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Die Erfindung betrifft einen Schallschutz-Wandaufbau für ein Bauwerk oder ein Bauteil in Metallleichtbauweise, das mit Solarzellen bestückt ist, umfassend eine erste Metallschicht, mindestens eine Dämmschicht und mindestens eine zweite Metallschicht, wobei innerhalb des Wandaufbaus mindestens ein Energiespeicher angeordnet ist.
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Als Bauteile in Metallleichtbauweise werden Bauteile verstanden, die aus Metallprofilen, wie beispielsweise Stahl- oder Aluminium-Profilen, kombiniert mit einer Wärmedämmung zusammengesetzt sind.
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Schallschutzwände werden sowohl zur Abschottung von Räumen im Wohnungs- oder Industriebau als auch zur Abschottung von Verkehrswegen eingesetzt. Darüber hinaus ist es heutzutage erstrebenswert, Bauwerke mit photovoltaischen Solarmodulen auszustatten, um erneuerbare Energien nutzbar zu machen.
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Dabei ist die Ausstattung von entlang von Verkehrswegen angeordneten Schallschutzwänden mit Solarmodulen eine sinnvolle Möglichkeit für die Ausnutzung von Sonnenenergie, da auf diese Weise ohnehin verbaute Flächen genutzt werden.
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Aus der
CH 694 223 A5 geht beispielsweise eine mit Solarmodulen bestückte Lärmschutzwand hervor, die aus im Abstand zueinander befindlichen Trägerpfosten und daran angebrachten Aluminium-Hohlkassetten besteht. Die Trägerpfosten weisen jeweils einen langen Schenkel und einen im Winkel dazu verlaufenden kurzen Schenkel auf, wobei der lange Schenkel gegenüber einer Vertikalen schräg geneigt und mit dem Boden verankert ist. Der kurze Schenkel schließt mit dem langen Schenkel einen Winkel von ca. 100° ein und dient der Anbringung der Solarmodule.
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Im Gegensatz zu einer Stahlbetonwand eignet sich ein Wandaufbau in Metallleichtbauweise aufgrund seiner vergleichsweise geringen Masse grundsätzlich nicht optimal zur Verwendung als Lärmschutzwand. Andererseits sind die Vorteile einer Lärmschutzwand in Metallleichtbauweise gegenüber einer massiven Lärmschutzwand darin zu sehen, dass die Lärmschutzwand in Metallleichtbau leicht montierbar ist und einer deutlich geringeren Bauzeit bedarf.
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Darüber hinaus lassen sich Wartungsarbeiten und Instandsetzungsarbeiten sowie der Austausch von Bauteilen bei Lärmschutzwänden in Metallleichtbauweise deutlich einfacher durchführen. Schließlich lässt sich die Oberfläche einer Metallleichtbauwand bei ihrer Herstellung bereits auf einfache Weise mit einer Schall absorbierenden Perforation oder Profilierung versehen.
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Aus der gattungsbildenden
KR 10 2011 000 63 17 A ist eine Schallschutzwand bekannt, die mit Solarzellen zum Betrieb von Straßenlampen bestückt ist. Die
JP 2010-037881 A beschreibt einen Wand- oder Fußbodenaufbau ohne besondere Schallschutzeigenschaften, in dem Energiespeicher angebracht sein können, um tagsüber aus Solarzellen gespeicherte Energie abends nutzen zu können.
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Aufgabe
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Aus den vorgenannten Gründen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schallschutz-Wandaufbau der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass er einen verbesserten Schallschutz bietet.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der mindestens eine Energiespeicher plattenförmig ausgebildet und auf über mindestens 30 Prozent einer vertikalen Fläche des Wandaufbaus angeordnet ist, wobei sich auf mindestens einer einem Außenbereich zugewandten Seite des Energiespeichers eine thermische Isolierung befindet und ein Bereich, in dem kein plattenförmiger Energiespeicher angeordnet ist, mit einer Betonplatte versehen wird. Der plattenförmige Energiespeicher dient als Puffer für Schwankungen der gewonnenen Energie und schafft also einen Ausgleich der Schwankungen während eines oder mehrerer Tage bei der Energiegewinnung, indem die zu Spitzenzeiten gewonnenen Energie, die nicht mehr in das Stromnetz eingespeist werden kann, in dem Energiespeicher zwischengespeichert wird, bevor sie zu Zeiten niedriger Energiegewinnung in das Stromnetz eingespeist wird. Auf diese Weise wird die Energienutzung aus den Solarzellen des Schallschutz-Wandaufbaus optimiert.
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Vorteil der Anordnung des Energiespeichers innerhalb des Wandaufbaus ist die Erhöhung der Masse desselben, wodurch das Schalldämmmaß des Wandaufbaus erhöht und der Lärmschutz deutlich verbessert ist.
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Aufgrund der hohen Kosten von Energiespeichern sollte der Anteil der Fläche, in der der plattenförmige Energiespeicher angeordnet ist, in Abhängigkeit von der benötigten Speicherkapazität gewählt werden. Jedoch sollte der mindestens eine plattenförmige Energiespeicher über mindestens 30 Prozent der vertikalen Fläche des Wandaufbaus angeordnet sein. Dabei muss die Fläche, über die der Energiespeicher angeordnet ist, nicht zusammenhängend sein, sondern kann vielmehr durch einzelne plattenförmige Energiespeicher, die sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung einen Abstand zueinander aufweisen können, gebildet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung soll der mindestens eine plattenförmige Energiespeicher über mindestens 40 Prozent, weiter vorzugsweise mindestens 50 Prozent, der Fläche des Wandaufbaus angeordnet sein.
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Als plattenförmiger Energiespeicher soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Energiespeicher verstanden werden, dessen Länge und Breite deutlich größer sind, als die Dicke des Energiespeichers. Insbesondere sollten die Länge und die Breite des Energiespeichers mehr als das Zehnfache, vorzugsweise mehr als das Zwanzigfache, weiter vorzugsweise mehr als das Dreißigfache, von der Dicke des Energiespeichers betragen.
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Um für den Fall dennoch eine gleichmäßige Verteilung des Schalldämmmaßes zu erhalten, bei dem die Fläche des Wandaufbaus nicht zu 100 Prozent mit plattenförmigen Energiespeichern versehen ist, ist es vorgesehen, dass ein Bereich, in dem kein plattenförmiger Energiespeicher angeordnet ist, mit einer Betonplatte versehen wird. Dabei sollte die Betonplatte mindestens dasselbe Schalldämmmaß aufweisen wie der Energiespeicher. Da eine Betonplatte erheblich preiswerter ist als ein plattenförmiger Energiespeicher, kann durch eine Kombination von Einlagen aus einem Energiespeicher und Einlagen aus Beton eine sowohl kostenmäßig als auch schallschutzmäßig optimale Lösung erzielt werden. Als Fläche des Wandaufbaus wird in diesem Falle eine Fläche verstanden, die sich bei einer Ansicht des Wandaufbaus mit in etwa horizontaler Blickrichtung ergibt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Metallschicht von einem einseitig offenen Kassettenprofil gebildet und die zweite Metallschicht von einem Trapezblech, das an der offenen Seite des Kassettenprofils angeordnet wird und an dessen Innenseite sich die mindestens eine Dämmschicht befindet, wobei sich der plattenförmige Energiespeicher zwischen dem Kassettenprofil und der Dämmschicht befindet. Wird dieser Schallschutz-Wandaufbau für eine Außenwand eines Gebäudes genutzt, wobei das Trapezblech zu einem Außenbereich weist, ergibt sich der Vorteil, dass der flächig angeordnete Energiespeicher auf seiner dem Außenbereich zugewandten Seite hin von der einerseits akustisch wirksamen Dämmschicht begrenzt wird, die andererseits auch eine thermische Isolierung des Energiespeichers darstellt und einen Leistungseinbruch bei niedrigen Außentemperaturen verhindert oder zumindest reduziert. Zwar ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Dämmschicht neben ihrer akustischen Eigenschaften auch Wärmedämmeigenschaften besitzt, jedoch ist es in einigen Fällen vorteilhaft, wenn die Dämmschicht sowohl akustisch als auch thermisch wirksam ist.
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Um den vorgenannten Wandaufbau auch für eine freistehende Wand, wie beispielsweise eine Lärmschutzwand, einsetzen zu können, sollte eine zweite Dämmschicht vorgesehen werden, die zwischen dem Kassettenprofil und dem Energiespeicher angeordnet ist, so dass der plattenförmige Energiespeicher auf beiden Seiten von einer Dämmschicht umgeben und somit thermisch isoliert ist, wodurch einem Leistungseinruch des Energiespeichers bei niedrigen Außentemperaturen entgegen gewirkt wird.
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Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lärmschutz-Wandaufbaus sieht vor, dass die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht jeweils von einem Sandwichprofil gebildet wird, wobei die mindestens eine Dämmschicht jeweils von der Wärmedämmung in dem Sandwichprofil gebildet werden, wobei der Energiespeicher zwischen den beiden Sandwichprofilen angeordnet ist.
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Der erfindungsgemäße Wandaufbau kann beispielsweise auf in einem Abstand zueinander angeordneten Trägerprofilen angebracht oder zwischen in einem Abstand zueinander angeordneten Trägerprofilen gesetzt sein.
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Für die Ausstattung des Wandaufbaus mit den Solarzellen gibt es mehrere Möglichkeiten. Beispielsweise können die Solarzellen im Falle einer freistehenden Schallschutzwand oberhalb des Wandaufbaus angeordnet und auf dessen Oberseite verankert sein, wobei die Solarzellen in einem Winkel zu der Horizontalen ausgerichtet sind. Der Winkel sollte dabei in Abhängigkeit von dem Aufstellungsort und der Ausrichtung der Solarzellen gewählt werden.
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Eine andere Möglichkeit zur Anbringung der Solarzellen besteht darin, dass eine Rückseite des Kassettenprofils mindestens eine Schräge aufweist, die mit der Vertikalen einen Winkel einschließt, wobei auf der mindestens einen Schräge die Solarzellen angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Solarzellen in den erfindungsgemäßen Wandaufbau integriert, wobei sie gleichfalls zur Erhöhung des Schalldämmmaßes beitragen.
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Um die Schalldämmeigenschaften des erfindungsgemäßen Wandaufbaus zu optimieren, ist es gemäß einer Weiterentwicklung vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Metallschicht mit einer Perforation oder Profilierung versehen sind.
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Als flächiger beziehungsweise plattenförmiger Energiespeicher eignen sich beispielsweise Blei-Akkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Lithium-Polymer-Akkumulatoren.
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Vorteilhafterweise besitzt der Energiespeicher eine Dicke zwischen 1 cm und 10 cm, vorzugsweise zwischen 1,5 cm und 5 cm, weiter vorzugsweise zwischen 2 cm und 3 cm, wobei hierdurch die gewonnene Energie von mehreren Tagen gespeichert werden kann, wenn man von einer 1 m hohen Solarzelle pro laufenden Meter ausgeht.
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Der erfindungsgemäße Schallschutz-Wandaufbau eignet sich ebenfalls als Schallschutz-Dachaufbau, bei dem die Metallschichten und die Dämmschicht nicht vertikal bzw. annähernd vertikal sondern horizontal bzw. annähernd horizontal verlaufen.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen für einen erfindungsgemäßen Schallschutz-Wandaufbau beziehungsweise Schallschutz-Dachaufbau, die jeweils in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1: eine dreidimensionale Ansicht eines nicht die Erfindung betreffenden Wandaufbaus,
- 2: einen Schnitt durch einen alternativen, nicht die Erfindung betreffenden Wandaufbau,
- 3: eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Wandaufbaus,
- 4: einen Schnitt durch einen weiteren, nicht die Erfindung betreffenden Wandaufbau,
- 4a: ein Detail einer Haltespange aus 4.
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Bei den nachfolgend dargestellten Ausführungsformen sind baulich gleiche Bauteile und gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Übersichtlichkeit halber ist nicht jedes sich in den Figuren wiederholende Bauteil in jeder Figur erneut gekennzeichnet.
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In der 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines nicht die Erfindung betreffenden Schallschutz-Wandaufbaus 1 dargestellt, der als Wand eines Gebäudes oder aber als freistehende Schallschutzwand entlang eines Verkehrsweges eingesetzt werden kann. Der Schallschutz-Wandaufbau 1 weist eine erste Metallschicht 2 in Form einer Rückwand 3 eines beziehungsweise mehrerer übereinander angeordneter Kassettenprofile 4 und eine zweite Metallschicht 5 in Form eines Trapezblechs 6 auf. In der 1 sind drei jeweils 60 cm hohe und 2 m lange Kassettenprofile 4 übereinander angeordnet, wobei die Kassettenprofile 4 jeweils im Querschnitt die Form eines C aufweisen. Dabei ruht ein oberes Kassettenprofil 4 mit seinem unteren kurzen Steg 7 auf dem oberen kurzen Steg 8 des darunter befindlichen Kassettenprofils 4. Jeweils ausgehend von den zwei kurzen Stegen 7, 8 der Kassettenprofile 4 verlaufen nach unten abgewinkelte Flansche 9, gegen die das in vertikaler Richtung durchlaufende Trapezblech 6 montiert ist, so dass zwischen dem Trapezblech 6 und den Kassettenprofilen 4 horizontal verlaufende Hohlräume 12 verbleiben, in denen jeweils zwei Dämmschichten 10, 11 angeordnet sind. Die Rückwände 3 der Kassettenprofile 4 sind jeweils über den Großteil ihrer Höhe mit einer Perforation 13 versehen, die in Kombination mit den in den Hohlräumen 12 befindlichen Dämmschichten 10, 11 den auftreffenden Schall absorbieren.
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Zwischen den beiden Dämmschichten 10, 11 sind plattenförmige Energiespeicher 14 angeordnet, die das Schalldämmaß des Wandaufbaus deutlich erhöhen. Die Tatsache, dass die plattenförmigen Energiespeicher 14 zu beiden Seiten hin von Dämmschichten 10, 11 umgeben sind, die auch Wärmedämmeigenschaften besitzen, bewirkt wiederum eine thermische Isolierung der Energiespeicher 14, die somit vor niedrigen Außentemperaturen geschützt sind. Hierdurch wird einem möglichen Leistungseinbruch der Energiespeicher 14 bei niedrigen Außentemperaturen entgegen gewirkt. Wird der Schallschutz-Wandaufbau in warmen Regionen eingesetzt, kann auf Wärmedämmeigenschaften der Dämmschicht verzichtet werden.
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Der Schallschutz-Wandaufbau 1 ist abschnittsweise zwischen Stahlstützen 15 in Form von Doppel-T-Trägern gesetzt.
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Eines besseren Überblicks halber sind die Solarzellen, mit denen der Schallschutz-Wandaufbau 1 bestückt ist, nicht in der 1 dargestellt, wobei die Solarzellen jedoch typischerweise oberhalb des Wandaufbaus 1 angeordnet sind und auf der oberen Stirnseite des Wandaufbaus 1 befestigt sind. Eine entsprechende Verkabelung zwischen den Solarzellen und den plattenförmigen Energiespeichern sowie eine Ladestromregelung sind ebenfalls nicht in den Figuren dargestellt. Eine solche Verkabelung beziehungsweise Ladestromregelung ist jedoch aus dem Stand der Technik bekannt. Ebenso nicht gezeigt ist eine Verbindung der Energiespeicher mit einem Stromnetz, wobei ebenfalls einer Insellösung ohne eine solche Verbindung denkbar ist.
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In der 2 ist ein Schnitt durch einen alternativ ausgebildeten Schallschutz-Wandaufbau 100 gezeigt, der analog zu dem in der 1 dargestellten Wandaufbau 1 eine erste Metallschicht 2 in Form einer Rückwand 3 eines Kassettenprofils 4, eine zweite Metallschicht 5 in Form eines Trapezblechs 6, zwei Dämmschichten 10, 11 und plattenförmige Energiespeicher 14 umfasst, wobei die Rückwand 3 der Kassettenprofile 4 jeweils drei Stufen 16 mit gegenüber einer Vertikalen schräg verlaufenden ersten Flächen 17 aufweist, auf denen jeweils Solarzellen 18 angeordnet sind. Die senkrecht zu den ersten Flächen 17 verlaufenden zweiten Flächen 19 der Kassettenprofile 4 sind jeweils mit einer Perforation 13 versehen.
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Die an der Rückwand 3 der Kassettenprofile 4 angeordnete Dämmschicht 10 in Form einer Wärmedämmung ist auf der der Rückwand 3 zugewandten Seite hin korrespondierend zu den Stufen 16 ausgebildet, wohingegen die auf der der Rückwand 3 abgewandten Seite angeordnete Dämmschicht 11 eben ausgebildet ist.
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Die kurzen Stege 7, 8 der Kassettenprofile 4 weisen jeweils zwei parallele und in einem Abstand zueinander verlaufende Vorsprünge 20 auf, die der Positionierung und Fixierung der plattenförmigen Energiespeicher 14 dienen. Die Vorsprünge 20 sind beispielsweise durch Umformung hergestellt, wobei es sich alternativ auch um nachträglich angebrachte Vorsprünge handeln kann, die beispielsweise angeschweißt, angeklipst oder angeschraubt sind.
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In der 2 ist eine Verschraubung 21 des Trapezblechs 6 mit den Flanschen 9 des Kassettenprofils 4 angedeutet.
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Aus der 3 geht ein erfindungsgemäßer Schallschutz-Wandaufbau 200 hervor, der in einer dreidimensionalen Ansicht gezeigt ist und vom Grundsatz her so aufgebaut ist, wie der Schallschutz-Wandaufbau 100 gemäß der 2. Einer besseren Erkennbarkeit der einzelnen Schichten sind das Trapezblech 6 und die Dämmschicht 11 nur in einem Teilbereich des Wandaufbaus 200 gezeigt.
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Im Unterschied zu dem Wandaufbau 100 ist der Zwischenraum zwischen den beiden Dämmschichten 10, 11 des Schallschutz-Wandaufbaus 200 nicht alleinig mit plattenförmigen Energiespeichern 14 versehen, sondern anteilig mit Betonplatten 22, wobei sich in horizontaler Richtung betrachtet plattenförmige Energiespeicher 14 und Betonplatten 22 abwechseln.
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Die Ausführungsvariante des Schallschutz-Wandaufbaus 300 gemäß 4, die nicht die Erfindung betrifft, umfasst im Schnitt zwei parallel im Abstand zueinander verlaufende Sandwichelemente 23 gleichen Aufbaus, die jeweils aus zwei Metallplatten 24 mit dazwischen eingeschäumter Wärmedämmung 25 in Form von PU-Schaum bestehen, die die Dämmschichten 10, 11 des Wandaufbaus 300 bilden. Zwischen den beiden Sandwichelementen 23 ist ein plattenförmiger Energiespeicher 14 angeordnet.
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Streng genommen besitzt der in der 4 dargestellte Schallschutz-Wandaufbau 300 vier Metallschichten 26, 27, von denen jeweils zwei Metallschichten 26, 27 einem Sandwichelement 23 zuzuordnen sind. In der 4 sind jeweils zwei Sandwichelemente 23 übereinander angeordnet, wobei die aneinander stoßenden Enden 28, 28' im Querschnitt betrachtet nach dem Prinzip einer Nut-Feder-Verbindung aufgebaut sind. Während das untere Ende 28' eines Sandwichelements 23 als Nut oder Umklammerung ausgebildet ist, weist das obere Ende 28 eines Sandwichelements 23 eine dazu korrespondierende Feder auf. Zusätzlich sind die aneinander stoßenden Enden 28, 28' über Schrauben 29 miteinander verbunden.
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Die unteren Enden 28' der in der 4 auf der rechten Seite befindlichen Sandwichelemente 23 sind ferner jeweils mit Haltespangen 30 versehen, die in den Zwischenraum zwischen den beiden parallel angeordneten Sandwichelementen 23 hineinragen. Auf die Haltespangen 30, die in einem Abstand zueinander über die Länge des Schallschutz-Wandaufbaus 300 angeordnet sind, kommen die plattenförmigen Energiespeicher 14 zu liegen.
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Eine Haltespange 30 ist im Detail in der 4a gezeigt. Die Haltespange 30 ist von ihrer Geometrie dem unteren Ende 28' des Sandwichelements 23 angepasst, so dass sie auf das Ende 28' aufgeschoben werden kann. Während ein Schenkel 31 der Haltespange 30 lang ausgebildet ist, besitzt ein zweiter Schenkel 32 der Haltespange 30 eine kürzere Länge. Der Bereich 33 der Haltespange 30, der in dem Zwischenraum zwischen den Sandwichelementen 23 zu liegen kommt, ist als geschossene Kammer 34 ausgebildet, deren obere und untere Längsseite 35 jeweils eine Vertiefung 36 aufweist, in die der plattenförmige Energiespeicher 14 zu liegen kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 100, 200, 300
- Schallschutz-Wandaufbau
- 2
- erste Metallschicht
- 3
- Rückwand
- 4
- Kassettenprofil
- 5
- zweite Metallschicht
- 6
- Trapezblech
- 7
- unterer kurzer Steg
- 8
- oberer kurzer Steg
- 9
- Flansch
- 10, 11
- Dämmschicht
- 12
- Hohlraum
- 13
- Perforation
- 14
- plattenförmiger Energiespeicher
- 15
- Stahlstütze
- 16
- Stufe
- 17
- erste Fläche
- 18
- Solarzelle
- 19
- zweite Fläche
- 20
- Vorsprung
- 21
- Verschraubung
- 22
- Betonplatte
- 23, 23'
- Sandwichelement
- 24
- Metallplatte
- 25
- Wärmedämmung
- 26
- Metallschicht
- 27
- Metallschicht
- 28
- oberes Ende
- 28'
- unteres Ende
- 29
- Schraube
- 30
- Haltespange
- 31, 32
- Schenkel
- 33
- Bereich
- 34
- Kammer
- 35
- Längsseite
- 36
- Vertiefung
