DE202021001457U1

DE202021001457U1 - Schalldämmendes Element für Fensterlaibungen

Info

Publication number: DE202021001457U1
Application number: DE202021001457.8U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: SEKURA, FRANK, DE; Tannhaeuser Gunter De
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-04-20
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2031-04-21

Abstract

Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster, dadurch gekennzeichnet, dass in die Laibungen der Fenster mit auf lästige Frequenzen abgestimmte Helmholtz-Resonatoren und schalldispergierende Profile eingefügt sind oder in ihrer Tiefe sog. „Akustischem Sumpf‟ aufweisen und optional mit Lautsprechern besetzt sind, die elektronisch abgestimmten Gegenschall emittieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Lärmbelastung ist mancherorts bei offenen Fenstern schwer erträglich.
Leider sinkt der Lärmpegel bei nur gekippten Fenstern mit Dreh-Kipp-Beschlag, wie sie insbesondere in Deutschland üblich sind, nur mäßig, so dass Lüften bei hohem Außengeräusch oft problematisch, wenn nicht unmöglich wird.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist daher, höhere Schalldämmung bei gekipptem Fenster zu bewirken.
STAND DER TECHNIK
EP1199438A2 weist hierfür bereits einen Lösungsansatz auf: „d.g. dass man die Laibung der Öffnung schalldämpfend oder schalldämmend ausbildet“.
Jedoch bleibt die Ausführung hier mit einer „schalldämpfenden Struktur“ durch ein Lochblech, dahinter schalldämpfender Elemente, wie Mineralfaser oder offenzelliger Schaumstoff„‟ so, wie dies konventionell schon lange ausgeführt wird.
Zudem ist die Reflexionsdämpfung von Schall durch Lochbleche mit dahinter angebrachten Dämpfungsmaterialien nur beschränkt, es sei denn, man setzt hier überwiegend offene Gittermaterialien ein, die sich nur schwer reinigen lassen - was für Fensterlaibungen aber notwendig ist.
Während aber die Dämpfung des Reflexschalls bei der Anwendung an größeren Flächen immerhin wirksam ist, sind Fensterlaibungen schmal.
Daher erbringt dieses System eine nur vergleichsweise geringe Dämpfung.
Dagegen kombiniert DE20200701 Schallschluckende Elemente in den Laibungen mit Vorhängen und Schabracken, sowie Vorhangleisten mit Frontseitiger Abdeckung und angebrachten Dämmstoffen. Die Idee ist hier vor allem, dass der Schall nicht direkt in den Raum gelangen kann, sondern in das Absorptionsmaterial umgelenkt wird.
Allerdings behindert diese Konstruktion den Lichteinfall und die Lüftung durch das Fenster und ist daher schwer zu realisieren.
Auch Systeme zur Lärmverringerung in Räumen durch Gegenschall sind z.B. als Noise Cancelling‟ bei Kopfhörern bekannt.
US 2011/0274283 A1 beschreibt ein System zur Schallreduktion für verschiedenste Anwendungen, z.B. Anordnung einer Reihe von sog. Schall-Eliminations-Einheiten: Eine einzelne Einheit besteht dabei aus einem Richtmikrofon, und einen einem Lautsprecher sowie einem Signal-Verarbeitungs-Modul. Solche Module sollen in einem ein-, zwei- oder dreidimensionalen Raster angeordnet werden.
Die Lautsprecher werden dabei hinter dem Richtmikrofon positioniert.
Laut Beschreibung ist unterhalb der Resonanzfrequenz des Systems eine Schallreduktion von 15 dB zu erzielen.
US 4 025 724 stammt aus den 70iger Jahren
und beschreibt auch „sound cancellation units“. In 5 ist eine matrix-förmige Anordnung solcher Einheiten gezeigt.
In Spalte 2 ab erster Zeile heißt es, dass ein Muster oder eine Reihe von Schall-Eliminierungs-Einheiten nahe einer Oberfläche angeordnet werden und je ein Output-Signal generieren, das abhängig vom akustischen Schall ist, der von der unmittelbaren Umgebung auf der Oberfläche generiert wird.
Dabei wird im Grundsatz ein Signal erzeugender Schaltkreis eingesetzt wird, der die Signale um 180° phasenverschiebt und dann an einen oder mehrere Lautsprecher (Array) schickt.
Dabei sind die Mikrophone in einem symmetrischen Array um den Lautsprecher herumangeordnet.
Die horizontale und vertikale Distanz zwischen
nebeneinander angeordneten Schall-Eliminations-Modulen liegt im Bereich von ca. 1.56 feet (= ca.47cm) oder weniger.
US 2012/0155669 A1 offenbart eine Lärmreduktionseinheit in einer Kombination von passiver und aktiver Lärmbekämpfung.
Dazu wird ein Stapel von Balken eingesetzt, wobei jeder Balken eine Reihe von Lärm-Eliminations-Einheiten mit Mikrofon und Lautsprechern enthält, und eine Anzahl solcher Balken parallel angeordnet sind. Im Innern der Balken gibt es lärmdämmendes Material. Die Einheit kann bei geöffnetem Fenster in dieses gestellt werden, um den Lärm von außen zu eliminieren.
Die US-Patentanmeldung US2007/0223714 A1 betrifft in erster Linie Antischall-Massnahmen im freien Raum. Dabei wird sowohl der an der Oberkante einer schalldämmenden Wand gebeugte Störschall als auch der direkt auf den Empfänger einwirkende Störschall betrachtet. Dazu sind jeweils einerseits Lärm-Sammel-Mikrofone, sogenannte „noise collection microphones“, nahe an der Störschallquelle angeordnet, und andererseits Lärm-Korrektur-Mikrofone noise correction microphones‟ im vom Schall zu schützenden Bereich angeodnet.
Dabei sind „noise collection“ Mikrofone nahe der Störschallquelle angeordnet oder auf diese hin gerichtet, andererseits sind „noise correction microphones“ im schallgeschützten Bereich vorgesehen.
Die gesamte Anordnung, Mikrofone und Lautsprecher, sind über ein ausgedehntes Netzwerk miteinander verbunden, gesteuert und fest installiert werden.
Die US-Patentanmeldung US2006/0285697 A1 von M. Nishikawa et al. zeigt eine weitere Reihe höchst unterschiedlicher Beispiele bzw. Ausführungen.
Allerdings beziehen sich diese prinzipiell auf Antischall-Massnahmen im freien Raum, wobei nur der gebeugte Schall beeinflusst bzw. ausgelöscht werden soll.
Die Ausführung soll jedoch nur Störschall dämpfen, der an der Oberkante einer massiven Schallschutzmauer gebeugt wird.
Dieser „gebeugte Schall“ soll durch entsprechenden Antischall minimiert werden. Dazu dienen zwei Gruppen von Mikrofonen, eine Gruppe auf der Oberkante der Schallschutzmauer zur Sammlung des Lärms bzw. „noise collection“, und eine andere Gruppe zur Fehlerkorrektur bzw. „error correction“ im schallgeschützten Bereich, das heißt nahe der Empfängerperson und nahe mehrerer Lautsprecher.
Das Ganze ist wiederum über ein ziemlich komplexes und fest installiertes Netzwerk von Sendern, Empfängern und Verarbeitungseinheiten verbunden und wirkt sehr aufwendig.
Das japanische Patent JP 4 742 064 B2 , veröffentlicht als JP2008/241899 A , zeigt einen Vorhang von streifenförmigen Flachlautsprechem, die von einer gemeinsamen Kontrolleinheit angesteuert werden. Letztere empfängt Signale von einem drahtlosen Mikrofon.
Der von diesem einen zentralen Mikrofon aufgenommene Schall soll aktiv kompensiert werden. Dieses Patent zeigt offensichtlich keine Lösung für von draußen in einen Innenraum eintretenden Lärm oder Schall. Es wird allein das Innengeräusch an einem einzigen Mikrofon beim Nutzer kompensiert, sodass dort ganz lokal in schallgeschützter Bereich erzeugt werden könnte.
Das US-Patent US 9 230 534 B2 von Xu zeigt im Wesentlichen eine Anordnung mit je einem Richt-Mikrofon außen und innen und einer HiFi Lautsprecheranlage innen auf, wobei der Schwerpunkt auf der Signalverarbeitung der Mikrofone und der Ermittlung eines passenden Antischalls liegt. Immerhin ist hier eine „Outdoor/Indoor“-Lösung für die Behandlung von Lärm von außen gezeigt, der in einen Innenraum eindringt.
Wiederum wird ein Netzwerk mit einem außen angebrachten Mikrofon und einer ziemlich komplexen Steuerung eingesetzt. Ein weiteres Beispiel für eine „Outdoor/Indoor“-Lösung findet man in Form eines vor einigen Jahren unter dem Handelsnamen „Sono“ gezeigten Antischall-Gerätes.
Dieses etwa handgroße Gerät soll an Fensterscheiben angebracht werden und es soll die Vibrationen der Außenscheibe wahrnehmen und an der Innenscheibe ein gegengleiches Signal erzeugen. Offenbar soll die Innenscheibe selbst als Membran für die Schallerzeugung dienen. Experimentell sei gezeigt worden, dass damiteine Reduktion des Störschalls um 12 db erreichbar sei.
Weiterhin soll das Sono-Gerät ein gewünschtes angenehmes Geräusch erzeugen können, was natürlich kein Antischall ist, sondern eine Überdeckung oder Maskierung des Störschalls. Allerdings ist das Gerät nicht auf dem Markt zu finden. Der prinzipielle Aufbau des Geräts ist aber im Internet publiziert unter http://www.technikjournal.de/cms/front content. php?idcat=59&idart=823. Ob die beschriebenen Funktionen und Leistungen tatsächlich erzielt werden, ist mangels Verbreitung nicht bekannt.
WO 01/37256 A1 zeigt eine vorhangähnliche Einrichtung zur Kompensation von Störschall in Innenräumen.
Einzelne Module sind zu einem Vorhang verbunden und schließen je ein Mikrofon, einen Verstärker und einen Vibrator ein, die von einer zentralen elektronischen Elektronik mit einer Kombination von Phasenkorrekturgliedern bzw. Filtern gesteuert werden.
DE 21 39 941 A1 offenbart ein hochmodularisiertes Antischallsystem, das im Wesentlichen aus einem Schallsensor 2, einem Regelglied 3 und dem eigentlichen Antischallgeber 4 besteht und gitterförmige mechanische und elektrische Verbindungen aufweist, deren Funktion jedoch nicht erklärt ist.
WO 02/095725 A1 offenbart ein Antischallsvstem in Form von dünnen Lamellen.
CN 205 144 265 U offenbart ebenfalls einen Antischall-Vorhang vor einem Fenster mit mehreren Mikrophonen und Lautsprechern.
US 5 315 661 schlägt eine Antischallwand, aus verbundenen Antischall-Modulen.vor.
DE 10 2007 012611A1 , versucht dieses Problem dadurch zu vermeiden, dass der Ausbreitungsweg des Schalls analysiert und eine Gegenschallplatte in den Weg eingeführt wird. Da aber die Phasenlage bei komplexen Frequenzgemischen und Reflexionen im Raum nahezu unkalkulierbar ist, kann das auch das Ergebnis solcher Gegenkopplung nur sehr partiell - etwa bei wummernden Geräuschen - wirksam sein.
Allgemein kann festgestellt werden, das „Noise Cancelling“ im Raum schwer zu bewerkstelligen ist, weil es nur dann effizient wird, wenn es gelingt, die Phase des Gegenschalls um 180° versetzt zum Störschall einzusetzen.
Bei zunehmendem Abstand von Schallquelle, unterschiedlichen Laufzeiten zwischen aufnehmendem Mikrofon und Gegenschall-Strahler, sowie zunehmender Wirkung von Schallreflexionen und -Beugungen und komplexen Frequenzgemischen des Störschalls wird dies immer schwieriger.
LÖSUNG

A) Der erste - und einfachere - erfinderische Schritt ist daher, die Fensterlaibung so auszuführen, dass ihre Oberfläche schallschluckend ist.

Dies kann im Prinzip durch den Einsatz von Lochblechen wie in EP1199438A2 erfolgen, die rückseitig in einer Art Wanne mit Dämmmaterial ausgeführt sind.
In der hier vorgesehenen Ausführung sind die Laibungen aber mit Holz verkleidet, das - neben der Lochung - durch eingefräste Nuten und Riffelungen eine starke Dispersion und eine dadurch bedingt höhere Dämpfung des Reflexschalls bewirkt.
Zusätzlich erfolgt die Dämmung aber in mehreren Tiefenstaffelungen der Lochraster und der sich daraus ergebenden Dämpfungskammern, die als Helmholtz-Resonatoren mit Abstimmung durch den Abstand zur Gegenfläche erfolgen, womit einzelne, als lästig empfundene Frequenzbereiche in mittleren und tieferen Frequenzbändern gedämpft werden können.
Daneben ist es natürlich möglich, bei einem alternativen Einsatz vorgefertigter Lochbleche den Reflexschall dadurch zu dämpfen, dass diese beschichtet, insbesondere z.B. hochflorig beflockt werden. Dies dämpft ergänzend insbesondere hoch- und mittelfrequente Schallbereiche.

B) Aus der Erkenntnis, dass da, wo akustische Gegenkopplung funktioniert, nämlich bei „noise-cancelling“ Kopfhörern, die Abstände zwischen aufnehmenden Mikrofon und Gegenschallquelle sehr gering sind, und jener, dass ein Gutteil des Störschalls durch Beugung um den Flügel eines gekippten Fensters in den Raum gestrahlt wird, ergibt sich ein Lösungsansatz darin, die durch Beugung bewirkte Transmission von Störschall durch elektroakustische Gegenkopplung zu dämpfen, indem der Störschall in kurzer Entfernung vor der Fensteröffnuing aufgenommen und der Gegenschall in der Laibung - unmittelbar hinter dem Fensterflügel - eingebracht wird, um von außen eindringendem Lärm zu dämpfen.

Da sich bei gekippten geöffneten Fenstern durch den Öffnungswinkel hier unterschiedliche Schallaufwege ergeben, erfolgt der Einsatz mehrerer Systempaare in unterschiedlicher Höhe über der Fenster-Unterkante.
In der Laibung ist daher ein Gegenschallsystem mit Lautsprechern installiert, das mit Mikrofonen auf der Fenster-Außenseite und einem elektronischen Gegenkopplungskreis samt Verstärker und Lautsprecher in der Fensterlaibung betrieben ist.
Dies wirkt - bei gleichmäßig angepasstem Laufzeitversatz - auch bei starkem Außenlärm und geschlossenem Fenster, wie z.B. bei in der Nähe startenden oder landenden Flugzeugen, wenn die Filterwirkung des Fensters - durch unterschiedliche Resonanzfrequenz der Scheiben und Rahmen - durch entsprechende elektronische Filter kompensiert ist.
Figurenliste

1a und 1b zeigen das schalldämmende Element, bestehend aus einem schallschluckendem Kern (7), einer an der Oberseite in der Länge geriffelten, mit Löchern (5) versehenen, schallschluckenden Auflage (6) und beidseitiger Blenden (8).
2 zeigt die schallschluckenden Elemente in horizontaler (1a) und vertikaler (1b, 1c) Einbausituation, ein Fenster (3) an der obern, linken und rechten Seite umgebend in eine Fensterlaibung (2, 4) eingepasst.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1199438 A2 [0004, 0045]
DE 20200701 [0009]
US 2011/0274283 A1 [0012]
US 4025724 [0015]
US 2012/0155669 A1 [0020]
US 2007/0223714 A1 [0022]
US 2006/0285697 A1 [0025]
JP 4742064 B2 [0030]
JP 2008241899 A [0030]
US 9230534 B2 [0032]
WO 0137256 A1 [0036]
DE 2139941 A1 [0038]
WO 02/095725 A1 [0039]
CN 205144265 U [0040]
US 5315661 [0041]
DE 102007012611 A1 [0042]

Claims

Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster, dadurch gekennzeichnet, dass in die Laibungen der Fenster mit auf lästige Frequenzen abgestimmte Helmholtz-Resonatoren und schalldispergierende Profile eingefügt sind oder in ihrer Tiefe sog. „Akustischem Sumpf‟ aufweisen und optional mit Lautsprechern besetzt sind, die elektronisch abgestimmten Gegenschall emittieren.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Helmholtz-Resonatoren aus mit durch taumelnder Exzenterbewegung hinterschnittenen Erweiterungen von Bohrungen in den Rahmenhölzern der Laibungen, oder durch Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser in deren verschiedenen Schichten hergestellt sind, wobei die Bohrungen der oberen Schichten kleineren Durchmesser aufweisen, als die Unteren.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Akustische Sumpf aus einer engen Matrix von Bohrungen in der oberen Deckschicht der Rahmenhölzer und einer darunter liegende Dämmschicht aus Holz- oder Steinwolle o.Ä. besteht.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Akustische Sumpf aus Lochblechen oder Streckmetall besteht, die mit einer Dämmschicht hinterlegt sind.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech oder Streckmetall zur Reflexionsdämpfung beflockt sind.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der Rahmenhölzer zur Dämpfung von Schallreflexion mehreren Nuten wechselnden Querschnitts eingefräst sind.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippter Fenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Öffnung eindringender Schall durch Gegenschall vermindert wird.
Schalldämmung für zur Lüftung gekippte Fenster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schall-Gegenkopplung dadurch erreicht wird, dass Mikrofone auf der linken und rechten Außenseite der Fensterrahmen in unterschiedlicher Höhe über der Fenster-Unterkante den dort auftreffenden Schall aufnehmen, deren Signale elektronisch verstärkt und invertiert, zur Gegenemission an korrespondierende Lautsprecher in gleicher Anbringungshöhe übertragen werden.
Schalldämmung für Fenster nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegengekoppelten Signale bei geschlossenen Fenster mit einer Filtercharakteristik korrigiert werden, die sich reziprok zur Frequenzkurve des Schall-Durchgangs am geschlossenen Fenster darstellen.