DE102004007493B4 - Deckenversteifender Einbausatz zur Minderung von Körperschall und sekundärem Luftschall - Google Patents

Deckenversteifender Einbausatz zur Minderung von Körperschall und sekundärem Luftschall Download PDF

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Abstract

Deckenversteifender Einbausatz zur Minderung von Erschütterungen, Körperschall und sekundärem Luftschall, dessen Steifigkeit die Eigenfrequenz der Decke im Bauwerk gezielt verändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbausatz aus Hohlraumresonatoren besteht, die als offene Hohlräume ausgefertigt sind, die aus Einzelblechen bestehen und die Einzelbleche kammartige Schlitze aufweisen, mit denen sie gegenseitig ineinander gesteckt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen deckenversteifenden Einbausatz zur Minderung von Erschütterungen, Körperschall und sekundärem Luftschall nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung gelangt zur Anwendung im Bereich von Holzbalkendecken an Immissionsorten, die durch Schienen- oder Straßenverkehr Einschränkungen in der Wohnqualität erfahren.
  • Effektive Erschütterungsminderungsmaßnahmen können nicht nur an Schienen- oder Straßenwegen, sondern auch am Gebäude selbst durchgeführt werden. Solche Maßnahmen sind jedoch individuell von der Bauweise des Gebäudes, auftretenden Lasten und in Gebäudedecken auftretenden Resonanzfrequenzen abhängig und somit jeweils individuell, bezogen auf den Einzelfall, zu dimensionieren.
  • Zu solchen Maßnahmen gehört bei geplanten, noch nicht vorhandenen Gebäuden, eine schwingungsisolierende Lagerung des schwingungstechnisch zu schützenden Gebäudeteils, z.B. mit Elastomerlagern oder Stahlfederelementen. Bei bestehenden Gebäuden scheiden solche Maßnahmen jedoch aus bautechnischen oder finanziellen Gründen meistens aus.
  • Bekanntlich sind in Gebäuden Schwingungsimmissionen von der Resonanzfrequenz der jeweiligen Decke abhängig. Deshalb führt eine Veränderung der Deckenresonanzfrequenz zu geänderten Schwingungsimmissionen. In der Regel ist dabei eine Erhöhung der Resonanzfrequenz für die Reduzierung der Schwingungen erforderlich. Solche Erhöhungen der Resonanzfrequenz lassen sich durch Maßnahmen zur Versteifung der Decken erreichen, insbesondere Unterzüge oder Stützen. Hierdurch können die prognostizierten Erschütterungsimmissionen auf ein erträgliches Maß oder sogar unter die Anhaltswerte der DIN 4150 Teil 2 reduziert werden.
  • So ist in der Literatur insbesondere dem Buch von Hugo Bachmann und Walter Ammann, „Schwingungsprobleme bei Bauwerken" eine Nachweisführung und eine Begründung einer sorgfältigen Frequenzabstimmung an Bauwerken enthalten.
  • Für in Altbauten häufig verwendete Holzbalkendecken werden seit vielen Jahren – schwalbenschanzförmig gewalzte, selbsttragende, stählerne Schallungsplatten, allgemein bekannt unter dem Namen Lewis®-Platten, als Körperschallschutzmaßnahme angewendet. Die Wirkung dieser Lewis-Platten beruht hierbei auf einer Verzweigung/Umweg des direkten Körperschallweges vom Schallerzeuger zum Schallempfänger und der Möglichkeit zusätzliche Elastomerelemente als Auflageflächen für diese Platten einzubringen. Der nachträgliche Einbau solcher Elemente führt zwangsläufig zu einer Verringerung der Raumhöhe oder zu Veränderungen des Deckentragwerkes. Hierbei sind durch die Erhöhung der Platteneigenmasse (Decke) statische Nachweisführungen unumgänglich.
  • Aus DE 102 27 327 A1 ist eine Geschossdecke bekannt, die aus einem Stabwerk, einer damit fest verbundenen und in Querrichtung versteifenden Platte und einer einseitigen Beplankung besteht. Zur Trittschalldämmung ist die in Querrichtung versteifende Platte mit der Unterseite des Stabwerkes fest verbunden. Zusätzlich sind zwischen der Oberseite des Stabwerkes und der trittfesten Beplankung dauerelastische, gegenüber Scherkräften stabilisierte Trennstreifen zur Körperschallentkopplung befestigt.
  • Aus DE 296 11 271 U1 ist eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung von Luft- und/oder Trittschall ausgesetzten leichten Bauelementen bekannt, bei der das leichte Bauelement mit wenigstens einer schwingungsabsorbierenden Einheit verbunden ist. Insbesondere wird hierbei an eine Holzbalkendecke ein Masse-Feder-System befestigt, das dieser Schwingungsenergie entzieht.
  • Aus DE 101 35 112 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen sowie ein Konstruktionssystem zur Herstellung von Baugruppen, wie Wand-, Boden- oder Deckenkonstruktionen bekannt. Hierbei ist wenigstens ein Bauteil mit Schlitzen versehen und wenigstens ein anderes Bauteil mit einem Steg ausgebildet. Zum Verbinden der Bauteile wird der Steg in den Schlitz eingeschoben.
  • Aus DE 32 33 654 C2 ist ein schallabsorbierendes Bauelement bekannt, das aus einer Folie besteht, die zu verlustbehafteten Schwingungen anregbare Bodenflächen aus rasterförmig angeordneten becherförmigen Eintiefungen bildet. Die Bodenflächen der Eintiefungen sind hierbei durch eine oder mehrere sickenförmige Nuten in Teilflächen unterteilt. Hierdurch entstehen insbesondere würfelförmige Hervorhebungen.
  • Aus CH 265 125 ist eine Wandkonstruktion bekannt, bei der kongruent geschnittene Streifen derselben Breite in regelmäßigen Abständen bis zur Streifenmitte reichende Einschnitte aufweisen. In diese passen senkrecht dazu stehende Streifen und bilden zusammengesetzt sich selbst tragende Luftkammergerüste.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine wirksame, einfache und kostengünstige Maßnahme zur Verfügung zu stellen, um Schwingungen in Gebäudedecken, die insbesondere durch Erschütterungen von Schienen- und Straßenverkehr entstehen, zu vermindern.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Erfindungsgemäß besteht die Maßnahme aus einem wabenförmigen Flächenverbund von ineinander gesteckten Einzelblechen. Hierdurch entstehende vertikal angeordnete Hohlräume sind insbesondere in Zylinderform in Kassetten mit wechselnden oder gleichbleibenden Querschnittsprofil angeordnet. Eine unterschiedliche Höhe der Hohlräume ist auf Einbaubedingungen an einer Holzbalkendecke abgestimmt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei Beibehaltung der Plattenstärke der Holzdecke deren Flächenträgheitsmoment pro Meter Decke erhöht. Dies führt zu einer höheren Federsteifigkeit, die mit dem Belastungsfaktor einer Platte multipliziert die Federkonstante ausdrückt.
  • Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der wabenförmige Flächenverbund einfach an bauliche Gegebenheiten einer Holzbalkendecke angepasst werden kann.
  • Nach Anspruch 2 weisen die Hohlkammerprofile unterschiedliche Längen auf. Insbesondere können sie der Länge nach geordnet zu einem kastenartigen Aufsatz zusammengefügt werden. Hierbei ist nach Anspruch 4 entweder jedes einzelne Hohlprofil mit einem eigenen Boden versehen oder die Hohlprofile weisen ein gemeinsames Bodenblech auf, auf das sie aufgesetzt werden.
  • Nach Anspruch 6 können die entstandenen Hohlraumresonatoren mit Füllmaterial gefüllt werden. Dieses Füllmaterial ist insbesondere absorbierend ausgeführt und somit akustisch wirkendend. Die Befüllung gelingt durch einen in Anspruch 4 beschriebenen Unterboden.
  • Nach Anspruch 8 werden die Schlitze erfindungsgemäß kurvenförmig bei vergrößerter Schlitzbreite (geringfügig größer als die Materialstärke) ausgeschnitten. Dies verhindert, dass sich bei zu großen Schlitzbreiten die gesteckten Bleche biegen, neigen und klappern. Die ineinander gesteckten Bleche bilden somit ein enges Netz von rechteckigen Hohlräumen und stützen sich nach Montage an mindestens 3 Punkten in der Idealposition um den Holzbalkenträger ab, ohne dass die bei einem flächigen Kontakt erzeugten Reib- und Klemmkräfte auftreten. Bei vertikaler Ausrichtung der Bleche sind drei punktförmige Kontakte zur Fixierung untereinander ausreichend, während weitere punktförmige Kontakte die Ausrichtung durch Haftung stabilisieren.
  • Da sich die Bleche gegenseitig an Punktauflagen in der Idealposition stützen erhält die Wabenstruktur aus gesteckten Blechen eine sehr hohe Präzision bezüglich Ausrichtung und Wabengröße und bildet auch bei extremen Einzelverkehrslasten (Klavierstandorte) genügende Lastverteilungsfähigkeiten.
  • Mit diesem Verfahren von kurvenförmigen Schnitten in doppelter Hüllbreite des zu steckenden Materials werden die genannten negativen Begleiterscheinungen, wie Verklemmen, Verbiegen und Verkanten bei zu engen Schlitzen und Klappern, Neigen und Schwingen bei zu weiten Schlitzen jeweils vermieden.
  • Diese Verfahrensweise zur Herstellung von wellenförmig verlaufenden Schlitzen führt vorteilhaft zu einer hohen Montagefreundlichkeit sowie zu einer störungsfreien Montage der Kassettendecke, das störendes Verklemmen und Verkanten während des Zusammensteckens wird minimiert.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Zeichnung mit 5 Figuren erläutert. Die Zeichnung zeigt in
  • 1 modellhaft eine von oben aufgebrochene Holzbalkendecke mit alter Dielung und Kassettendeckeneinsatz zur Bauwerkssanierung, die aus ineinander gesteckten Blechen besteht,
  • 2 schematisch und vergrößert aus 1 eine Detailansicht zur Anordnung der Bleche oberhalb eines tragenden Holzbalkens,
  • 3 schematisch und vergrößert aus 1 eine Detailansicht zur Anordnung der Bleche innerhalb der tragenden Holzbalken,
  • 4 schematisch einen Schlitz im sinusförmigen Verlauf mit vier Druckpunkten und senkrecht dazu eingesteckten Blech,
  • 5 schematisch ein Blech mit angewinkelten Bodenabschluss
  • 1 zeigt modellhaft eine von oben aufgebrochene Holzbalkendecke bestehend aus mehreren Holzbalken 14 und alter Dielung 2. In die Holzbalkendecke ist ein Kassettendeckeneinsatz 1 zur Bauwerkssanierung eingesetzt, der aus ineinander gesteckten Blechen besteht. 2 und 3 zeigen einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
  • Die die tragende Holzkonstruktion kreuzende Bleche sind nach 5 an ihrem unteren Ende mit einem Abkantwinkel 6 abgekantet, so dass eine Bodenplatte 5 als unterer Abschluss der Wabenkonstruktion entsteht. Insbesondere weist die Bodenplatte kleine Schlitze zueinander auf, um eine leichtere Montage zu gewährleisten.
  • Somit können Montagearbeiten zur Befestigung einer eigenständigen Bodenplatte entfallen. Die Bodenplatte wird hierbei durch Abkanten aus einem überlangen Seitenblech 3 hergestellt, das kreuzend über die Holzbalken verläuft. Der Abkantwinkel variiert von 90° bis 90° +/- alpha, wobei alpha sich durch die Montagebedingungen vor Ort entwickelt.
  • Daraufhin werden parallel zum Holzbalken verlaufende Bleche 7 in die Holzbalken kreuzende Bleche 3 von oben eingesteckt. Hierzu sind sowohl die parallel zum Holzbalken verlaufenden Bleche 4 und 7 als auch die Holzbalken kreuzende Bleche 3 an den entsprechenden Stellen geschlitzt, wobei die parallel zum Holzbalken verlaufenden Bleche 4 und 7 von unten und die Holzbalken kreuzende Bleche 3 von oben insbesondere bis zur Hälfte der Blechbreite geschlitzt sind. Grundsätzlich ist auch eine andere Verteilung von Schlitzlängen möglich, jedoch ist darauf zu achten, dass die Summe beider Schlitzlängen der Blechbreite am Ort der Steckverbindung entspricht. Um Fertigungsfehler zu vermeiden wird die gleichmäßige Verteilung der Schlitzbreiten auf zwei verschiedene Bleche bevorzugt. Somit entsteht ein Verbund aus über Kreuz gesteckten Blechen.
  • Für die Montage der zu steckenden Bleche kommt der Schlitzbreite höchste Bedeutung zu. Die Schlitzbreite entspricht der Blechdicke zuzüglich einem Zuschlag delta, um Verkanten und Verklemmen zu verhindern. Bei einer Schlitzbreite, die exakt der Blechbreite entspricht, delta = 0, kommt es auf Grund von Materialtoleranzen zu Verklemmungen in einem Schlitz oder durch Verspannungen zwischen zwei benachbarten Schlitzen, so dass die Blechkanten aufeinander schleifen und beim Ineinanderstecken so hohen Druck auf die obere Kante ausüben, dass die obere Blechkante eingedrückt und damit das Wabensystem während der Montage beschädigt wird. Abhilfe schaffen Überbreiten der Schlitze durch einen Zuschlag delta > 0. Diese Überbreite hat wiederum Nachteile, da die jeweils über Kreuz gesteckten Bleche keine Haftung mehr zueinander haben und der ganze Verbund im gesteckten Zustand mechanisch instabil wird. Die Bleche können sich gegeneinander bewegen und klappern und dadurch auch die akustische Funktion mindern.
  • 4 zeigt das Schneideprinzip der Schlitze mit Hilfe eines Lasers. Die Kurvenbahnen werden in Abhängigkeit von der Länge des Schlitzes so berechnet, dass der Kurvenzug mindestens 1 Sinuswellenlänge bei sehr kurzen Schlitzen, üblicherweise 2 volle Sinuswellenlängen abfährt. Bei langen Schlitzen kann man auch zusätzliche Wellenzüge abfahren. Die Position des Schneidewerkzeuges wird am Ausgangspunkt der ersten Schnittlinie um das 1,5-fache der Blechdicke verschoben und dann der Kurvenverlauf parallel zur ersten Schnittlinie des Schlitzes abgefahren.
  • Vorteil dieser Schlitzbearbeitungsweise ist, dass zur Montage ausreichend Platz in den Schlitzen vorhanden ist, um die einzelnen Bleche zu stecken und nach der Montage alle Bleche durch punktförmige Kontakte passgenau ausgerichtet sind, wobei die genannten Montagenachteile wie Klemmen, Schleifen Verkratzen und Verbiegen oder Klappern und Wackeln vermieden werden.
  • Wird stattdessen die zweite Schnittkurve gegenüber der ersten Schnittkurve um eine halbe Phase verschobenen entstehen kreisartige Schnitte, die in ihrer Form auf einer Schnur aufgereihten Kugeln ähneln. Hierbei liegen sich die Druckpunkte beider Seiten direkt gegenüber, so dass teilweise wieder Reib- und Kratzeffekte verursacht werden.
  • Wird anstatt des sinusförmigen Verlaufes ein sägezahnförmiger Verlauf verwendet, entstehen wiederum unerwünschte nahezu punktförmige Kontakte, die scharfkantig sind und die die Metalloberfläche beim Stecken verkratzen können. Kratzer müssen jedoch vermieden werden, da diese eine Materialschwächung herbeiführen und somit beschleunigte Alterungsprozesse, insbesondere Korrosion, hervorrufen.
  • Die anfangs beschriebene Methode der sinusförmigen Schlitze führt zu besten Montageergebnissen. Abweichend von den sinusförmigen Schnittkurven sind auch noch Abwandlungen der beschriebenen Schnittkurven möglich.
  • Die gewellte Schneidetechnik zur Minderung von Reibung und Verkanten kann vorzugsweise bei längeren Steckverbindungen angewendet werden, deren Schnitte größer als insbesondere 30 mm sind. Dabei werden die Druckstellen so gestaltet, dass die Bleche an den Druckstellen exakt in die Schlitze passen ohne Überbreiten im Materialausschnitt.
  • 1
    Kassettendeckeneinsatz teilmontiert
    2
    alte Dielung
    3
    den Holzbalken 14 kreuzende Bleche (Resonatorwandblech mit Bodenabschluss)
    4
    Blech oberhalb des tragenden Holzbalkens (Resonatorwandblech)
    5
    Abkantung von Blech 3 (Bodenabschlusskantung)
    6
    Abkantwinkel
    7
    parallel zum Holzbalken 14 verlaufende Bleche (Resonatorwandblech ohne Bodenabschluss)
    8
    Blech mit Schlitz 9
    9
    Schlitz mit wellenförmigem Verlauf
    10
    eingestecktes Blech
    11
    maximale Breite des Schlitzes 9
    12
    effektive Breite des Schlitzes 9
    13
    Druckpunkt
    14
    Holzbalken

Claims (10)

  1. Deckenversteifender Einbausatz zur Minderung von Erschütterungen, Körperschall und sekundärem Luftschall, dessen Steifigkeit die Eigenfrequenz der Decke im Bauwerk gezielt verändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbausatz aus Hohlraumresonatoren besteht, die als offene Hohlräume ausgefertigt sind, die aus Einzelblechen bestehen und die Einzelbleche kammartige Schlitze aufweisen, mit denen sie gegenseitig ineinander gesteckt sind.
  2. Deckenversteifender Einbausatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumresonatoren verschieden abgestimmte Impedanzen aufweisen, die Hohlräume in unterschiedlicher Länge ausgefertigt sind und die Einzelbleche eine unterschiedliche Höhe aufweisen.
  3. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mindestens einseitig offen sind.
  4. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterboden der Hohlraumresonatoren aus abgekanteten Einzelblechen einer Resonatorwand besteht und diese Wand als Bauteil der Kassette über die kreuzenden Träger der Deckenkonstruktion geführt ist.
  5. Deckenversteifender Einbausatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden der Resonatorwand einen in einem Abkantwinkel verlaufenden Resonanzboden aufweist.
  6. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumresonatoren mit Füllmaterial geschlossen sind.
  7. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberkanten der Hohlraumresonatoren ein Auflager der lastverteilenden Fußbodengrundplatte mit seinem Belag und seiner Trittsschalldämmung sind.
  8. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass parallele und kreuzende zur tragenden Deckenkonstruktion angeordnete Einzelbleche (4, 7, 3), die den Hohlraumresonator bilden, Schlitze (9) mit einem wellenförmigen Verlauf aufweisen.
  9. Deckenversteifender Einbausatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Breite (12) der Schlitze (9) der Dicke der zu steckenden Bleche (10) entspricht.
  10. Deckenversteifender Einbausatz nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (9) ein zu steckendes Blech (10) an mehreren Druckpunkten (13) stützt und sich ergebende Stützpunktflächen eine Länge von mindestens 1 bis 10 % einer Länge des Schlitzes (9) aufweisen.
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