DE102016124755B3

DE102016124755B3 - Schallabsorbierendes Bauelement mit Löschungsprofilen sowie Schallschutzwand

Info

Publication number: DE102016124755B3
Application number: DE102016124755.3A
Authority: DE
Inventors: Ronald Tschiersch; Christian Hoppe
Original assignee: Liaver GmbH and Co KG
Current assignee: Liaver GmbH and Co KG
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: CN110100060B; CN110100060A; EP3555370B1; AU2017380760A1; US20190348018A1; US11455978B2; WO2018114522A1; EP3555370A1; AU2017380760B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Bauelement, welches sich u.a. für Einsatz im Außenbereich eignet. Das Bauelement umfasst eine schallabsorbierende Absorberschicht (01) mit einer Schalleintrittsfläche (02) sowie mehrere in der Absorberschicht (01) vollständig eingeschlossene, voneinander beabstandet angeordnete Löschungsprofile (05). Das Löschungsprofil (05) besteht aus einem schallreflektierenden Material und besitzt einen Profilinnenraum (09), der eine von der Schalleintrittsfläche (02) abgewandte offene Seite aufweist. Das Löschungsprofil (05) weist bevorzugt mindestens eine Einlassfläche (06) mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen (07) und mindestens eine an die Einlassfläche anschließende geschlossene Reflexionsfläche (08) auf, wobei die Reflexionsfläche (08) und die offene Seite des Löschungsprofils (05) von der Schalleintrittsfläche (02) weiter beabstandet sind als die Einlassfläche (06). Der Profilinnenraum (09) ist hohl oder mit dem Material der Absorberschicht ganz oder teilweise befüllt. Die Erfindung betrifft auch eine Schallschutzwand mit einer Trägerschicht (10), an der zahlreiche schallabsorbierende Bauelemente angebracht sind.

Description

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 Absorberschicht sowie darin eingelassene, vollständig in das Material der Absorberschicht eingeschlossene Löschungsprofile, die sich ebenfalls auf die akustischen Eigenschaften des Bauelements auswirken und in besonders überraschender Weise zur Erhöhung der Absorptionswirkung beitragen.
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.
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.
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.
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.
Aus der DE 197 12 835 C3 ist ein Formkörper aus einem Leichtwerkstoff bekannt, welcher schalldämmende Eigenschaften besitzt.
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.
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.
Die DE 25 24 906 A1 beschreibt eine Schutzwand gegen Lärmimmissionen. Die Schutzwand umfasst eine tragende, gleichzeitig schalldämmende Stahlbetonwand und eine Absorptionsschicht, welche miteinander durch Klebung oder Vernadelung verbunden sind. Die Absorptionsschicht besteht aus offenporigen und mit Gewebeeinlagen verstärkten Platten aus kunststoffgebundenen Elastomerfasern. Die Stahlbetonwand weist im Grenzbereich zur Absorptionsschicht eine Profilierung mit Nuten auf. Die Nuten können teilweise oder vollständig mit einem sekundären Absorptionsmaterial gefüllt sein. Alternativ kann das Absorptionsmaterial auch nur als Belag in den Nuten aufgebracht sein. Als sekundäre Absorptionsmaterialien eignen sich vorzugsweise weicheingestellte fein- und offenporige Schaumstoffe.
In der nachveröffentlichten Internationalen Patentanmeldung WO 2016/203 057 A1 der selben Anmelderin ist ein schallabsorbierendes Bauelement beschrieben, welches sich ebenfalls für den Außenbereich eignet. Dieses Bauelement umfasst eine schallabsorbierende Deckschicht sowie darin eingelassene Schallabsorberelemente mit gegenüber der Deckschicht erhöhtem Absorptionsgrad. Die in Richtung zur Schallquelle gerichtete Oberfläche der Deckschicht ist eben ausgebildet, die Schallabsorberelemente sind voneinander beabstandet angeordnet und eine Absorptionsfläche der Schallabsorberelemente liegt in einer Ebene parallel zu der Deckschicht. In dieser Ebene ist die von den Schallabsorberelementen eingenommene Fläche kleiner als die nicht von Schallabsorberelementen eingenommene Fläche. Das gut Schall absorbierende Material der Schallabsorberelemente ist teuer, sodass die Gesamtkosten des Bauelements immer noch relativ hoch sind, wenngleich im Vergleich zu älteren Anordnungen bereits deutlich günstiger. Außerdem ist das Einbringen der Schallabsorberelemente technologisch anspruchsvoll.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit ausgehend vom genannten Stand der Technik darin, ein nochmals verbessertes schallabsorbierendes Bauelement bereitzustellen, welches vor allem preiswert und einfach herstellbar ist, vorzugsweise auf der Basis poröser Schallabsorptionsmaterialien. Bevorzugt soll das Bauelement den im Außenbereich herrschenden Umwelteinflüssen und Einsatzbedingungen genügen und dennoch einen deutlich verbesserten Absorptionsgrad als frühere Lösungen aufweist, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 250 und 2.000 Hz, um das schallabsorbierende Bauelement im Lärmschutz effizient einsetzen zu können. Eine weitere Aufgabe wird in der Bereitstellung einer verbesserten Schallschutzwand gesehen.
Diese Aufgabe wird durch ein schallabsorbierendes Bauelement gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bzw. durch eine Schallschutzwand gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass sich die Schallabsorption in einer Absorberschicht, sprunghaft verbessern lässt, indem geformte und mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen versehene Profile aus hartem und damit selbst nicht schallabsorbierendem Material in die Absorberschicht eingelegt werden. Die Absorptionsverbesserung ist insbesondere in Absorptionsschichten aus einfachen, relativ schlecht absorbierenden Materialen besonders bemerkenswert. Das Befüllen der nachfolgend als Löschungsprofil bezeichneten Profile mit teurem, gegenüber der Absorberschicht besser Schall absorbierendem Material – wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist – kann entfallen, sodass die Löschungsprofile entweder einen Hohlraum aufweisen oder mit dem Material der Absorberschicht befüllt sind. Erklärbar ist das durch die Erfindung genutzte Phänomen damit, dass es an den Profilkanten und im Innenraum des Profils zur Reflexion, Beugung und Überlagerung der Schallwellen kommt, die letztlich zu einer Auslöschung der Schallenergie führen. Durch die Nutzung der Löschungsprofile können die resultierenden Laufwege der Schallwellen im Absorbermaterial deutlich verlängert werden, was die Absorptionswirkung ebenfalls verbessert.
Das erfindungsgemäße schallabsorbierende Bauelement besitzt eine schallabsorbierende Absorberschicht mit einer Schalleintrittsfläche sowie mehrere in der Absorberschicht vollständig eingeschlossene, voneinander beabstandet angeordnete Löschungsprofile. Jedes Löschungsprofil besteht aus einem schallreflektierenden Material, beispielsweise Stahlblech, Aluminium oder Kunststoff, und begrenzt einen teilweise geöffneten Profilinnenraum, der eine von der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite aufweist. Der Profilinnenraum ist hohl oder mit dem Material der Absorberschicht ganz oder teilweise befüllt.
Das Löschungsprofil besitzt bevorzugt mindestens eine Einlassfläche mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen und mindestens eine an die Einlassfläche anschließende geschlossene Reflexionsfläche. Die Schalleinlassöffnungen können bevorzugt regelmäßig aber auch unregelmäßig in der Einlassfläche verteilt angeordnet sein. Die Reflexionsfläche und die offene Seite des Löschungsprofils sind von der Schalleintrittsfläche der Absorberschicht weiter beabstandet als die Einlassfläche. Die Reflexionsfläche kann senkrecht zur Schalleintrittsfläche oder parallel zu dieser oder in einem spitzen oder stumpfen Winkel verlaufen. Ziel ist es jeweils, die Laufwege der reflektierten Schallwellen möglichst lang im Absorbermaterial verlaufen zu lassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Einlassfläche des Löschungsprofils beabstandet und parallel zur Schalleintrittsfläche. Vorteilhafte Abwandlungen verwenden stattdessen Einlassflächen, die winklig zur Schalleintrittsfläche verlaufen, insbesondere in einem Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche. Bevorzugt schließen sich beidseitig an die Einlassfläche winklig zu dieser verlaufende Reflexionsflächen an.
Eine zweckmäßige Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass die auf die Schalleintrittsfläche projizierte Fläche aller Löschungsprofile kleiner ist als der nicht von der projizierten Fläche eingenommene Flächenanteil der Schalleintrittsfläche. In alternativen Ausführungsformen stehen diese Flächen etwa im selben oder in einem umgekehrten Verhältnis, wobei die resultierenden Absorptionseigenschaften auch vom jeweils eingesetzten Material der Absorptionsschicht abhängig ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Löschungsprofil mindestens eine Kragenfläche, die parallel oder auch winklig zur Schalleintrittsfläche verläuft und sich außerhalb des Profilinnenraums erstreckt. Die Kragenfläche kann stumpfwinklig oder spitzwinklig zur Schalleintrittsfläche verlaufen. Die Kragenfläche hat ebenfalls akustische Wirkungen und führt durch Reflexionen an ihr zur Verlängerung der Laufwege (und damit der Laufzeit) der reflektierten Schallwellen im Absorbermaterial. Die Kragenfläche dient außerdem der Positionierung des Löschungsprofils im Herstellungsprozess. Schließlich kann die Kragenfläche die statischen Eigenschaften des schallabsorbierenden Bauelements verbessern, sodass seine mechanische Stabilität steigt.
Es ist vorteilhaft, wenn die offene Seite der Löschungsprofile von der Schalleintrittsfläche weiter entfernt ist als von der der Schalleintrittsfläche gegenüberliegenden Rückseite der Absorberschicht. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Schalleintrittsfläche der Profile zur Rückseite der Absorberschicht zwischen 10 und 30mm, besonders bevorzugt zwischen 15 und 25 mm.
Vorteilhafte Ausführungsformen des schallabsorbierenden Bauelements verwenden Löschungsprofile mit U-förmigem, V-förmigem, hutförmigem oder pyramidenstumpfförmigem Querschnitt. Andere Querschnittsformen sind ebenso möglich.
Vorzugsweise sind die Schalleinlassöffnungen an der Einlassfläche als Perforation ausgebildet, d. h. die Öffnungen sind im wesentlichen gleichförmig über die Einlassfläche verteilt, wobei die Schalleinlassöffnungen vorzugsweise 5% bis 20% der Oberfläche der Einlassfläche einnehmen. Vorzugsweise besitzen die Schalleinlassöffnungen eine kreisrunde Form mit einem Öffnungsdurchmesser zwischen 6 und 10 mm. Alternativ können aber auch längliche Schlitze mit Kantenlängen im Bereich (5–10) × (10–30) mm oder andere Formen für die Schalleinlassöffnungen genutzt werden.
Eine bevorzugte Gestaltung des schallabsorbierenden Bauelements verwendet eine Absorberschicht mit einer Dicke von 40 bis 80 mm, bevorzugt 50 bis 70 mm, insbesondere 60 mm. Die Absorberschicht besteht vorzugsweise aus porösem Absorbermaterial, insbesondere aus Blähglas, Blähton, Bims, Gesteinskörnung, Holzbeton, Mineralfaser oder einer Mischung aus diesen Materialien. Dabei können die Materialien durch ein Bindemittel zusammengehalten werden, z.B. Zement, Polyurethan, Epoxidharze oder andere. Vorzugsweise ist die Absorberschicht ein poröser Absorber und besteht bevorzugt aus haufwerksporigem Material.
Zweckmäßigerweise besitzt der Profilinnenraum des Löschungsprofils eine Querschnittsfläche zwischen 600 und 3000 mm². Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Löschungsprofile eine in sich in der Dicke der Absorberschicht erstreckende Höhe aufweisen, die größer als ihre Breite ist, was insbesondere dann zu guten Absorptionsergebnissen führt, wenn die Absorberschicht eine Dicke von mehr als 60 mm aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die in Richtung zur Schallquelle gerichtete Schalleintrittsfläche der Absorberschicht eben ausgebildet ist.
Für die Erfindung von Bedeutung ist die Erkenntnis, dass es an den Grenzflächen zwischen absorbierenden Materialen und reflektierenden Materialien zu akustischen Grenzflächeneffekten kommt, die die Absorptionswirkung begünstigen. Insbesondere treten Schallwellenbeugung, Phasenverschiebung, Überlagerung von Schallwellen und Absorption auf verlängerten Laufwegen auf. Durch Nutzung dieser Effekte lassen sich zielgerichtet höhere Absorptionswerte, eine breitbandigere Absorption und eine Erhöhung der Absorption im tieffrequenten Bereich erreichen. Solche Grenzflächen bestehen zwischen aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Materialien (Luft – Absorberschicht im Löschungsprofil) und entlang der bereits genannten Beugungskanten von in eine Absorberschicht eingelegten Löschungsprofilen.
An den Grenzlinien zwischen einem absorbierenden Material und einem nicht absorbierenden oder reflektierenden Material kommt es insbesondere zu einer Beugung der dort eintreffenden Schallwellen, wobei der 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. Solche Grenzlinien werden nachfolgend auch als Beugungskanten bezeichnet.
Das Löschungsprofil besteht aus einem schallreflektierenden Material. Die Schallwellen, welche zunächst einen Weg in der Absorberschicht durchlaufen haben, dringen in das Löschungsprofil über die zahlreichen Schalleinlassöffnungen in der Einlassfläche ein, und/oder z. B. nach Reflexion an der Grenzfläche zur Trägerschicht über die der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite des Profils. Durch die zahlreichen, nebeneinander, vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Löschungsprofile kommt es darüber hinaus zu Schallreflexionen zwischen den Profilen. An den Grenzflächen zwischen Absorberschicht und Löschungsprofil werden besonders wirksam die erwähnten Beugungskanten ausgebildet.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung lassen sich somit schlanke, glatte, witterungsbeständige, schlagfeste schallabsorbierende Bauelemente erzeugen, unter Verwendung preiswerter Materialien als Absorberschicht und mit preiswerten Löschungsprofilen, unter vollständigem Verzicht auf teure, hochabsorbierende, empfindliche Materialien. Damit können die erfindungsgemäßen Bauelemente 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. Ebenso eignen sich die erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelemente für die nachträgliche Realisierung von Schallschutzmaßnahmen an und in Bauwerken, die ursprünglich nicht in Bezug auf Schallabsorption optimiert wurden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die schallabsorbierende Absorberschicht einen Absorptionsgrad α = 0,3 bis 0,75 aufweist.
Besonders bevorzugt nehmen die Löschungsprofile in der Absorberschicht eine Fläche von 30% bis 70% ein und besitzen eine Höhe von 25% bis 80% der Dicke der Absorberschicht. Weiterhin ist für die Erfindung wesentlich, dass die einzelnen Löschungsprofile voneinander beabstandet angeordnet sind, sodass möglichst viele der genannten Beugungskanten und Reflexionsflächen entstehen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform verwendet Löschungsprofile, die eine Fläche von etwa 50% der Fläche der Absorberschicht bedecken. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, U-förmige Löschungsprofile einer Breite von etwa 30 bis 60 mm zu verwenden, die an beiden Rändern eine Kragenfläche mit einer Breite von 15 bis 25 mm aufweisen und voneinander jeweils einen Achsabstand von 200 bis 350 mm einhalten. Dies führt zu einer optimierten Absorptionsrate bei Frequenzen im Bereich zwischen 250 und 2.000 Hz. Diese Gestaltung führt zu einer zielgerichteten Verbesserung der Absorptionsrate speziell für Anforderungen im Schienenverkehr (vgl. z. B. Richtlinien für Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken – RLE).
Es hat sich gezeigt, dass größere Abstände zwischen den Löschungsprofilen 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 breitbandigen 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 und Kombination von mehreren auch unterschiedlichen Löschungsprofilen mit unterschiedlichen Abständen zueinander auch verbesserte Absorptionswerte sowohl im Bereich unter 500 Hz als auch im Bereich bis 3.000 Hz erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Einbettung von Löschungsprofilen in ein absorbierendes Material der Absorberschicht führt zu einem überraschend deutlich gesteigerten Gesamtabsorptionsgrad. Dies ist für die Verwendung der schallabsorbierenden Bauelemente an Lärmschutzwänden bedeutsam.
Besonders bevorzugt grenzen die Absorberschicht und die Trägerschicht ohne Belassung von Hohlräumen aneinander, gegebenenfalls vermittelt über eine Klebeschicht, wenn die Absorberschicht und die Trägerschicht zusammengeklebt sind.
Beispielsweise besteht die Absorberschicht aus einem Blähglasgranulat, welches schon von Haus aus einen hohen Absorptionsgrad aufweist, beispielsweise im Bereich α = 0,8–1,0. Es können aber auch andere Materialien mit gutem oder mittelmäßigem Absorptionsvermögen verwendet werden.
Für die Verbindung zwischen der ggf. vorgesehenen Trägerschicht und der Absorberschicht 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.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt die Absorberschicht stattdessen einen Absorptionsgrad α = 0,3–0,65. Dennoch sind mithilfe der eingebetteten Löschungsprofile für das gesamte schallabsorbierende Bauelement hohe Gesamtabsorptionswerte erreichbar.
Abgewandelte Ausführungsformen können weniger gut schallabsorbierende Materialien verwenden. Die Absorberschicht kann an ihrer zur Schallquelle gerichteten Schalleintrittsfläche 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.
Das Löschungsprofil ist bevorzugt aus Stahl- oder Zinkblech mit einer Dicke < 1mm oder einem anderen harten Material, z. B. Kunststoff oder Faserzement gefertigt.
Die ggf. vorgesehene Trägerschicht besteht besonders bevorzugt aus nicht schallabsorbierendem Material mit hoher Tragfähigkeit, beispielsweise Beton oder Mauerwerk. Für die Trägerschicht eignen sich in abgewandelten Ausführungen aber auch Materialien mit geringem Absorptionsgrad.
Unter Verwendung der beschriebenen schallabsorbierenden Bauelemente schlägt die vorliegende Erfindung auch eine Schallschutzwand vor, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Trägerschicht besitzt, an welcher eine Vielzahl von schallabsorbierenden erfindungsgemäßen Bauelementen angebracht ist. In herkömmlicher Weise können Tragkonstruktionen zur Halterung und/oder Verbindung der einzelnen schallabsorbierenden Bauelemente eingesetzt werden.
Die Absorberschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 5 und 10cm auf. Eine Verbindung des schallabsorbierenden Bauelements mit einer Trägerschicht zum Aufbau einer Schallschutzwand besitzt bevorzugt eine Gesamtdicke zwischen 8 und 12 cm.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1: eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelements mit einer Absorberschicht;
2: eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit einer zusätzlichen Trägerschicht;
3: eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit Trägerschicht;
4: eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements;
5: zwei Ansichten eines Löschungsprofils mit beispielhaften Maßangaben;
6: eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α_S über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähglas;
7: eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α_S über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähglas mit erfindungsgemäßen Löschungsprofilen;
8: eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α_S über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähton;
9: eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α_S über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähton mit erfindungsgemäßen Löschungsprofilen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines schallabsorbierenden Bauelements in einer vereinfachten Querschnittsansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst das schallabsorbierende Bauelement eine Absorberschicht 01 aus einem schallabsorbierenden Material, beispielsweise mit einem Absorptionsgrad α = 0,3–0,65. Die Absorberschicht 01 ist vollflächig ausgebildet und hat in der Praxis beispielsweise eine Dicke von 60 mm. Die Absorberschicht besitzt eine Schalleintrittsfläche 02, über welche Schallwellen 03 eintreten können. Außerdem besitzt die Absorberschicht 01 eine Rückseite 04, welche der Schalleintrittsfläche vorzugsweise parallel gegenüberliegt. In die Absorberschicht 01 sind mehrere Löschungsprofile 05 eingelassen, die vollständig vom Material der Absorberschicht umgeben sind. Jedes Löschungsprofil 05 besteht aus einem schallreflektierenden Material, beispielsweise dünnem Blech, Kunststoff oder dergleichen. Das Löschungsprofil 05 besitzt mindestens eine offene Seite und bevorzugt eine oder mehrere Einlassflächen 06 mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen 07.
Die Einlassfläche 06 verläuft bei dem in 1 rechts dargestellten Löschungsprofil parallel zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01, kann aber auch im Winkel zu dieser stehen. Bei dem in 1 links dargestellten Löschungsprofil verläuft eine erste Einlassfläche parallel zur Schalleintrittsfläche 02 und zweite Einlassflächen 06b verlaufen senkrecht zur ersten Einlassfläche.
Weiterhin besitzt das Löschungsprofil 05 vorzugsweise mindestens eine geschlossene Reflexionsfläche 08, die an die Einlassfläche 06 anschließt. Die Reflexionsfläche 08 kann z. B. etwa senkrecht zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01 verlaufen (rechtes Profil in 1) oder aber auch als eine Kragenfläche ausgebildet sein, die parallel zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01 (rechtes Profil in 1) oder etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02 (linkes Profil in 1) liegt. Das Löschungsprofil beschreibt im Querschnitt einen Profilinnenraum 09, der eine von der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite aufweist. Der Profilinnenraum 09 kann hohl sein (linkes Profil in 1) oder ganz oder teilweise mit dem Material der Absorberschicht befüllt sein (rechtes Profil in 1). Die Löschungsprofile 05 können in einer Ebene nebeneinander oder mit einem Ebenenversatz zueinander (wie in 1 gezeigt) angeordnet sein.
In den 1 und 2 sind beispielhaft unterschiedliche Bauformen der Löschungsprofile 05 gezeichnet. Weitere Abwandlungen, beispielsweise gewölbte oder zylindrische Querschnitte der Löschungsprofile sind möglich. 1 zeigt zwei vollständig in der Absorberschicht 01 eingeschlossene U-förmige Löschungsprofile 05, welche jeweils seitliche Kragenflächen 08 aufweisen. Die Kragenflächen wirken als Reflexionsflächen 08 und dienen außerdem der mechanischen Halterung der Löschungsprofile in der Absorberschicht.
In 2 sind stattdessen Löschungsprofile mit pyramidenstumpfförmigen Querschnitt gezeigt, deren Profilinnenraum jeweils mit Material der Absorberschicht gefüllt ist. Diese beiden beispielhaft gezeigten Profile besitzen jeweils nur an einer Seite eine Kragenfläche.
2 zeigt außerdem eine Trägerschicht 10, auf welcher die Absorberschicht 01 angebracht ist. Die Trägerschicht 10 besteht aus einem harten, schallreflektierenden Material.
Besonders bevorzugt besitzt die Absorberschicht 01 eine Dicke von 50 bis 70 mm, wobei sich eine Dicke von 60 mm gut für die Herstellung von Absorptionsplatten eignet, die an vorhandene Wände oder dergleichen nachträglich angebaut werden, während Dicken oberhalb von 60 mm für den Aufbau von Lärmschutzwänden besonders geeignet sind.
Der Abstand a zwischen der Rückseite 04 und den Löschungsprofilen beträgt vorzugsweise 15 bis 25 mm. Der seitliche Abstand zwischen den Löschungsprofilen beträgt bevorzugt zwischen 200 und 350 mm, bezogen auf ihre jeweiligen Längsachsen.
3 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements. Das dort rechts dargestellte Löschungsprofil besitzt einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt, die Einlassfläche 06 liegt etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, eine als Kragenfläche ausgeformte Reflexionsfläche 08 verläuft etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02 und eine weitere Reflexionsfläche 08 verläuft etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02. Bei dem in 3 links dargestellten Löschungsprofil sind drei Einlassfläche 06 vorgesehen, zwei davon etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, die als Kragenflächen ausgeformten Reflexionsfläche 08 verlaufen etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02.
4 zeigt eine besonders einfach gestaltete Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements, wobei die Löschungsprofile zwar eine offene Seite aber keine Einlassfläche mit Perforationen aufweisen. Das dort rechts dargestellte Löschungsprofil besitzt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, die beidseitigen Kragenflächen 08 liegen etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, alle Flächen des Profils wirken als Reflexionsflächen. Bei dem in 4 links dargestellten Löschungsprofil ist der Profilinnenraum hohl, die Kragenflächen verlaufen etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02.
Weiter bevorzugte Abmessungen der Löschungsprofile sind in 5 angegeben, welche ein beispielhaftes Löschungsprofil 05 sowohl im Querschnitt als auch in der Draufsicht zeigt.
Die 6 bis 9 zeigen mehrere Messkurven des Verlaufs des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f, wobei aus dem Vergleich der Kurven die besondere Wirkung der erfindungsgemäßen Bauelemente sichtbar wird.
6 zeigt eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f einer Absorberschicht, die nur aus Blähglas (Körnung 1–2mm) mit einer Schichtdicke von 60 mm besteht. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es in diesem Fall zu einer Dämpfung von 11,3 dB. Im Vergleich dazu zeigt 7 eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f derselben Absorberschicht aus Blähglas, wobei hier in die Absorberschicht mehrere Löschungsprofile (aus Blech, hutförmiger Querschnitt, Profilinnenraum hohl) in der oben beschriebenen Weise integriert sind. Es ist ersichtlich, dass insbesondere im Frequenzbereich ab etwa 250 Hz bis etwa 2000 Hz eine deutliche Erhöhung des Absorptionskoeffizienten auftritt, womit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung belegt ist. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es beim Versuchsaufbau nach 7 zu einer Dämpfung von 14,2 dB, was einer Zunahme von 26% entspricht.
8 zeigt eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f einer Absorberschicht, die nur aus Blähton (Körnung 2–4 mm) mit einer Schichtdicke von 60 mm besteht. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es in diesem Fall zu einer Dämpfung von 6,2 dB. Im Vergleich dazu zeigt 9 eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f derselben Absorberschicht aus Blähton, wobei hier in die Absorberschicht mehrere Löschungsprofile (aus Blech, hutförmiger Querschnitt, Profilinnenraum mit Blähton gefüllt) in der oben beschriebenen Weise integriert sind. Es ist ersichtlich, dass insbesondere im Frequenzbereich ab etwa 250 Hz bis etwa 2000 Hz eine deutliche Erhöhung des Absorptionskoeffizienten auftritt, womit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung belegt ist. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es beim Versuchsaufbau nach 9 zu einer Dämpfung von 10,4 dB, was einer Zunahme von 68% entspricht.
Mit den erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelementen lassen sich unterschiedliche Anwendungen aufbauen. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Schallschutzwand, die aus zahlreichen schallabsorbierenden Bauelementen zusammengesetzt ist.
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.
Bezugszeichenliste

01: Absorberschicht
02: Schalleintrittsfläche
03: Schallwellen
04: Rückseite
05: Löschungsprofile
06: Einlassfläche
07: Schalleinlassöffnungen
08: Reflexionsfläche / Kragenfläche
09: Profilinnenraum
10: Trägerschicht

Claims

Schallabsorbierendes Bauelement, insbesondere für den Außenbereich, umfassend eine schallabsorbierende Absorberschicht (01) mit einer Schalleintrittsfläche (02) sowie mehrere in der Absorberschicht (01) vollständig eingeschlossene, voneinander beabstandet angeordnete Löschungsprofile (05), wobei das Löschungsprofil (05) aus einem schallreflektierenden Material besteht und einen Profilinnenraum (09) besitzt, der eine von der Schalleintrittsfläche (02) abgewandte offene Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilinnenraum (09) hohl ist oder mit dem Material der Absorberschicht ganz oder teilweise befüllt ist.
Schallabsorbierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) mindestens eine Einlassfläche (06) mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen (07) und mindestens eine an die Einlassfläche anschließende geschlossene Reflexionsfläche (08) aufweist, wobei die Reflexionsfläche (08) und die offene Seite des Löschungsprofils (05) von der Schalleintrittsfläche (02) weiter beabstandet sind als die Einlassfläche (06).
Schallabsorbierendes Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassfläche (06) des Löschungsprofils (05) beabstandet und parallel zur Schalleintrittsfläche (02) verläuft, und dass sich beidseitig an die Einlassfläche (06) winklig zu dieser verlaufende Reflexionsflächen (08) anschließen.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) mindestens eine Kragenfläche (08) aufweist, die parallel oder winklig zur Schalleintrittsfläche (02) verläuft und sich außerhalb des Profilinnenraums (09) erstreckt.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Seite der Löschungsprofile (05) von der Schalleintrittsfläche (02) weiter entfernt ist als von der der Schalleintrittsfläche (02) gegenüberliegenden Rückseite (04) der Absorberschicht (01), wobei der Abstand (a) zur Rückseite (04) der Absorberschicht (01) vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm beträgt.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) einen U-förmigen, V-förmigen, hutförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Querschnitt besitzt.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalleinlassöffnungen (07) die Einlassfläche (06) perforieren und einen Flächenanteil von 5–20% der Einlassfläche einnehmen.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (01) eine Dicke von 50 bis 70 mm besitzt und aus einem porösen Absorbermaterial, insbesondere aus Blähglas, Blähton, Bims, Gesteinskörnung, Holzbeton, Mineralfaser oder eine Mischung aus diesen Materialien besteht.
Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilinnenraum (09) eine Querschnittsfläche zwischen 600 und 3000 mm² besitzt.
Schallschutzwand mit einer Trägerschicht (10), dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerschicht (10) zahlreiche schallabsorbierende Bauelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 angebracht sind.