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Die vorliegende Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Bauelement, welches bevorzugt eine plattenartige Grundform besitzt aber auch in anderen Formgebungen hergestellt sein kann. Das schallabsorbierende Bauelement umfasst eine Trägerschicht, beispielsweise aus Beton, eine in Richtung zur Schallquelle der Trägerschicht vorgelagerte schallabsorbierende Deckschicht, sowie zwischen Trägerschicht und Deckschicht eingeschlossene Schallabsorberelemente mit gegenüber der Deckschicht relevant erhöhtem Absorptionsgrad.
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Mit wachsender Lärmbelastung, insbesondere in der Nähe von Verkehrswegen, ist in den letzten Jahren der Bedarf nach der Errichtung von Schallschutzwänden im Außenbereich erheblich gestiegen. Schallabsorbierende Bauelemente werden aber nicht nur an Straßen und Bahnstrecken benötigt, sondern beispielsweise auch in Gewerbebereichen mit erhöhter Lärmbelastung eingesetzt. Eine akustische Zielstellung ist dabei die möglichst umfassende Absorption von Schall bzw. Lärm in einem breiten Frequenzbereich. Die im Außenbereich eingesetzten schallabsorbierenden Bauelemente müssen darüber hinaus über lange Zeit witterungsbeständig sein und auch mechanischen Anforderungen genügen, die beispielsweise aus einer hohen Windbelastung oder möglicherweise vandalistischen Attacken resultieren können. Es stehen heutzutage faktisch keine Materialien zur Verfügung, die sowohl eine hohe mechanische Festigkeit und Resistenz gegen Umwelteinflüsse als auch einen hohen Schallabsorptionsgrad über einen breiten Frequenzbereich aufweisen.
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In Scholl, W.: „Entwicklung und Anwendung von Lärmschutzwänden", Fraunhofer Institut Bauphysik, IBP-Mitteilung 234, 20 (1993) sind Grundlagen der an Lärmschutzwänden zu realisierenden Absorptionseigenschaften erläutert.
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Aus der
EP 0 417 049 A1 ist ein Plattenelement für eine Lärmschutzwand bekannt, welches aus mehreren Materialschichten zusammengesetzt ist. Dabei wird eine Trägerschicht durch miteinander verbundene Holzbretter gebildet, auf welcher in Richtung zur Schallquelle eine durchgängige Schicht aus Steinwolle oder vergleichbarem Fasermaterial aufgebracht ist. Diese Lärm absorbierende Schicht ist ganzflächig von einer weiteren Schicht aus einem zementgebundenen, porösen Werkstoff abgedeckt. Der Material- und Herstellungsaufwand für solche Plattenelemente ist hoch. Die Gesamtstärke des Plattenelements muss groß gewählt werden, wenn brauchbare Absorptionseigenschaften erzielt werden sollen. Insgesamt zeigt dieses Plattenelement nur in bestimmten Frequenzbereichen geeignete Absorptionseigenschaften, da wesentliche Frequenzbereiche entweder bereits an der durchgehenden Deckschicht reflektiert werden oder von der eingeschlossenen Steinwollschicht nicht ausreichend absorbiert werden können, sodass es zu einer unerwünschten Reflektion des Schalls an der rückwärtigen Holzwand kommt. Die eingeschlossene Steinwolle ist zudem feuchtigkeitsempfindlich, sodass die Plattenelemente entweder aufwändig abgedichtet werden müssen oder die schallabsorbierenden Eigenschaften mit der Zeit nachlassen.
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In der
EP 1 508 650 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lärmschutzwand aus schallabsorbierenden Bauelementen beschrieben. Eine Ausführungsform des danach hergestellten Bauelements besitzt eine Tragplatte aus Beton, an welcher ein- oder zweiseitig Vorsatzschalen angebracht sind, die gesintertes Blähglas enthalten. Zwar ist gesintertes Blähglas grundsätzlich gut witterungsbeständig, jedoch ist es gegenüber mechanischen Beanspruchungen sehr anfällig. Die an der Außenseite des schallabsorbierenden Bauelements befindliche Vorsatzschale aus gesintertem Blähglas wird daher bereits bei mäßiger mechanischer Beanspruchung, wie sie schon im Montageprozess auftreten kann, beschädigt.
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Aus der
DE 197 12 835 C3 ist ein Formkörper aus einem Leichtwerkstoff bekannt, welcher schalldämmende Eigenschaften besitzt.
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Die
EP 0 548 856 B1 zeigt eine Sicht- und Lärmschutzwand mit Stützträgerkonstruktion. In einer speziellen Ausführungsform werden stark profilierte Schallschluckprofile auf einer Betontragwand befestigt. Die Schallschluckprofile bestehen aus haufwerksporigem Magerbeton und besitzen einzelne Hohlräume, die teilweise in die Magerbetonlage der Schallschluckprofile hineinragen. Zur Verbesserung der Schalldämmung können diese Hohlräume mit Mineralwolle gefüllt sein. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in der erheblichen Profilierung der nach außen gerichteten Fläche des Schallschluckprofils, die zwar zu verbesserten Absorptionseigenschaften führt, einen Einsatz bei starken Luftströmungen, beispielsweise in unmittelbarer Nähe von Schienenwegen für Hochgeschwindigkeitszüge, unmöglich macht. Dies führt außerdem zu einer großen Gesamtdicke der Wand und zu hohem Gewicht.
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In der
DE 42 31 487 A1 ist ein schallabsorbierendes Wandelement offenbart, welches eine Tragschicht aus Beton besitzt. In die Tragschicht ist eine großflächige Vertiefung eingearbeitet, in welche flächendeckend eine Deckschicht aus einzelnen plattenförmigen Elementen, bestehend aus haufwerksporigem Beton, eingesetzt ist. Die haufwerksporigen Betonplatten verbessern die Absorptionseigenschaften, während die mechanische Stabilität der dahinterliegenden Tragschicht verschlechtert wird. Zur weiteren Verbesserung der Schallabsorption befinden sich flächig ausgebildete Schallabsorptionsplatten zwischen den haufwerksporigen Betonelementen und der Tragschicht. Die zwischenliegenden Schallabsorptionsplatten füllen im Wesentlichen die gesamte Fläche in der Vertiefung aus, abgesehen von geringfügigen freibleibenden Bereichen an den Kanten der einzelnen haufwerksporigen Betonplatten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein schallabsorbierendes Bauelement bereitzustellen, welches einerseits den im Außenbereich herrschenden Umwelteinflüssen und Einsatzbedingungen genügt und andererseits einen insgesamt deutlich verbesserten Absorptionsgrad aufweist, insbesondere im Frequenzbereich um 500 Hz und darunter, um das schallabsorbierende Bauelement im Lärmschutz effizient einsetzen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein schallabsorbierendes Bauelement gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße schallabsorbierende Bauelement zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Schallabsorberelemente, deren Absorptionsgrad wesentlich höher ist als der Absorptionsgrad der Deckschicht, so in die Trägerschicht eingelassen sind, dass sich in der Grenzebene zwischen der Trägerschicht und der Deckschicht verlaufende Beugungskanten ausbilden, welche entlang der Berührungslinien zwischen den Schallabsorberelementen und der Trägerschicht verlaufen. Um dies zu erreichen, liegen die zur Deckschicht gerichteten Flächen der Schallabsorberelemente entweder selbst in der Grenzebene oder die Schallabsorberelemente erstrecken sich über die Trägerschicht hinaus in die Deckschicht hinein, sodass auch in diesem Fall die Berührungslinien zwischen Schallabsorberelementen und Trägerschicht in der Grenzebene verlaufen. Weiterhin ist für die Erfindung wesentlich, dass die einzelnen Schallabsorberelemente voneinander beabstandet angeordnet sind, sodass möglichst viele der genannten Beugungskanten entstehen. Schließlich ist von Bedeutung, dass die von den Schallabsorberelemente in der Grenzebene bedeckte Fläche weniger als 50% der Gesamtfläche der Grenzebene umfasst.
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Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass für die Herstellung einer hinreichenden mechanischen Festigkeit und einer Stabilität gegen Umwelteinflüsse einerseits sowie die Erzielung eines hohen Gesamtabsorptionsgrades andererseits unterschiedliche Materialien miteinander kombiniert werden müssen, wobei jeweils deren gewünschten Eigenschaften ausgenutzt werden und gleichzeitig die den jeweiligen Materialien immanenten Nachteile durch andere Materialien kompensiert werden müssen. Dies führt zunächst zu einer Teillösung, die darin zu sehen ist, dass Materialien mit einem hohen Absorptionsgrad in ein Material mit geringerem Absorptionsgrad aber höherer mechanischer Festigkeit eingeschlossen werden, wobei dieser Teilaspekt im Stand der Technik vereinzelt bereits realisiert wurde. Für die Erfindung wesentlich ist darüber hinaus die Erkenntnis, dass es an den Grenzflächen aneinanderstoßender unterschiedlich absorbierender Materialen zu akustischen Grenzflächeneffekten kommt, die die Absorptionswirkung begünstigen. Insbesondere treten Schallwellenbeugung, Überlagerung von Schallwellen und Absorption auf. Je höher die Differenz der Strömungswiderstände bzw. Absorptionsgrade der unterschiedlichen Materialien, umso größer sind diese Grenzflächeneffekte. Durch Nutzung dieser Effekte lassen sich zielgerichtet höhere Absorptionswerte, eine breitbandigere Absorption und eine Erhöhung der Absorption im tieffrequenten Bereich erreichen. Solche Grenzflächen bestehen an zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Materialien und entlang der bereits genannten Beugungskanten von in eine Absorberschicht eingelegten Absorberstreifen.
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An den Beugungskanten zwischen einem hochabsorbierenden Material und einem nicht oder nur schlecht absorbierenden Material kommt es insbesondere zu einer Beugung der dort eintreffenden Schallwellen, wobei dieser gebeugte Schallwellenanteil mit den zu absorbierenden Schallwellen überlagert wird, um eine teilweise oder im günstigsten Fall vollständige Auslöschung der Schallwellen zu erreichen, was zu einer deutlich erhöhten Absorptionsrate führt. Diese Erkenntnis macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem die Beugungskanten in der Grenzebene zwischen Trägerschicht und Deckschicht gezielt ausgebildet werden, sodass der genannte Teillöschungseffekt auf der Rückseite der Deckschicht eintritt und damit sowohl die überlagerten Schallwellen als auch die gebeugten Schallwellen nochmals die gesamte Deckschicht durchlaufen müssen, woraus ein besonders hoher Absorptionsgrad resultiert.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung lassen sich somit schlanke, glatte, witterungsbeständige, schlagfeste schallabsorbierende Bauelemente erzeugen, unter überwiegender Verwendung preiswerter (niedrig absorbierender) Materialien und mit nur geringem Anteil teurer (hochabsorbierender, empfindlicher) Materialien. Damit können die erfindungsgemäßen Bauteile beispielsweise besonders vorteilhaft zur Schallabsorption an Bahnstrecken eingesetzt werden, wo regelmäßig nur wenig Abstand zu Hochgeschwindigkeitszügen zur Verfügung steht, sodass starke Luftverwirbelungen und hohe Lärmbelastungen auftreten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bedecken die Schallabsorberelemente in der Grenzebene weniger als 40% der Gesamtfläche, vorzugsweise weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 25%. Bereits durch solche geringen Flächenanteile der Schallabsorberelemente aus hochabsorbierendem Material werden überraschende Gesamtabsorptionswerte erzielt. Dies führt zu einer Kostenreduktion für das schallabsorbierende Schallelement sowie zur Aufrechterhaltung der hohen Stabilität der Trägerschicht, ohne dass dafür die Gesamtstärke und damit auch das Gewicht der Trägerschicht nennenswert erhöht werden müssten.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform verwendet Schallabsorberelemente, die eine Fläche von etwa 20% der Fläche in der Grenzebene bedecken. Dabei hat es sich als überraschend zweckmäßig erwiesen, streifenförmige Schallabsorberelemente aus gesintertem Blähglasgranulat mit einer Breite (in der Grenzebene) von etwa 50 mm zu verwenden, die voneinander jeweils 200 mm beabstandet angeordnet sind. Dies führt zu einer optimierten Absorptionsrate bei Frequenzen um 500 Hz. Diese Gestaltung führt zu einer zielgerichteten Verbesserung im tieffrequenten Bereich bis 500 Hz, speziell für Anforderungen im Schienenverkehr (vgl. z. B. Richtlinien für Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken – RLE).
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Es hat sich gezeigt, dass größere Abstände zwischen den streifenförmigen Schallabsorberelemente zu einer verbesserten Absorption im höherfrequenten Bereich führen, sodass auf diese Weise das schallabsorbierende Bauelement an ein bevorzugt zu absorbierendes Spektrum angepasst werden kann. Dies führt zu einer zielgerichteten breitbandige Verbesserung im Bereich 500 bis 3.000 Hz für die Anforderung „hochabsorbierend“ im Straßenverkehr (vgl. Zusätzliche Technische Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Lärmschutzwänden an Straßen-ZTV-Lsw 06). Natürlich können durch entsprechende Anordnung von mehreren Schallabsorberelementen mit unterschiedlichen Abständen zueinander auch verbesserte Absorptionswerte sowohl im Bereich unter 500 Hz als auch im Bereich bis 3.000 Hz erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße Kombination des hoch absorbierenden Materials des Schallabsorberelements mit dem schlechter aber in einem breiteren Frequenzbereich absorbierenden Material der Deckschicht führt zu einem überraschend deutlich gesteigerten Gesamtabsorptionsgrad im Frequenzbereich ≤ 500 Hz, wenn die zuvor genannten Materialien genutzt und die genannten Dimensionierungen eingehalten werden. Dies ist für die Verwendung de schallabsorbierenden Bauelemente an Lärmschutzwänden bedeutsam. Von besonderer Bedeutung ist es für das Auftreten dieser Verbesserung auch, dass die verwendeten Absorbermaterialien (insbesondere gesintertes Blähglasgranulat) des Schallabsorberelements stabile akustische Eigenschaften haben.
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Besonders bevorzugt grenzen die Deckschicht und die Trägerschicht in der Grenzebene ohne Belassung von Hohlräumen aneinander, gegebenenfalls vermittelt über eine Klebeschicht, wenn die Deckschicht und die Trägerschicht zusammengeklebt sind. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn bei unmittelbar aneinander angrenzenden Träger- und Deckschichten auch die Schallabsorberelemente in der Grenzebene enden und sich nicht in die Deckschicht hinein erstrecken. Bei abgewandelten Ausführungsformen sind auf der zur Grenzebene gerichteten Seite der Deckschicht Hohlräume ausgebildet, welche Abschnitte der Schallabsorberelemente aufnehmen, die über die Trägerschicht hinausragen.
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Bevorzugt bestehen die Schallabsorberelemente aus einem gesinterten Blähglasgranulat, welches vorzugsweise streifen- oder quaderförmig ausgebildet ist. Gesintertes Blähglasgranulat weist einen sehr hohen Absorptionsgrad im Bereich α = 0,8–1,0 auf. Es können aber auch andere Materialien mit hohem Absorptionsvermögen verwendet werden. In einer abgewandelten Ausführungsform verlaufen die streifenförmigen Schallabsorberelemente kreuzförmig zueinander, sodass in der Ebene der Grenzfläche ein Raster ausgebildet ist.
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Für die Verbindung zwischen der Trägerschicht und der Deckschicht können außer der bereits erwähnten Klebeverbindung auch andere Hilfs- und Verbindungsmittel verwendet werden, insbesondere Halteklammern, Rahmenelemente oder mechanische Verbindungselemente, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Volumenanteil der in der Trägerschicht eingeschlossenen Schallabsorberelemente zwischen 10% und 45% des Gesamtvolumens der Deckschicht. Da die Deckschicht aus mechanisch stabilen, wenngleich auch schlechter schallabsorbierendem Material besteht, wirkt sich der geringe Anteil des teureren, hochabsorbierenden Materials der Schallabsorberelemente günstig auf die Gesamtkosten des schallabsorbierenden Bauelements aus. Es hat sich außerdem gezeigt, dass mit dem genannten Volumenverhältnis hervorragende Gesamtabsorptionswerte erreichbar sind, insbesondere kommt es zu einer schallabsorbierenden Leistungssteigerung im tieffrequenten Bereich < 500 Hz.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements besitzen die Schallabsorberelemente einen Absorptionsgrad αS = 0,7–1 und die Deckschicht besitzt stattdessen einen Absorptionsgrad αD = 0,3–0,65. Je nach der gewählten Geometrie sind mit diesen Werten für das gesamte schallabsorbierende Bauelement Gesamtabsorptionswerte αG = 0,85–0,95 erreichbar.
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Die Deckschicht besteht bevorzugt aus haufwerksporigem Material, insbesondere haufwerksporigem Beton. Abgewandelte Ausführungsformen können andere weniger gut schallabsorbierende Materialien verwenden. Die Deckschicht kann an ihrer zur Schallquelle gerichteten Oberfläche eben sein oder auch eine Profilierung aufweisen, wenn dies für den jeweiligen Einsatzzweck nützlich ist. Hohe Gesamtabsorptionswerte lassen sich aber auch mit einer ebenen Oberfläche erreichen.
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Die Trägerschicht besteht besonders bevorzugt aus nicht schallabsorbierendem Material mit hoher Tragfähigkeit, beispielsweise Normalbeton. Für die Trägerschicht eignen sich in abgewandelten Ausführungen aber auch Materialien mit geringem Absorptionsgrad.
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Unter Verwendung der beschriebenen schallabsorbierenden Bauelemente schlägt die vorliegende Erfindung auch eine Schallschutzwand vor, die sich dadurch auszeichnet, dass sie aus einer Vielzahl von schallabsorbierenden erfindungsgemäßen Bauelemente zusammengesetzt ist. In herkömmlicher Weise können Tragkonstruktionen zur Halterung und/oder Verbindung der einzelnen schallabsorbierenden Bauelemente eingesetzt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Schallschutzwand zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass auch die Deckschicht zusätzliche darin eingelassene Schallabsorberelemente besitzt, die gegenüber der Deckschicht einen erhöhten Absorptionsgrad aufweisen. Die weiteren Schallabsorberelemente sind in der Deckschicht derart angeordnet, dass ihre zur Trägerschicht gerichtete Fläche in der Grenzebene zwischen Deckschicht und Trägerschicht liegt. Damit stehen wiederum Beugungskanten am Übergang zwischen hochabsorbierendem Material und dem nicht oder nur schlecht absorbierenden Material der Trägerschicht zur Verfügung, welche die oben beschriebenen Grenzflächeneffekte unterstützen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Schallabsorberelemente etwa 50% bis 80% in die Tiefe des sie umgebenden Materials der Trägerschicht bzw. der Deckschicht. Die Deckschicht weist bevorzugt eines Dicke zwischen 5–6 cm auf. Das gesamte schallabsorbierende Bauelement besitzt bevorzugt eine Dicke zwischen 8 und 12 cm.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
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1: eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelements mit einer Deckschicht und einer Trägerschicht;
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2: eine Schnittansicht parallel zu einer Grenzebene zwischen der Deckschicht und der Trägerschicht des schallabsorbierenden Bauelements;
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3: eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit einem weiteren Schallabsorberelement in der Deckschicht;
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4: eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit Schallabsorberelementen, die sich in der Trägerschicht und der Deckschicht erstrecken.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines schallabsorbierenden Bauelements 01 in einer vereinfachten Querschnittsansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform, die sich insbesondere für die Schallabsorption im tieffrequenten Bereich eignet, umfasst das schallabsorbierende Bauelement eine Trägerschicht 02 und eine mit dieser verbundene Deckschicht 03. Die Trägerschicht 02 besteht aus einem nicht absorbierenden, d.h. schallreflektierenden Material, beispielsweise Normalbeton. Die Deckschicht 03 besteht aus einem schwach schallabsorbierenden Material mit einem Absorptionsgrad αD = 0,3–0,65. Die Deckschicht 03 ist vollflächig ausgebildet und hat in der Praxis beispielsweise eine Dicke von 50 mm. Zwischen der Trägerschicht 02 und der Deckschicht 03 ist eine Grenzebene 04 ausgebildet, an welcher die angrenzenden Schichten beispielsweise durch einen Kleber verbunden sein können.
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In die nicht oder schlecht schallabsorbierende Trägerschicht 02 sind mehrere Schallabsorberelemente 06 aus hochabsorbierendem Material eingelassen, die einen Absorptionsgrad αS = 0,7–1 aufweisen. Die Schallabsorberelemente 06 sind beispielsweise als lang gestreckte Streifen mit einem Querschnitt von 50 mm 25 mm gestaltet. Bezogen auf das Gesamtvolumen des im Bauelement 01 verwendeten schallabsorbierenden Materials besitzen die Schallabsorberelemente 06 beispielsweise einen Volumenanteil von 20%, während die weniger gut absorbierende Deckschicht 03 einen Volumenanteil von 80% umfasst.
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Die Schallabsorberelemente bestehen insbesondere aus einem gesinterten Blähglasgranulat, wie es beispielsweise von der Firma Liaver GmbH & Co. KG unter dem Markennamen Reapor geliefert wird.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel besitzen die Schallabsorberelemente einen Querschnitt von 50 mm × 50 mm, einen Absorptionsgrad αS = 0,95 und einen Volumenanteil am gesamten schallabsorbierenden Material von 20%. Dazu sind die Schallabsorberelemente mit einem Abstand von etwa 200 bis 250 mm in der Trägerschicht 02 eingelassen. Die Trägerschicht besteht aus einem nicht absorbierenden Material, nämlich Normalbeton. Die schallabsorbierende Deckschicht 03 ist in diesem Beispiel vollflächig mit ebener Oberfläche und einer Dicke von 50 mm ausgebildet. Sie stellt einen Volumenanteil von 80% am gesamten schallabsorbierenden Material des Bauelements und besitzt einen Absorptionsgrad αD = 0,5. Durch die erfindungsgemäße Anordnung, wie sie aus 1 ersichtlich ist, ergibt sich dennoch ein Gesamtabsorptionswert des schallabsorbierenden Bauelements 01 von αG = 0,85. In alternativen Ausführungen besitzt die schallabsorbierende Deckschicht einen Absorptionsgrad αD = 0,35 bis 0,5.
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Dieser überraschend hohe Gesamtabsorptionswert entsteht aufgrund der spezifischen Anordnung der Schallabsorberelemente, die derart in die Trägerschicht 02 eingelassen sind, dass von Schallwellen (angedeutet durch die Pfeile 07), soweit sie die Deckschicht 03 durchdringen, ein Anteil an zahlreichen Beugungskanten 08 auftrifft und dort durch Beugung ein Phasenverschiebung erfährt. Die Phasen verschobenen Schallwellen überlagern sich mit den Schallwellen, die die Deckschicht 03 durchdrungen haben und gegebenenfalls an der Trägerschicht 02 reflektiert wurden, sodass es zu einer Teillöschung kommt.
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Darüber hinaus treten ggf. weitere Grenzflächeneffekte auf (siehe oben).
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Die Beugungskanten 08 verlaufen entlang der Berührungslinien zwischen dem nicht oder nur schlecht schallabsorbierenden Material der Trägerschicht 02 und dem sehr gut schallabsorbierenden Material der Schallabsorberelemente 06. Wesentlich für das Auftreten der Teillöschung ist dabei auch, dass die Schallabsorberelemente 06 einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen, der vorzugsweise ein Mehrfaches ihrer eigenen Breite misst. Für bestimmte Anwendungsfälle kann ein optimaler Abstand der Schallabsorberelemente unter Berücksichtigung der Wellenlängen der auftretenden Schallwellen berechnet werden.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform verlaufen die Beugungskanten 08 in der Grenzebene 04, da die Schallabsorberelemente 06 über ihren gesamten Querschnitt in die Trägerschicht 02 eingelassen sind, sodass die zur Deckschicht 03 gewandte Oberfläche der Schallabsorberelemente 06 in der Grenzebene 04 liegt, dort aber bevorzugt nicht vom Material der Trägerschicht bedeckt ist. Unabhängig von dem beschriebenen Effekt der Beugung und der Teillöschung wirken die Schallabsorberelemente 06 in herkömmlicher Weise durch Schallabsorption der direkt auf sie auftreffenden Schallwellen.
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Die weniger gut schallabsorbierende Deckschicht 03 besteht beispielsweise aus zementgebundenem, kunstharzgebundenem oder wasserglasgebundenem Material, wobei diesen Materialien typische Leichtbau-Zuschlagstoffe zugesetzt werden, beispielsweise Blähton, Blähschiefer, Blähglas, Bims, Holzspäne. Bei mechanisch wenig beanspruchten oder durch andere konstruktive Gestaltungen geschützten Ausführungsformen kann die Deckschicht auch aus Schaumstoff ausgeführt sein.
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2 zeigt das schallabsorbierende Bauelement 01 in einem Schnitt parallel zur Grenzebene 04. Es ist ersichtlich, dass die Schallabsorberelemente 06 streifenförmig im Material der Trägerschicht 02 verlaufen.
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3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements 01 im Querschnitt. Neben den in der Trägerschicht 02 angeordneten Schallabsorberelementen 06 befindet sich ein weiteres Schallabsorberelement 06a innerhalb der Deckschicht 03. Das weitere Schallabsorberelement 06a kann aus demselben Material wie die Schallabsorberelemente 06 bestehen und dieselben Abmessungen aufweisen. Das weitere Schallabsorberelement 06a ist vorzugsweise mit seinem gesamten Querschnitt in der Deckschicht 03 eingebracht, sodass seine zur Trägerschicht 02 gerichtete Unterseite in der Grenzebene 04 liegt und bevorzugt nicht vom Material der Deckschicht bedeckt ist. Damit bilden sich weitere Beugungskanten 08a aus, an den Berührungslinien zwischen dem weiteren Schallabsorberelement 06a und dem Material der Trägerschicht 02.
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Die zuvor beschriebene Ausführungsform eignet sich bei weiterer Abwandlung insbesondere für eine erhöhte Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich. Dafür werden die streifenförmigen Schallabsorberelemente in der Tragschicht rechtwinklig zu den streifenförmigen Schallabsorberelementen in der Deckschicht angeordnet. Es können beispielsweise Steifen mit Abmessungen von 50 mm in der Breite und 30 mm in der Höhe in der Tragschicht und in der Deckschicht verwendet werden. Die Schallabsorberelemente besitzen einen Absorptionsgrad αS = 0,95 und sind innerhalb einer Schicht mit einem Abstand von 200 mm angeordnet. Die Deckschicht besitzt einen Absorptionsgrad αD = 0,25–0,3.
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Eine nochmals abgewandelte Ausführungsform ist im Querschnitt in 4 dargestellt. Dort werden Schallabsorberelemente 06b eingesetzt, die im Querschnitt sowohl in der Trägerschicht 02 als auch in der Deckschicht 03 verlaufen. Die einzelnen Schallabsorberelemente 06b können einstückig ausgebildet sein oder als zwei getrennte Elemente ausgeführt sein, die z. B. in der Grenzebene 04 aneinander stoßen. Die streifenförmigen Schallabsorberelement sind 50 mm breit und 80 mm hoch und besitzen einen Absorptionsgrad αS = 0,95. Die Deckschicht besitzt einen Absorptionsgrad αD = 0,25–0,3.
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Weitere Abwandlungen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, zeichnen sich dadurch aus, dass die Trägerschicht 02 in gewissem Umfang schallabsorbierende Eigenschaften aufweist. Ebenso ist es möglich, angrenzend an die Trägerschicht 02 einen weiteren mechanischen Träger vorzusehen, der als Rahmen oder als Platte ausgeführt sein kann, um das gesamte schallabsorbierende Bauelement 01 zu tragen.
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Mit den erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelementen lassen sich unterschiedliche Anwendungen aufbauen. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Schallschutzwand, die aus zahlreichen schallabsorbierenden Bauelementen zusammengesetzt ist.
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Ebenso können schallabsorbierende Bauelemente zur Schallabsorption in Fahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen eingesetzt werden. Die schallabsorbierenden Bauelemente können dafür speziell geformt sein, beispielsweise um den Konturen in Karosserien zu folgen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- schallabsorbierendes Bauelement
- 02
- Trägerschicht
- 03
- Deckschicht
- 04
- Grenzebene
- 05
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- 06
- Schallabsorberelemente
- 06a
- Schallabsorberelemente
- 06b
- Schallabsorberelemente
- 07
- Schallwellen
- 08
- Beugungskanten
- 08a
- Beugungskanten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0417049 A1 [0004]
- EP 1508650 B1 [0005]
- DE 19712835 C3 [0006]
- EP 0548856 B1 [0007]
- DE 4231487 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Scholl, W.: „Entwicklung und Anwendung von Lärmschutzwänden“, Fraunhofer Institut Bauphysik, IBP-Mitteilung 234, 20 (1993) [0003]
