DE2257745C3

DE2257745C3 - Dreischichtiges, schallisolierendes Bauelement

Info

Publication number: DE2257745C3
Application number: DE19722257745
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Industries SA
Current assignee: Saint Gobain Industries SA
Priority date: 1971-11-25
Filing date: 1972-11-24
Publication date: 1978-02-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreischichtiges, schallisolierendes Bauelement, insbesondere für Trennwände, bestehend aus zwei harten Platten mit einer Zwischenschicht, deren Elastizitätsmodul kleiner als derjenige der Platten ist.

Ein derartiges dreischichtiges schallisolierendes Bauelement ist im wesentlichen aus der DE-AS 14 22 020 bekannt, wobei dort eine faserige isolierende Zwischenschicht verwendet ist. Zwischen den beiden äußeren starren Platten befinden sich bei der dort beschriebenen Anordnung jedoch auch noch prismatische Elemente. Diese Elemente verformen sich während der Biegebewegung der starren Platten und begrenzen die Bewegungen bei der Durchbiegung der starren äußeren Begrenzungsflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schallisolierung eines dreischichtigen, schallisolierenden Bauelementes der oben bezeichneten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Bauelement der im Oberbegriff des Hauptan-

Spruches bezeichneten Art so ausgebildet wird, daß die Dicken der Platten in Metern kleiner sind als der 15f.«he Reziprokwert der Geschwindigkeit der Longitudinalwelien in Meter pro Sekunde in den die Platten bildenden Materialien, daß der Schub- oder Schermodul 5 des gesamten Verbundkörpers wenigstens gleich demjenigen der Zwischenschicht ist und daß die Dicke der Zwischenschicht kleiner oder gleich 15 mm ist

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dicken der Platten etwa den lOfachen Reziprokwert der Geschwindigkeit der Lor-gitudinalwellen betragen, wobei die beiden Platten gleiche Dicke aufweisen können.

Zweckmäßigerweise ist der Schub- oder Schermodul der Zwischenschicht größer als ihr Elastizitätsmodul, wobei der Schub- oder Schermodul der Zwischenschicht vorteilhafterweise gleich dem lOfachen oder größer als das lOfache ihres Elastizitätsmoduls ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung beträgt der Strömungs- oder Fließwiderstand der Zwischenschicht mehr als oder gleich 20 Rayleigh, vorzugsweise mehr als oder gleich 60 Rayleigh.

Die Platten des erfindungsgemäßen Bauelementes können aus Gips, gegebenenfalls mit Sand als Füllstoff, bestehen, jedoch können die Platten vorteilhafterweise auch aus durch ein Bindemittel gebundenen Holzpartikein bestehen, die auf die Zwischenschicht aufgeklebt sind. Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes bestehen die Platten aus Metall und sind auf die Zwischenschicht aufgeklebt.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht die Zwischenschicht aus einem Filz, wobei der Filz aus Mineralfasern, insbesondere aus durch ein Bindemittel gebundenen Glasfasern, bestehen kann.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht der die Zwischenschicht bildende Filz aus organischen, gegebenenfalls durch ein Bindemittel gebundenen Fasern, jedoch kann der Filz bei einer wei'eren Ausführungsform auch aus einem Gemisch von Mineralfasern und organischen Fasern bestehen, welches gegebenenfalls durch ein Bindemittel gebunden ist. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht die Zwischenschicht aus einem Filz, dessen Fasern mittels eines Elastomeres verknüpft oder gebunden sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht der die Zwischenschicht bildende Filz aus Glasfasern, deren Länge wenigstens in Dezimetergrößenordnung und deren mittlerer Durchmesser zwischen etwa 10 und 40 Mikron liegt und die in Parallelebenen ineinandergreifen und miteinander durch ein oder mehrere Elastomere verknüpft oder gebunden sind, welche aus natürlichen oder künstlichen Latices bestehen, in die ein oder mehrere Hilfsstoffe eingeführt sind, die eine chemische Brückenbildung zwischen den Glasfasern und den Elastomeren und/oder die Koagulierung der Elastomere bewirken, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des Bindemittels zwischen 20 und 50% des Filzgesamtgewichtes beträgt

Vorteilhafterweise sind bei auf die Platten aufgeklebter Zwischenschicht die Oberflächenporen wenigstens teilweise verschlossen. Dabei kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Zwischenschicht aus einem porösen Material, insbesondere einem expandierten Kunstharzschaum, beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyurethan, bestehen.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht die Zwischenschicht aus einem Filz aus Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, der in einem thermoplastischen Kunstharzschaum, insbesondere Polyvinylharz, wie beispielsweise weichgemachtem Polyvinylchlorid, ausgebreitet ist

Bei verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauelementes erweist es sich als vorteilhaft wenn die Zwischenschicht durchnadelt ist

Die guten Eigenschaften hinsichtlich der Schallisolierung des erfindungsgemäßen Bauelementes beruhen auf den verwendeten Materialien bzw. einer Reihe von physikalischen Eigenschaften dieser Materialien, die im folgenden anhand von Ausührungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden soll. Und zwar zeigt

F i g. 1 sin erfindungsgemäßes Bauelement im Schnitt,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schallfrequenz und Schalldämmung,

Fig.3 eine Anwendung des Bauelementes als einseitige Verkleidung,

Fig.4 eine Anwendung des Bauelementes als zweiseitige Verkleidung,

Fig.5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schallfrequenz und erreichter Schalldämmung bei verschiedenen Konstruktionen und

Fig.5a Aufbau eines weiteren erfindungsgemäßen Bauelements im Schnitt.

Bei einem erfindungsgemäßen Bauelement sind die beiden Platten 1 und 2 (vgl. Fig. 1) homogen, elastisch und besitzen jeweils die Dicken h\ und Λ2. Die Herstellung dieser Platten verwendeten Materialien lassen sich durch ihren komplexen Elastizitätsmodul Ei* bzw. £2* derart beschreiben, daß £*= £(1 +/77) mit η als Dämpfungskoeffizient ist, und lassen sich weiterhin durch ihre spezifischen Gewichte ρι und ρ2 beschreiben.

Bei einem derartigen Bauelement sorgt aber darüber hinaus die Zwischenschicht 3, weiche zweckmäßigerweise auf ihren beiden Oberflächen verklebt ist, für die mechanische Verbindung zwischen den Platten 1 und 2. Die Eigenschaften dieser Zwischenschicht 3 sind festgelegt durch ihren Elastizitätsmodul £3, ihren Scheroder Schubmodul G3, ihre Dicke /73 und ihr spezifisches Gewicht.

Für die angestrebte besonders gute Schallisolierung muß das Bauelement mit der Zwischenschicht 3 eine Reihe von Bedingungen erfüllen, deren Bedeutung noch näher erläutert werden soll:

a) der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht 3 soll kleiner als der der Platten 1 und 2 sein;

b) die in Metern gemessenen Dicken h\ und h₂ der Platten I₁ 2 sollen kleiner als der 15fache Reziprokwert der Geschwindigkeit Cl der Longitudinalwellen in Metern pro Sekunde in den die Platten bildenden Materialien sein;

c) der Schub- oder Schermodul des gesamten Verbundkörpers soll wenigstens gleich demjenigen der Zwischenschicht sein und

d) die Dicke Λ3 der Zwischenschicht 3 soll kleiner oder gleich 15 mm sein.

Ist ein Bauelement in dieser Weise aufgebaut, so kann man einerseits die kritische Frequenz f_c außerhalb des normalisierten Spektrums gegen die hohen Frequenzen auftragen oder verschieben und andererseits sicherstellen, daß die Resonanzfrequenz F_r so niedrig wie möglich liegt. Man verhindert auf diese Weise Effekte, die auf die Koinzidenzzone oder auf das »Isolierloch« entsprechend der Resonanzfrequenz zurückzuführen sind; andererseits erhält man eine verbesserte Isolierung-

kurve als Funktion der Frequenz, die einen erhöhten Anstieg bzw. Steigung hinter der Resonanzfrequenz aufweist.

Die oben mit a) bezeichnete Bedingung sorgt für eine Entkopplung zwischen den beiden Platten 1 und 2, deren kritische Eigenfrequenz die kritische Frequenz f_c der Konstruktionsanordnung bestimmt. Das Entkoppeln ermöglicht es, diese kritische Frequenz f_c gegen die hohen Frequenzen zu verschieben. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht 3 wenigstens lOmai kleiner als der der Platten ist.

Die Bedingung b) bestimmt sich selbst als Funktion der Frequenz f_o Wählt man für f_c beispielsweise einen größeren Wert als 6000 Hz, so liegt die Dicke Zi₁ der Platte in der Größenordnung des lOfachen Reziprokwertes der Geschwindigkeit CV der Longiludinalwellen.

Um den Isolierungsindex des Bauelementes zu erhöhen, greift man auf einen zusätzlichen Energieabbau aufgrund von Scherwirkungen in der Zwischenschicht 3 zurück, wobei zu bemerken ist, daß die Dicke dieser Zwischenschicht eine Grenzdicke nicht überschreiten kann, da über diese hinaus die Verformungen aufgrund von Scherwirkungen vernachlässigbar wären. Versuche haben gezeigt, daß entsprechend der Bedingung d) diese Dicke Λ3 kleiner oder gleich 15 mm sein kann.

Die Bedingung c) erhält man bei Anwendung einer zweckmäßigen Art der Befestigung, die eine Adhäsion zwischen der Zwischenschicht 3 und den Platten 1 und 2 sicherstellt. Erfüllt wird diese Bedingung beispielsweise dann, wenn Gips auf eine Zwischenschicht gegossen wird. Gegebenenfalls wird ein Klebstoff verwendet, der vorteilhafterweise auf der gesamten Oberfläche aufgebracht wird.

Weiterhin ist die Verwendung einer isolierenden Zwischenschicht wichtig, wobei der Scher- oder Schubmodul G₃ wesentlich größer als der zugehörige Elastizitätsmodul £3 sein und vorzugsweise das lOfache des Elastizitätsmoduls betragen soll.

Weiterhin ist es vorteilhaft, eine Zwischenschicht mit einer erhöhten Beständigkeit gegen Fließen zu verwenden, deren Strömungs- oder Fließwiderstand größer als 20 Rayleigh oder vorzugsweise größer oder gleich 60 Rayleigh ist, wobei ein Rayleigh der Strömungswiderstand ist, den ein Prüfkörper von 1 cm² Querschnitt einem Luftdurchsatz von 1 cmVsec bietet, wenn die Druckdifferenz 1 dyn cm² beträgt.

Zweckmäßigerweise werden für die Platten 1 und 2 solche Platten mit Dicken Λι, Λ2 und spezifischen Gewichten ρι und Q2 verwendet, die die Bedingungen Q\hi=Q2h2 erfüllen, was für aus gleichen Materialien bestehenden Platten dazu führt, daß die Konstruktion des Bauelementes symmetrisch ist. Wird diese Bedingung ριΛί = Q₂Ij₂ erfüllt, so trägt dies ebenfalls dazu bei, die Resonanzfrequenz F_r so niedrig wie möglich zu halten.

Zur Herstellung der Platten lassen sich ebenfalls verschiedene Materialien verwenden, wie zum Beispiel Gips, Agglomerate von Partikeln aus Holz, Metall od. dgl. Die Verwendung von Gips ist besonders deswegen vorteilhaft, weil der auf die Zwischenschicht vergossene Gips an letzterer haftet, ohne daß ein Klebstoff verwendet werden müßte. Gegebenenfalls kann der Gips mit Sand vermischt sein, wobei die Charge des Sandes recht beträchtlich sein und in der Größenordnung von 40% liegen kann.

Das erfindungsgemäße dreischichtige schallisolierende Bauelement soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1.

Man stellt eine Platte von 5 mm Dicke mit handelsüblichem Gips mit einem Wasserzusatz von 80% her, wobei der Gips in eine Form gegossen wird. Auf dieser noch nicht abgebundenen Platte ordnet man eine Zwischenschicht aus Filz mit einer Dicke von 3 mm an, wobei das Gewicht des Filzes 300 g/m² beträgt und das Bindemittel aus einer Latexemulsion gebildet ist, deren prozentualer Gewichtsanteil bei 30% des Gesamtgewichtes liegt. Die Zwischenschicht verbindet sich mit dem Gips der ersten Platte. Auf der Zwischenschicht wird die zweite Platte aus Gips mit der Dicke und dem gleichen Wasserzusatz wie die erste Platte gegossen. Das so hergestellte Produkt läßt man normal oder in einem Trockenschrank trocknen.

Der Isolierindex AL des hergestellten Produktes ist in der Kurve A der F i g. 2 als Funktion der Frequenz dargestellt.

Beispiel 2

Es werden zwei Platten mit einer Dicke von 5 mm verwendet, die aus Holzteilchen bestehen und mit einem Bindemittel aus Harnstoff-Formaldehyd verbunden sind. Zwischen diesen beiden Platten befestigt man durch Kleben eine Zwischenschicht aus Filz von 3 mm Dicke, wobei das Kleben unter Druck mit Hilfe eines Bitumen-Klebstoffes erfolgt. In der graphischen Darstellung der F i g. 2 gibt die Kurve B den Isolierindex eines derartigen Bauelementes als Funktion der Frequenz an.

Die Fig.3 zeigt zwei Platten 1 und 2 von gleicher Dicke, insbesondere aus Gips oder mit Sand vermischtem Gips oder aus gebundenen Holzpartikeln. Die Zwischenschicht 3 kann vorteilhafterweise aus einem wie oben beschriebenen Glasfaserfilz mit Glasfasern bestehen.

Die Platten 1 und 2 können gegenüber der Zwischenschicht 3 durch direkte Verbindung aul feuchtem Wege oder durch Vergießen festgelegt sein insbesondere wenn die Platten 1 und 2 aus Gips bestehen. Sie können auch fest mit der Zwischenschichi durch Verkleben verbunden sein, insbesondere wenn sie aus gebundenen Holzpartikeln bestehen.

Die graphische Darstellung nach Fig.5 zeigt ir Kurve A den Isolierindex AL in Dezibel als Funktion dei Frequenz in Hertz eines Bauelements nach F i g. 5a. Die Dicke der aus Gips bestehenden Platten 1 bzw. 2 liegi hierbei bei 5 mm und die Dicke der aus Faserfilzer bestehenden Zwischenschicht 3 liegt bei 3 mm.

Aufgrund seiner guten schallisolierenden Eigenschaften läßt sich das erfindungsgemäße Bauelemem beispielsweise als Mauerverblendung, Fassade od. dgl sowie zur Herstellung von Trennwänden verwenden. Sc kann zum Beispiel ein erfindungsgemäßes Bauelemem auf einer Seite (vgl. F i g. 3) oder auf beiden Seiten (vgl F i g. 4) eines tragenden Bauteils 4 vorgesehen werden wobei die Verbesserung der Schalldämmung bei einei auf einer Seite verblendeten Mauer mit einer Oberflächenmasse von 70 kg/m² für Frequenzen oberhalt 200 Hz in der Größenordnung von 15 dB liegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dreischichtiges schallisolierendes Bauelement, insbesondere für Trennwände, bestehend aus zwei harten Platten mit einer Zwischenschicht, deren Elastizitätsmodul kleiner als derjenige der Platten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken (h_x, A₂) der Platten (1, 2) in Metern kleiner sind als der 15fache Reziprokwert der Geschwindigkeit (Cl) der Longitudinalwellen in Metern pro Sekunde in den die Platten (1, 2) bildenden Materialien, daß der Schub- oder Schermodul des gesamten Verbundkörpers wenigstens gleich demjenigen der Zwischenschicht (3) ist und daß die Dicke (hi) der Zwischenschicht (3) kleiner oder gleich 15 mm ist

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken (h\, A₂) der Platten (1, 2) etwa den lOfachen Reziprokwert der Geschwindigkeit (Cl) der Longitudinalwellen betragen.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1, 2) die gleichen Dicken aufweisen.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schub- oder Schermodul der Zwischenschicht (3) größer als ihr Elastizitätsmodul ist.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schub- oder Schermodul der Zwischenschicht (3) gleich dem lOfachen oder größer als das lOfache ihres Elastizitätsmoduls ist.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungs- oder Fließwiderstand der Zwischenschicht (3) mehr als oder gleich 20 Rayleigh, vorzugsweise mehr als oder gleich 60 Rayleigh, beträgt.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Dicke (h\) und dem spezifischen Gewicht (ρθ der einen Platte (1) gleich ist dem Produkt aus der Dicke fa) und dem spezifischen Gewicht (ρ₂) der zweiten Platte (2).

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (I, 2) aus Gips, gegebenenfalls mit Sand als Füllstoff, bestehen.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1, 2) aus durch ein Bindemittel gebundenen Holzpartikeln bestehen und auf die Zwischenschicht (3) aufgeklebt sind.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (1, 2) aus Metall bestehen und auf die Zwischenschicht (3) aufgeklebt sind.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus einem Filz besteht.

12. Bauelement nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zwischenschicht (3) bildende Filz aus Mineralfasern, insbesondere durch ein Bindemittel gebundenen Glasfasern besteht.

13. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zwischenschicht (3) bildende Filz aus organischen, gegebenenfalls durch ein Bindemittel gebundenen, Fasern besteht.

14. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz aus einem Gemisch von Mineralfasern und organischen Fasern besteht, welches gegebenenfalls durch ein Bindemittel gebunden ist

15. Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis S 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus einem Filz besteht, dessen Fasern mittels eines Elastomeres verknüpft oder gebunden sind.

16. Bauelement nach Anspruch 12, dadurch ίο gekennzeichnet, daß der die Zwischenschicht (3) bildende Filz aus Glasfasern besteht, deren Länge wenigstens in Dezimetergrößenordnung und deren mittlerer Durchmesser zwischen etwa 10 und 40 Mikron liegt und die in Parallelebenen ineinandergreifen und miteinander durch ein oder mehrere Elastomere verknüpft oder gebunden sind, welche aus natürlichen oder künstlichen Latices bestehen, in die ein oder mehrere Hilfsstoffe eingeführt sind, die eine chemische Brückenbildung zwischen den Glasfasern und den Elastomeren und/oder die Koagulierung der Elastomere bewirken, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des Bindemittels zwischen 20 und 50% des Filzgesamtgewichtes beträgt.

17. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf die Platten (1, 2) aufgeklebter Zwischenschicht (3) deren Oberflächenporen wenigstens teilweise verschlossen sind.

18. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus einem porösen Material, insbesondere einem expandierten Kunstharzschaum, beispielsweise Polyvinylchlorid oder Polyurethan, besteht.

19. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus einem Filz aus Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, besteht, der in einem thermoplastischen Kunstharzschaum, insbesondere Polyvinylharz, wie beispielsweise weichgemachtem Polyvinylchlorid, ausgebreitet ist.

20. Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) durchnadelt ist.