hz, bestehend aus zwei in einem Abstand voneinander liegenden, steifen, durchlaufenden Aussenwänden aus Metall, Faserstoff, Holz od. dgL, und einem mit diesen verbundenen Kern aus in Abständen voneinander angeordneten, steifen Blöcken oder Stegen mit zwei je einer der Aussenwände zugekehrten Flächen, da- durch gekennzeichnet, dass jeder Block oder Steg (5) längs wenigstens einer dieser Flächen an einer Schicht (4, 4'bzw. 4") aus elastomerem Material, wie Gummi od. dgl., und diese an der benachbarten Aussenwand (3 bzw.
31) haftet, bei nur längs einer Fläche unter Zwischenfügung einer ela- stomeren Schicht an einer Aussenwand haftenden Blöcken oder Stegen diese längs der andern der erwähnten Flächen mit der andern Aussenwand (31) fest verbunden, insbesondere mit ihr einstückig sind, und dass der wirksame Schermodul --G-- des die Blöcke und elastischen Schichten umfassenden Kernes so-
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= m fürme b der Dicken der elastomeren Schichten und die Decke B des Kernes der Ungleichung
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genügen, in der Co die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Energie in dem an die Aussenwände angrenzenden Medium bedeutet.