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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lärmschutzelement zur Dämmung und Absorption von Schallemissionen von Fahrzeugen, insbesondere motorisierten Fahrzeugen, die sich entlang eines Verkehrsweges bewegen.
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Beim Bau von Lärmschutzwänden an öffentlichen Verkehrswegen werden häufig durchsichtige Elemente aus Scheibensicherheitsglas, Verbundsicherheitsglas, Polycarbonaten oder Acrylglas eingebaut. Derartige Elemente werden üblicherweise als schallisolierende bzw. schallreflektierende Elemente bezeichnet. In der Praxis handelt es sich in der Regel um Massivplatten in Stärken von 8-30 mm. Obwohl diese eine hohe Luftschalldämmung besitzen, können sie nicht in allen Situationen aufgrund ihrer schallreflektierenden Eigenschaften eingesetzt werden.
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Die derzeit am Markt befindlichen transparenten schallabsorbierenden Elemente zeichnen sich dadurch aus, dass zur schallharten Oberfläche des transparenten Elementes wie z.B. Glas, Acrylglas oder Polycarbonat ein spezielles lärmabsorbierendes Rahmensystem oder absorbierendes Pfosten/Steher System eingesetzt wird, das lärmabsorbierende Eigenschaften besitzt. Zwar haben solche Elemente eine sehr gute Schallabsorption im Hallraum (Prüfung gem. DIN EN 1793 Teil 1 und 2) aber nicht in einer Anwendung entlang eines Verkehrsweges, wo diese transparenten lärmabsorbierenden Wände keinen ausreichenden Schallabsorptionseffekt zeigen.
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Eine andere Ausführung der lärmabsorbierenden Elemente ist eine Anlehnung an das Kassettensystem, wie es zum Beispiel bei Aluminium oder Holzwänden üblich ist. Dabei handelt es sich um eine Kassette mit einer transparenten Vorderseite, welche Öffnungen besitzt, und einer kompakten Rückseite aus transparentem Material ohne Öffnungen. Die perforierte Vorderseite eines solchen Elements ist marktgängigen Aluminium-Elementen angelehnt und besitzt Öffnungen, die unterschiedliche Formen und Größen haben können. Bekannt sind runde oder längliche Öffnungen oder auch kreisförmig angeordnete Schlitze in der transparenten Platte.
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Andere technische Lösungen basieren auf dem Prinzip von Helmholtz-Resonatoren und zeigen eine Schallabsorption nur in bestimmten Frequenzen. Solche Systeme sind seit Jahren bekannt, es mangelt aber entweder an den schalltechnischen Eigenschaften der Elemente oder der tatsächlichen Wirksamkeit und Langzeitbeständigkeit. Zudem sind solche Systeme nicht geeignet, das gesamte Verkehrslärmspektrum zu absorbieren.
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Eine weitere Ausführung eines transparenten lärmabsorbierenden Elementes ist das sogenannte CLEARWALL®-System. Dieses aufwändig konstruierte System besteht aus transparenten Scheiben, vor denen gelochte Aluminiumschwerter mit lärmabsorbierenden Eigenschaften senkrecht zur Plattenoberfläche montiert werden.
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Eine entsprechende Anordnung wird in der Gebrauchsmusterschrift
DE 200 21 724 U1 beschrieben. Das Dokument offenbart eine Lärmschutzwand mit einem transparenten Wandteil und schallabsorbierenden Lamellen, die von einer zu einer Schallquelle weisenden Seite des Wandteils abstehen. Die Lamellen weisen in der Regel eine Verkleidung auf, die zumindest teilweise mit einem schallabsorbierende Material gefüllt ist, bei dem es sich um Steinwolle, Mineralfolie oder einen offenporigen Schaum handeln kann. Die Verkleidung der Lamellen kann aus Metallblechen bestehen, die mit Öffnungen versehen sind.
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DE 200 21 724 U1 räumt ein, dass die verwendeten schallabsorbierende Materialien weich und wenig widerstandsfähig sind und können daher nur unter Verwendung von einer zusätzlichen Verkleidung zu Lamellen verarbeitet werden, die gegenüber Umwelteinflüssen genügend widerstandsfähig sind. Da die Verkleidung der Lamellen aus vergleichsweise schweren Metallblechen besteht, benötigt deren Befestigung spezielle Klemm- oder Schraubelemente, die für das nicht unerhebliche Gewicht der Lamellen geeignet sein müssen.
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Somit weist die Lärmschutzwand von
DE 200 21 724 U1 insgesamt ein nicht unerhebliches Gewicht auf, was insbesondere bei der Verwendung auf Brückenabschnitten nachteilig ist. Des Weiteren ist die Herstellung und Montage von entsprechenden Lärmschutzwänden Arbeits- und kostenintensiv.
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JP 2002-201613 beschreibt ein ähnlich aufgebautes Lärmschutzelement, in dem ein faseriges lärmabsorbierendes Material in lärmabsorbierenden Kassetten untergebracht ist. Bei dem lärmabsorbierenden Material kann es sich um Polyesterfaser, Polypropylenfaser, Polyethylenfaser, Nylonfaser sowie um Baumwollfaser oder Metallfaser handeln. Ähnlich wie bei der Lärmschutzwand der
DE 200 21 724 U1 , weist die Verkleidung der lärmabsorbierenden Kassetten mehrere Öffnungen auf.
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JP 2002-138421 beschreibt einen transluzenten Schallabsorptionskörper, der ein transluzentes Plattenelement und mindestens einen Schallabsorptionskörper umfasst, der auf der oberen Kante und/oder auf der unteren Kante von dem transluzenten Plattenelements angeordnet ist, um den von dem transluzenten Plattenelement reflektierten Schall zu absorbieren.
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Den oben beschriebenen Systemen ist gemeinsam, dass sie vergleichsweise aufwendig in ihrer Konstruktion und Herstellung und entsprechend teuer sind. Außerdem hat es sich gezeigt, dass derartige Schallschutzelemente hinsichtlich ihrer Schalldämmung und insbesondere Schallabsorptionseigenschaften bei einer Anwendung entlang eines Verkehrsweges weiter verbesserbar sind.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach herzustellendes und zumindest teilweise transparentes Lärmschutzelement zur Verfügung zu stellen, das bei einem relativ geringen Platzbedarf und vergleichsweise geringem Gewicht bei einem Einsatz entlang eines Verkehrsweges eine herausragende Schallabsorption und zugleich eine relativ geringe Schallreflexion aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lärmschutzwand, welche ein zumindest teilweise transparentes Lärmschutzelement umfasst, herausragende schalldämmende Eigenschaften und eine geringe Schallreflektion aufweist. Wichtig ist dabei, dass die Lärmschutzwand bei einem Einsatz am Rand eines Verkehrsweges im Wesentlichen das gesamte Verkehrslärmspektrum effizient absorbiert.
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Diese Aufgaben wurden erfindungsgemäß in überraschend einfacher Weise durch das erfindungsgemäße Lärmschutzelement und die erfindungsgemäße Lärmschutzwand gelöst.
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Das erfindungsgemäße Lärmschutzelement zeichnet sich dadurch aus, dass die gewünschte Schallabsorption, entsprechend dem neuen Akustikstandards 1793-5 und 1793-6 (Messung der in situ Luftschalldämmung) direkt an der transparenten Massivplatte erfolgt. In der Regel ist das lärmabsorbierende Material gleichmäßig über die Platte verteilt und zeigt somit sehr gute Schallabsorptionswerte über das gesamte Verkehrslärmspektrum.
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Das erfindungsgemäße Lärmschutzelement 1 umfasst eine Platte 2 aus einem transparenten Material, wobei auf mindestens einer der beiden Oberflächen der Platte ein lärmabsorbierendes Material 3 appliziert ist. In der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe „appliziert“ und „aufgetragen“ synonym verwendet. Erfindungsgemäß kann das lärmabsorbierende Material mittels eines Klebstoff oder Montageklebebandes auf der Platte befestigt werden, in ggf. vorhandene Aussparungen der Platte eingesetzt werden oder durch ein sonstiges Verfahren auf die Oberfläche der Platte aufgetragen werden.
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Besonders bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lärmschutzelements 1 sowie deren Verwendungsmöglichkeiten sind wie folgt:
- [1] Lärmschutzelement 1, das eine Platte 2 aus einem transparenten Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der beiden Oberflächen der Platte 2 ein lärmabsorbierendes Material 3 aufgetragen ist.
- [2] Lärmschutzelement 1 nach [1], in dem das transparente Material ein Polymer umfasst, das aus Polyalkyl(meth)acrylat, Polycarbonat und Polyalkyl(meth)acrylimid ausgewählt ist.
- [3] Lärmschutzelement 1 nach [1] oder [2], in dem das transparente Material Polymethylmethacrylat umfasst.
- [4] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [3], in dem mindestens eine der beiden Oberflächen der Platte 2 zumindest teilweise mattiert ist und/oder die Platte 2 ein partikelförmiges Streumittel enthält.
- [5] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [4], in dem das lärmabsorbierende Material 3 ein Polymer-Schaum, vorzugweise ein Polyolefin-Schaum ist.
- [6] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [5], in dem das lärmabsorbierende Material 3 an zumindest einer Seite der Platte 2 ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster in Form von Bäumen, Sträuchern, Zweigen oder geometrischen Figuren wie Kreise, Dreiecke, Rechtecke oder Sechsecke bildet.
- [7] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [6], in dem das lärmabsorbierende Material 3 an zumindest einer Seite der Platte 2 in Form von mehreren parallel zueinander angeordneten Streifen aufgetragen ist.
- [8] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [7], in dem die Seite der Platte 2, auf die ein lärmabsorbierendes Material 3 aufgetragen ist, mehrere Aussparungen 4 aufweist, welche von dem lärmabsorbierenden Material 3 zumindest teilweise bedeckt und/oder gefüllt sind.
- [9] Lärmschutzelement 1 nach [8], in dem die Aussparungen 4 ein Muster aus parallel zueinander verlaufenden geraden Linien bilden, die sich über die gesamte Oberfläche der Platte erstrecken.
- [10] Lärmschutzelement 1 nach [8] oder [9], in dem die Aussparungen 4 einen dreieckigen, trapezförmigen, trichterförmigen, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
- [11] Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [10], in dem von 10% bis 50% von mindestens einer Oberfläche der Platte 2 vom lärmabsorbierenden Material 3 bedeckt ist.
- [12] Verwendung von einem Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [11] für Lärmisolierung in einer Lärmschutzwand.
- [13] Lärmschutzwand zur Dämmung von Schallemissionen eines Verkehrsweges, die das Lärmschutzelement 1 nach mindestens einem der [1] bis [11] umfasst, wobei das lärmabsorbierende Material 3 auf eine dem Verkehrsweg zugewandte Oberfläche der Platte 2 aus einem transparenten Material aufgetragen ist.
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Bei dem transparenten Material kann es sich um anorganisches Glas oder ein organisches Polymer handeln. Als anorganisches Glas kann insbesondere Silikatglas eingesetzt werden. Bei einem geeigneten organischen Polymer kann es sich insbesondere um ein Polymer handeln, das ein Polycarbonat, Polyalkyl(meth)acrylat wie z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA), ein Polymethylmethacrylimid (PMMI) oder deren Gemische umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das organische Polymer im Wesentlichen aus Polycarbonat, PMMA oder PMMI.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem transparenten Material um PMMA. Entsprechende Materialien sind von Evonik Performance Materials GmbH (Darmstadt, Deutschland) unter dem Markennamen PLEXIGLAS® kommerziell erhältlich. Üblicherweise werden entsprechende Platten aus PMMA durch Extrusion oder nach dem Kammergießverfahren aus Methylmethacrylat hergestellt. Bei dem letzteren wird die flüssige polymerisierbare Monomermischung in eine aus zwei parallelen Glasplatten und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer gefüllt. Nach dem Verschließen der Einfüllöffnung wird die gefüllte Kammer den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, bis die Monomermischung zu PMMA ausgehärtet ist.
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Kommerziell erhältliche PLEXIGLAS® Soundstop Platten sind für die Verwendung im erfindungsgemäßen Lärmschutzelement besonders gut geeignet. Diese können gegebenenfalls durch eingebettete Polyamid- oder Stahlfäden oder durch ein Gittergewebe aus solchen Fäden verstärkt werden, wodurch das Entstehen und Herabfallen von losen Bruchstücken einer solchen Platte bei einer Beschädigung verhindert wird. Entsprechende PMMA Platten sind beispielsweise in der Patentschrift
DE 199 47 704 B4 beschrieben.
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Als transparente Materialien können auch Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, solange diese eine ausreichend hohe Transparenz aufweisen. Vorzugsweise weist das transparente Material eine Lichttransmission D65, gemessen gemäß ISO 13468-2, von mindestens 70 %, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % auf.
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In einer Ausführungsform kann mindestens eine der beiden Oberflächen der Platte zumindest teilweise mattiert oder satiniert sein, d.h. so beschaffen, dass die Platte lichtdurchlässig, jedoch nicht durchsichtig ist. Dieser Effekt kann durch Eintrüben oder Einfärben des transparenten Materials oder durch Bearbeiten der Oberfläche der Platte erzielt werden. Das Satinieren einer Glasoberfläche kann beispielweise durch Aufrauen mit Hilfe einer Sandstrahltechnik oder Behandlung mit Flusssäure erzielt werden. Platten aus einem polymeren Material wie PMMA können durch mechanische, thermoplastische oder chemische Mattierungsverfahren mattiert oder satiniert werden. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann bekannt. Bei mechanischen Mattierungsverfahren kann es sich beispielsweise um Sandstrahlen, Schleifen mit Schleifpapier und Schleifgeweben oder mit rotierenden Bürsten handeln. Als Beispiel für thermoplastische Mattierung kann das Warmform-Mattieren genannt werden. Das Mattieren mit chemischen Substanzen, wie Lösungsmitteln, ist ebenfalls möglich. Diese lösen das polymere transparente Material wie PMMA ein und strukturieren somit die Oberfläche der Platte.
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Bei der Herstellung von extrudierten Platten aus einem polymeren Material wie PMMA können Mattstrukturen in glatte extrudierte Folienbahnen mittels aufgerauter Prägewalzen in einem Walzenglättwerk eingeprägt werden. Wenn die Platte hingegen nach dem Kammergießverfahren hergestellt wird, kann die Innenseite von mindestens einer der beiden Glasplatten eine raue Oberfläche aufweisen und somit eine Mattstruktur auf der korrespondierenden Oberfläche der Platte erzeugen. Beide Verfahren sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
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In einer weiteren Ausführungsform können dem transparenten Material Mattierungsmittel, beispielsweise partikelförmige Streumittel, zugesetzt werden. Diese Vorgehensweise eignet sich besonders gut zur Herstellung von extrudierten Platten aus PMMA, die aus einer mattierten Schicht bestehen. Alternativ kann es sich bei der Platte um eine mehrschichtige co-extrudierte Platte handeln, die eine Basisschicht umfasst, die keine partikelförmige Streumittel enthält, und mindestens eine streuende Schicht mit einem partikelförmigen Streumittel.
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Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten lärmabsorbierenden Material handelt es sich um einen geschlossenporigen Polymer-Schaum, beispielsweise um einen geschlossenporigen Polyolefin-Schaum, geschlossenporigen Polyurethan-Schaum oder einen geschlossenporigen Polyalkyl(meth)acrylimid-Schaum.
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Bei einem geschlossenporigen Polyolefin-Schaum kann es sich beispielsweise um einen geschlossenporigen Polystyrol-Schaum, einen geschlossenporigen Polyethylen-Schaum oder einen geschlossenporigen Polypropylen-Schaum handeln, wobei der geschlossenporige Polyethylen-Schaum und der geschlossenporige Polypropylen-Schaum aufgrund ihrer ausgezeichneten Witterungsstabilität für die erfindungsgemäße Verwendung besonders gut geeignet sind.
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Unter einem geschlossenporigen Polyethylen-Schaum bzw. einem geschlossenporigen Polypropylen-Schaum wird in der vorliegenden Anmeldung ein geschlossenporiger Schaum verstanden, dessen Polymer-Komponente Polyethylen bzw. Polypropylen umfasst. Bei der Polymer-Komponente kann es sich um reines Polyethylen bzw. Polypropylen handeln, ein Copolymer von Ethylen bzw. Propylen oder um ein Gemisch von Polyethylen bzw. Polypropylen mit mindestens einem weiteren Polymer.
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Als Beispiele für geeignete geschlossenporige Polymer-Schäume können Ethafoam Whisper®, Stratocell Whisper® FR oder Stratocell Whisper® DB genannt werden, welche von Sealed Air (NC, USA) kommerziell erhältlich sind.
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In Vergleich zu anderen lärmabsorbierenden Materialien im Stand der Technik bieten geschlossenporige Polymer-Schäume bei der Verwendung im erfindungsgemäßen Lärmschutzelement zahlreiche technische Vorteile. Geschlossenporige Polymer-Schäume weisen in der Regel eine wesentlich höhere mechanische Festigkeit auf als vergleichbare offenporige Schäume oder faserige Materialien. Des Weiteren ist die Aufnahme von Wasser und Schmutz durch einen solchen Polymer-Schaum deutlich geringer als bei üblicherweise eingesetzten Materialien. Die flächenbezogene Wasseraufnahme des verwendeten Polymer-Schaums durch Diffusion gem. EN 12088 (RH > 95%, 28 Tage) ist in der Regel nicht höher als 10 kg/m2, bevorzugter nicht höher als 5 kg/m2, besonders bevorzugt nicht höher als 3 kg/m2.
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Aus diesem Grund können Elemente aus einem geschlossenporigen Polymer-Schaum ohne die im Stand der Technik üblichen Blechverkleidungen verwendet werden. Dies erlaubt eine signifikante Reduktion des Gewichts des gesamten Lärmschutzelements. Somit weist das erfindungsgemäße Lärmschutzelement ein besonders geringes Gewicht auf und ist insbesondere für Brückenabschnitte geeignet, wo die Last auf die Brücke möglichst gering gehalten werden soll.
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Auch die Handhabung von Bauteilen aus einem geschlossenporigen Polymer-Schaum ist wesentlich einfacher als bei vergleichbaren lärmabsorbierenden Materialien des Standes der Technik. Insbesondere können Elemente aus einem geschlossenporigen Polymer-Schaum mit einem geringen Arbeits- und Kostenaufwand auf der Oberfläche der Platte befestigt werden, beispielsweise mithilfe eines Klebstoff oder eines doppelseitigen Klebeband. Weil die Verwendung von speziellen Klemm- oder Schraubelementen an dieser Stelle nicht mehr erforderlich ist, kann das Gewicht des lärmabsorbierenden Elements zusätzlich reduziert werden.
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Die Verwendung von einem geschlossenporigen Polymer-Schaum als lärmabsorbierendes Material ist unüblich, weil die Fachwelt bisher davon ausgegangen ist, dass die Anwesenheit von offenen Poren in einem Polymer-Schaum für eine effiziente Schallabsorption notwendig ist. Diese Sichtweise wird beispielsweise in der Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, „Polymeric foams“ sowie im der Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, „Foamed Plastics“ zum Ausdruck gebracht.
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Geschlossenporige Polymerschäume sind dem Fachmann wohlbekannt und sind unter anderem in Standard-Nachschlagewerken wie Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, „Polymerie foams“ oder in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, „Foamed Plastics“ beschrieben.
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Unter einem geschlossenporigen Polymer-Schaum wird ein Polymer-Schaum verstanden, in dem die eingeschlossene Gasphase weitgehend in Form von abgeschlossenen einzelnen Zellen vorliegt. Die Wände zwischen den einzelnen Zellen sind komplett geschlossen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem geschlossenporigen Polymer-Schaum ein Polymer-Schaum verstanden, in dem der Anteil von offenen Zellen nicht höher als 50 %, vorzugsweise nicht höher als 40 %, besonders bevorzugt nicht höher als 30 %, noch bevorzugter nicht höher als 20 %, noch bevorzugter unter 10 % und ganz besonders bevorzugt unter 5 % liegt. Der Anteil an offenen Zellen in dem Polymer-Schaum kann nach der Norm ASTM D6226-10 bestimmt werden, beispielsweise unter Verwendung von Stickstoff als Testgas.
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Insbesondere ist es bevorzugt, dass zumindest die zu der Platte zugewandte Oberfläche des lärmabsorbierende Materials nahezu vollständig geschlossenporig ist. Dadurch kann sich unter anderem eine besonders stabile Klebeverbindung zwischen dem lärmabsorbierenden Material und der Platte realisieren lassen.
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Die nominale Dichte des verwendeten Polymer-Schaums, gemessen nach ISO 845:2006, liegt typischerweise zwischen 5 und 100 kg/m3, bevorzugt zwischen 10 und 70 kg/m3, besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 kg/m3 und ganz besonders bevorzugt bei zwischen 20 und 40 kg/m3.
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Der erfindungsgemäß eingesetzte Polymer-Schaum weist in der Regel gute lärmabsorbierende Eigenschaften auf. Es wird bevorzugt, dass eine 50 mm Probe des Polymer-Schaums bei einer Messung gemäß EN ISO 11654 einen Schallabsorptionsgrad αW von mindestens 0.6, bevorzugter mindestens 0.7, noch bevorzugter mindestens 0.8, noch bevorzugter mindestens 0.9 und besonders bevorzugt mindestens 0.95 hat. Diese Werte entsprechen einer Schallabsorberklasse C, bevorzugter einer Schallabsorberklasse B und besonders bevorzugt einer Schallabsorberklasse A.
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In einer Ausführungsform kann der eingesetzte Polymer-Schaum eine weitgehend einheitliche Dichte und Porengröße zwischen 0.5 mm und 30 mm, bevorzugter zwischen 1 mm und 20 mm, noch bevorzugter zwischen 1 mm und 15 mm aufweisen. Besonders vorteilhaft zur Absorption der typischen Frequenzen von Verkehrslärm ist eine Porengrößenverteilung zwischen 1 mm und 10 mm.
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In einer alternativen Ausführungsform weist der eingesetzte Polymer-Schaum eine Porengröße zwischen 0.5 mm und 30 mm auf, wobei etwa 30 % von Poren eine Größe zwischen 0.5 mm und 5 mm haben, weitere 30 % eine Größe zwischen 5 mm und 10 mm und weitere 40 % eine Größe zwischen 10 mm und 30 mm. Derartige Verteilung erlaubt eine besonders effiziente Absorption des gesamten Verkehrslärmspektrums.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das lärmabsorbierende Material in Form von mehreren Streifen auf die Platte aufgetragen. Die Streifen aus dem lärmabsorbierenden Material können dabei parallel zueinander angeordnet sein, z.B. weitgehend horizontal, schräg oder vertikal angeordnet werden, parallel zu dem Verkehrsweg. Wenn als transparentes Material eine mit Fäden verstärkte PMMA-Platte verwendet wird, können die Streifen aus dem lärmabsorbierenden Material so aufgetragen werden, dass die Fäden durch die parallel verlaufenden Streifen aus dem lärmabsorbierenden Material zumindest teilweise verdeckt werden und für den Betrachter nicht sichtbar sind.
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Mindestens eine Oberfläche der Platte aus einem transparenten Material kann mehrere Aussparungen aufweisen. Der Querschnitt der Aussparungen kann beispielsweise dreieckig, trapezförmig, trichterförmig, oval oder rechteckig sein. Diese Aussparungen können bereits während der Herstellung der Platte, zum Beispiel während der Extrusion, in die Platte eingearbeitet werden oder auch nachträglich in eine vorgefertigte Platte z.B. durch das Ausfräsen. Anschließend können Elemente aus dem lärmabsorbierenden Material in die vorbereiteten Aussparungen eingesetzt werden. Des Weiteren ist es möglich, dass das lärmabsorbierende Material wie Schaumstoff bereits während der Herstellung der Platte in diese einpolymerisiert wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Lärmschutzelements sind die Aussparungen in die Richtung der Lärmquelle (Verkehrsweg) ausgerichtet und tragen maßgeblich zur Lärmabsorption bei. Die Aussparungen in der Platte können von dem lärmabsorbierenden Material zumindest teilweise bedeckt und/oder gefüllt sein. Im letzteren Fall dienen die Aussparungen nicht nur als Helmholtz-Resonatoren sondern auch als Verankerung für Elemente aus dem lärmabsorbierenden Material.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Platte aus einem transparenten Material keine Aussparungen auf. Das lärmabsorbierende Material, typischerweise ein Polyolefin-Schaum, kann direkt auf der Oberfläche der Platte appliziert werden, beispielsweise mithilfe eines Klebstoffs oder eines Montageklebebands. Weil hierfür keine Aussparungen nötig sind, sind die Produktionskosten für das entsprechende Lärmschutzelement deutlich geringer. Des Weiteren ist es möglich, das lärmabsorbierende Material auf Lärmschutzelemente aufzutragen, die bereits in Lärmschutzwände eingebaut worden sind.
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Des Weiteren kann das lärmabsorbierende Material nicht-linienförmige regelmäßige oder unregelmäßige Muster in Form von Bäumen, Sträuchern, Zweigen oder geometrischen Figuren wie Kreise, Dreiecke, Rechtecke oder Sechsecke bilden.
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Weiterhin ist es möglich, das lärmabsorbierende Material in Form von unterschiedlichen breiten und in unterschiedlichen Abständen angeordneten Streifen auf der Oberfläche der Platte aufzutragen, horizontal, schräg oder vertikal zueinander. Durch die Anpassung von Abständen zwischen den Streifen kann die Lärmabsorption für bestimmte Frequenzen zusätzlich optimiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden die Aussparungen ein Muster aus mehreren parallel zueinander, beispielsweise horizontal, verlaufenden geraden Linien, die sich über die gesamte Oberfläche der Platte erstrecken. Die dort verankerten streifenförmigen Elemente aus dem lärmabsorbierenden Material sind somit ebenfalls parallel zueinander ausgerichtet. Als lärmabsorbierende Materialien für diese Ausführungsform sind insbesondere Polyolefin-Schäume besonders gut geeignet, wobei die Verwendung von Polyethylen-Schäumen sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Damit eine optimale Schallabsorption erreicht werden kann, erfolgt die Verteilung von dem lärmabsorbierenden Material auf der Oberfläche der Platte möglichst gleichmäßig.
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Der Teil des über die Oberfläche der Platte hinausragenden Polyolefin-Schaums kann unterschiedliche Geometrien und Größen haben. Er kann rechteckig, dreieckig, trapezförmig, halbrund, oval sein oder eine beliebige andere Form mit strukturierter Oberflächenform haben, z.B. Lamellen- oder Tannenbaumform.
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Überraschenderweise wurde festgestellt, dass eine herausragende Lärmabsorption bereits dann erreicht werden kann, wenn etwa 10 % bis 50 %, besonders bevorzugt 20 % bis 30 % von mindestens einer Oberfläche der Platte vom lärmabsorbierenden Material bedeckt ist. Die restliche Oberfläche der Platte erscheint für den Betrachter in der Regel weiterhin transparent. Somit wird die Transparenz einer Lärmschutzwand, in der die erfindungsgemäßen Lärmschutzelemente eingesetzt werden, zu einem großen Teil beibehalten. Folglich vereinigt das erfindungsgemäße Lärmschutzelement die Vorteile von bereits bekannten vollständig transparenten Lärmschutzelementen (wie PLEXIGLAS® Soundstop) mit denen von deutlich komplexeren lärmabsorbierenden Systemen, die nicht-transparent sind.
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Als weiterhin vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen, in der das lärmabsorbierende Material in Form von mehreren unterschiedlich breiten und in unterschiedlichen Abständen angeordneten Streifen auf die Oberfläche der Platte aufgetragen wird. Diese Anordnung erlaubt eine besonders effiziente Schallabsorption in einem breiten Frequenzspektrum.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das lärmabsorbierende Material kontrastreich eingefärbt sein. Diese beispielsweise schwarze Einfärbung kann zur Gestaltung des erfindungsgemäßen Lärmschutzelements dienen und eignet sich darüber hinaus als eine wirkungsvolle Maßnahme zum Vogelschutz.
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Das erfindungsgemäße Lärmschutzelement kann in einer Lärmschutzwand zur Dämmung und Absorption von Schallemissionen von Fahrzeugen verwendet werden, insbesondere motorisierten Fahrzeugen, die sich entlang eines Verkehrsweges bewegen. Diese umfassen insbesondere Straßenfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Magnetschwebebahnen sowie startende und landende Flugzeuge. Die Straßenfahrzeuge umfassen insbesondere Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, Elektroantrieb oder einem Hybrid-Antrieb. Bei Schienenfahrzeugen kann es sich beispielsweise um Straßenbahnen, Züge und Hochgeschwindigkeitszüge handeln. Der „Verkehrsweg“ im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine Straße, eine Schnellstraße, eine Eisenbahnstrecke (Eisenbahntrasse) für Personen- und Güterverkehr oder eine Start- und Landebahn für zivile und militärische Flugzeuge sein.
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Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Lärmschutzelement in einer Lärmschutzwand zur Dämmung und Absorption von Schallemissionen von startenden und landenden Hubschraubern eigesetzt werden, insbesondere auf Hubschrauberlandeplätzen.
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Die erfindungsgemäße Lärmschutzwand umfasst in der Regel mehrere erfindungsgemäße Lärmschutzelemente, die entlang des Verkehrswegs ausgerichtet sind. Damit eine optimale Schallabsorption erreicht werden kann, befindet sich das lärmabsorbierende Material auf einer dem Verkehrsweg zugewandten Oberfläche der Platte.
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Weil das erfindungsgemäße Lärmschutzelement für den Betrachter in einem Fahrzeug weitgehend transparent erscheint, erlaubt es einen weitgehend ungestörten Blick auf die umgebende Landschaft während der Fahrt. Zugleich bewirkt das erfindungsgemäße Lärmschutzelement eine effiziente Schallabsorption und nur eine geringe Schallreflexion, so dass sowohl die Fahrzeuginsassen wie auch die Umgebung des Verkehrsweges einem deutlich geringerem Lärmpegel ausgesetzt sind.
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Beispiele
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Beispiel 1 - Test gem. ISO 354
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Es wurden 12 identische 25 mm dicke PMMA-Platten (PLEXIGLAS® Soundstop GS CC kommerziell erhältlich von Evonik Performance Materials GmbH, Länge: 1000 mm, Höhe: 1000 mm) verwendet. Die Eigenschaften der PMMA-Platten sind nachfolgend in der Tabelle 1 zusammengefasst:
Tabelle 1
| Dichte gem. ISO 1183 | 1.19 g/cm3 |
| Gewicht | 29.7 kg/m2 |
| Zugfestigkeit gem. ISO 527-2/1B/5 | 70 MPa |
| Elastizitätsmodul gem. ISO 527-2/1B/5 | 3 300 MPa |
| Wärmeausdehnungskoeffizient 0° bis 50° C gem. DIN 53752-A | 70 × 106 K-1 |
| Poissonzahl | 0.37 |
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In den Platten
2 wurden mehrere dreieckige Aussparungen
4 im Abstand von 125 mm ausgefräst (s.
1 und
2). In die vorbereiteten Aussparungen wurden Schaumstoff-Streifen
3 mit einem 40 × 40 mm Querschnitt eingesetzt. Als Schaumstoff wurde der kommerziell erhältliche Polyethylen-Schaum Stratocell Whisper® UV verwendet. Die Charakteristika von Stratocell Whisper® UV sind nachfolgend aufgelistet:
Tabelle 2
| Dichte gem. ISO 845:2006 (ASTM D3575-08 W) | 25 kg/m3 |
| Wasserabsorption (RH > 95%, nach 28 Tagen), qem. UNI EN 12088 | < 3 kg/m2 |
| Wärmeleitfähigkeit gem. ISO 845:2006 | 0.104 W/(m·K) (23°C) |
| (ASTM D3573-08 V) | 0.082 W/(m·K) (-5°C) |
| Thermische Stabilität gem. ISO 845:2006 (ASTM D3573-08 S) | < 3 |
| Dicke | 40 mm |
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Akustische Eigenschaften der Lärmschutzelemente wurden in einem Test gem. ISO 354 untersucht. Die Norm ISO 354 beschreibt ein Verfahren zur Messung des Schallabsorptionskoeffizienten von akustischen Materialien, die als Wand- oder Deckenverkleidung verwendet werden.
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Die Messergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefasst und durch das Diagramm in der
3 grafisch dargestellt:
Tabelle 3
| Frequenz, Hz | RT (sec) | RT (sec) | A | α |
| 100 | 1.225 | 1.165 | 1.40 | 0.12 |
| 125 | 1.582 | 1.573 | 0.14 | 0.01 |
| 160 | 2.767 | 2.611 | 0.72 | 0.06 |
| 200 | 4.174 | 3.298 | 2.08 | 0.17 |
| 250 | 4.929 | 4.008 | 1.53 | 0.13 |
| 315 | 5.844 | 4.079 | 2.42 | 0.20 |
| 400 | 6.221 | 4.233 | 2.47 | 0.21 |
| 500 | 6.859 | 4.129 | 3.15 | 0.26 |
| 630 | 5.882 | 3.824 | 2.99 | 0.25 |
| 800 | 5.059 | 3.284 | 3.49 | 0.29 |
| 1 000 | 4.99 | 3.075 | 4.08 | 0.34 |
| 1 250 | 4.789 | 2.718 | 5.19 | 0.43 |
| 1 600 | 4.495 | 2.306 | 6.89 | 0.57 |
| 2 000 | 4.105 | 2.078 | 7.74 | 0.65 |
| 2 500 | 3.288 | 1.784 | 8.35 | 0.70 |
| 3150 | 2.98 | 1.728 | 7.90 | 0.66 |
| 4 000 | 3.049 | 1.816 | 7.20 | 0.60 |
| 5 000 | 2.558 | 1.627 | 7.20 | 0.60 |
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Die Testergebnisse belegen ein besonders vorteilhaftes Schallabsorptionsverhalten bei Frequenzen zwischen 1 250 Hz bis 5 000 Hz, wo der Absorptionskoeffizient α von mehr als 0.40 erreicht wird.
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Beispiel 2
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In einer 25 mm dicken PMMA-Platte (PLEXIGLAS® Soundstop GS CC kommerziell erhältlich von Evonik Performance Materials GmbH, Länge: 1000 mm, Höhe: 1000 mm) wurden mehrere rechteckige Aussparungen im Abstand von 125 mm ausgefräst (siehe 5). In die vorbereiteten Aussparungen wurden rechteckige Schaumstoff-Streifen mit einem 40 × 50 mm Querschnitt eingesetzt.
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Anschließend wurden die akustischen Eigenschaften des Lärmschutzelements nach der Norm EN 1793 bestimmt. Die Messergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefasst:
Tabelle 4
| Absorptionskoeffizient α |
| 100 | 0.20 |
| 125 | 0.33 |
| 160 | 0.09 |
| 200 | 0.11 |
| 250 | 0.29 |
| 315 | 0.41 |
| 400 | 0.40 |
| 500 | 0.49 |
| 630 | 0.60 |
| 800 | 0.68 |
| 1 000 | 0.66 |
| 1 250 | 0.61 |
| 1 600 | 0.64 |
| 2 000 | 0.67 |
| 2 500 | 0.69 |
| 3 150 | 0.65 |
| 4 000 | 0.67 |
| 5 000 | 0.71 |
| DLα | 4dB |
| Schallabsorberklasse | A2 |
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Auch dieses Lärmschutzelement weist sehr gute Lärmabsorptionseigenschaften auf.
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Vergleich mit kommerziell erhältlichen Lärmschutzelementen
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Das Schallabsorptionsverhalten der getesteten Lärmschutzelemente aus dem Beispiel 1 (EVONIK (ISO 354)) und Beispiel 2 (EVONIK (EN 1793)) wurde mit dem Verhalten der zwei kommerziell erhältlichen Lärmschutzelemente verglichen:
- • Dieselbox (erhältlich von Dieselbox SA) und
- • Alpha (erhältlich von Alpha Acoustiki Ltd.)
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Beide kommerziell erhältlichen Lärmschutzelemente weisen einen vergleichsweise komplexen Aufbau auf und deren Anschaffung und Montage ist mit entsprechend hohen Kosten verbunden. Des Weiteren ist zu beachten, dass das Lärmschutzsystem Alpha nicht-transparent ist.
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Die Ergebnisse des Vergleichs sind in der Tabelle 5 zusammengefasst und grafisch in der
4 dargestellt.
Tabelle 5
| Frequenz | EVONIK (EN 1793) | EVONIK (ISO 354) | DIESELBOX | ALPHA |
| 100 | 0.2 | 0.12 | 0.12 | 0.51 |
| 125 | 0.33 | 0.01 | 0.14 | 0.53 |
| 160 | 0.09 | 0.06 | 0.26 | 0.55 |
| 200 | 0.11 | 0.18 | 0.40 | 0.56 |
| 250 | 0.29 | 0.13 | 0.55 | 0.69 |
| 315 | 0.41 | 0.2 | 0.57 | 0.76 |
| 400 | 0.4 | 0.2 | 0.65 | 0.71 |
| 500 | 0.49 | 0.26 | 0.53 | 0.62 |
| 630 | 0.6 | 0.25 | 0.39 | 0.53 |
| 800 | 0.68 | 0.29 | 0.33 | 0.70 |
| 1 000 | 0.66 | 0.35 | 0.31 | 0.68 |
| 1 250 | 0.61 | 0.45 | 0.34 | 0.64 |
| 1 600 | 0.64 | 0.58 | 0.28 | 0.83 |
| 2 000 | 0.67 | 0.64 | 0.23 | 0.85 |
| 2 500 | 0.69 | 0.7 | 0.18 | 0.74 |
| 3 150 | 0.65 | 0.65 | 0.13 | 0.81 |
| 4 000 | 0.67 | 0.6 | 0.10 | 0.68 |
| 5 000 | 0.71 | 0.6 | | 0.50 |
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Der Vergleich zeigt, dass die erfindungsgemäßen Lärmschutzelemente besonders gute Lärmabsorptionseigenschaften im Bereich zwischen 315 Hz bis 5 000 Hz aufweisen. Insbesondere im Bereich oberhalb von 1 000 Hz ist der Lärmabsorptionskoeffizient α der erfindungsgemäßen Lärmschutzelemente höher als bei dem kommerziell erhältlichen Produkt Dieselbox.
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Das Lärmschutzsystem Alpha weist eine besonders gute Lärmabsorption auf, allerdings ist dieses Produkt technisch komplex und nicht-transparent.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20021724 U1 [0007, 0008, 0009, 0010]
- JP 2002201613 [0010]
- JP 2002138421 [0011]
- DE 19947704 B4 [0021]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 845:2006 [0037, 0058]
- ASTM D3575-08 W [0058]
- UNI EN 12088 [0058]
- ASTM D3573-08 V [0058]
- ASTM D3573-08 S [0058]
