DE2540995B2

DE2540995B2 - Schall- und waermedaemmende isolierglaseinheit mit zwei zwischenraeumen und einer gasfuellung geringer waermeleitfaehigkeit in den zwischenraeumen

Info

Publication number: DE2540995B2
Application number: DE19752540995
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl-Phys Dr 4650 Gelsenkirchen Stehl Otto Dipl-Phys Dr 4300 Essen Derner
Original assignee: Bfg Glassgroup, Paris
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-09-13
Publication date: 1977-08-04
Also published as: LU70916A1; DE2540995A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Isolierglaseinheit mit Innenscheibe, Zwischenscheibe mit infrarotreflektierender Beschichtung, zwei Zwischenräumen, Außenscheibe und Abstandshaltern, wobei die Zwischenräume jeder eine Dicke besitzen, die nahe bei, aber unterhalb der Konvektionsgrenze liegt, die in gasleitender Verbindung stehen und die eine Gasfüllung aufweisen, deren Wärmeleitfähigkeit gering ist.

Konvektionsgrenze bezeichnet diejenige Dicke (oder Tiefe) eines Zwischenraumes zwischen zwei Glasscheiben, bei der der Wärmeübergang durch Konvektion beginnt, dessen Einfluß bekanntlich mit zunehmender Dicke des Zwischenraumes größer wird. Dieser Wärmeübergang durch Konvektion beeinträchtigt in störendem Maße die Wärmedämmung. Die Außenscheibe kann beidseits, die Zwischenscheibe kann auf ihrer nicht mit infrarotreflektierender Beschichtung versehenen Oberfläche eine Entspiegelungsbeschichtung aufweisen, und zwar zumindest dann, wenn sich die infrarotreflektierende Beschichtung auf der der Innenscheibe zugewandten Oberfläche befindet. Die Innenscheibe kann auf ihrer dem Zwischenraum abgewandten Oberfläche eine zusätzliche infrarotreflektierende Beschichtungbesitzen.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Isoliergiaseinheit (DT-OS 22 63 353) ist die Gasfüllung in den Zwischenräumen nach wärmedämmtechnischen Gesichtspunkten so ausgewählt, daß ihre Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von Luft. Zwar haben

ίο wärmedämmende Isolierglaseinheiten stets auch eine Schalldämmung, diese hat man jedoch so in Kauf genommen, wie sie sich ergab. Sie ist nicht ohne weiteres befriedigend und nicht ohne weiteres besser als die bei einer Luftfüllung. Wie bei einer gattungsgemä-Ben Isolierglaseinheit die Schalldämmung verbessert werden kann, läßt sich aus den bekannten Maßnahmen und den allgemeinen Kenntnissen über die Mechanismen der Wärmedämmung nicht ableiten. Das gilt auch für ähnliche Ausführungsformen, bei denen z. B. die Zwischenräume nicht in gasleitender Verbindung stehen oder bei denen die Glasscheiben durch Verbundglasscheiben ersetzt sind (BE-PS 6 38 327, DT-Gbm 16 95 387, DT-OS 22 63 353).
Generell läßt sich feststellen, daß dann, wenn solche Isolierglaseiriheiten für die Wärmedämmung ausgelegt sind, sie in bezug auf die Schalldämmung nicht befriedigen und umgekehrt. Das gilt auch dann, wenn mit Gasfüllungen gearbeitet wird, die gegenüber der Atmosphäre unter Unterdruck stehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine allgemein gültige Regel zum technischen Handeln anzugeben, die es erlaubt, eine gattungsgemäße Isolierglaseinheit sowohl mit guten Werten für die Schalldämmung als auch mit guten Werten für die Wärmedämmung auszurüsten.

Bei (aus der Praxis) bekannten Isolierglaseinheiten der beschriebenen Gattung, die für gute Schalldämmung ausgelegt sind, ist die Gasfüllung regelmäßig eine Luftfüüung. Ausreichende Schalldämmung erreicht man durch hinreichend großes Flächengewicht der Scheiben und hinreichend große Zwischenräume. So gilt als günstig für die Schalldämmung z. B. eine Isolierglasscheibe, deren Außenscheibe eine Dicke von 12 mm deren Innenscheibe eine Dicke von 4 mm aufweist und deren Abstand bei einer Tiefe von wiederum 12mrr durch eine Zwischenscheibe in der Dicke von wieder 4 mm etwa mittig in zwei Zwischenräume geteilt ist. Dei Vergrößerung des Flächengewichtes und der Zwischenräume sind Grenzen gesetzt. Die erste Maßnahme kanr nur so lange sinnvoll angewandt werden, wie die gleichzeitige Zunahme der Biegefestigkeit, über die sogenannte Spuranpassungsresonanz, nicht den Gewinr wieder aufzehrt. Die zweite Maßnahme führt be Isolierglasscheiben zu einer Verminderung der Alte rungsbeständigkeit und zu einer Vergrößerung dei optischen Fehler.

In der Theorie der Schalldämmung kennt man die Ansätze von Cremer (Lothar Cremer »Di< wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik«, Banc

(«) III, Hirzel-Verlag Leipzig 1950, Wellentheoretisch« Raumakustik, Seite 204). Bei diesen ist vereinfachenc angenommen, daß eine ebene Schallwelle der Kreisfre quenz w senkrecht auf eine unendlich ausgedehnt! Wand trifft, die aus zwei biegeweichen Schalen mit dei

^(l5 Flächengewichten m\ und 1Ώ2 im Abstand d, der kleii gegen die Schallwellenlänge ist, mit einem gasförmige! Zwischenmedium von dem Kompressionsmodul t besteht und das umgebende Medium den Schallwellen

ι«¹ d Z ^nal· ^^e' Zahlenrechnungen wird hier stantem Volumen, P₀ = Normaldruck). Daraus ergibt ifsP? ,. g_esetzt (_C/, = spezifische Wärme bei sich für das Verhältnis der Schalldrücke P₁. vor der ■■ spezifische Wärme bei kon- Wand und Pjhinter der Wand die Gleichung

/f/ _m

Druck,

^2Kz

{[2Kz + IH₂)] + i'w[K(m, + m₂) - «/(w²

- z²)]l

fffnius das Schalldämmaß R nach DlN 52210: R - 20 log

= 20 log

²'² --(Wi₁ + m₂)! + w² Γ Wi₁ + m₂ - -^-(w²m,m₂ - z²)J

It ohne weiteres für Isolierglaseinheiten. Die ' · hdie Gleichung dargestellte Kurve zeigt für ^ 1 · hp Werte den Resonanzeinbruch, der auf der praktiscne Zweimassensystems beruht. Der

^Sch von Cremer kann auf Wände erweitert n die aus π Schalen mit den Flächengewichten m, bis m„ bestehen und deren Zwischenräume mit den Dicken di bis A-1 mit Gasen mit den Kompressionsmodulen ATi bis K_n-1 gefüllt sind.

Angewandt auf eine Dreischeiben-Isolierglasscheibe, wie sie gattungsgemäß als bekannt vorausgesetzt wird, ergibt sich folglich

R = 20 log ^

- w² ζ

_ffl3)z

Die Gleichung (2) führt auf die Gleichung (1) der Zweischeiben-Isolierglaseinheit, wenn m₃ und d₂ verschwinden. — Mit Hilfe der obigen Gleichungen kann das nach Cremer zu erwartende Schalldämmaß in Abhängigkeit von der Frequenz aufgezeichnet werden. Diese Kurve wird im folgenden kurz Cremer-Kurve

genannt.

Die durch die angegebenen Gleichungen bestimmte Cremer-Kurve für die Schalldämmung erleichtert dem Theoretiker zwar das Verständnis der physikalischen Zusammenhänge, gibt dem Praktiker jedoch bisher keine brauchbare Hilfe für die Lösung der Aufgabe, bei einer vorgegebenen Isolierglasscheibe drei Glasscheiben zur Verbesserung der Schalldämmung einzusetzen. Tatsächlich weichen nämlich die an einer vorgegebenen Isolierglasscheibe durchgeführten Messungen der Schalldämmung von der theoretischen Cremer-Kurve beachtlich ab, und zwar auch von Gasfüllung zu Gasfüllung, und dies ist oft unverständlich.

Ausgehend von dieser Definition der Cremer-Kurve löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß &r zum Zwecke der gleichzeitigen Erreichung hoher Schalldämmwerte und hoher Wärmedämmwerte, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisende Gasfüllung ohne Rücksicht auf einen im Frequenzbereich von 100 bis 3 150 Hz sich einstellenden Resonanzeinbmch (>: aus einem Gas besteht, bei dem die negative Abweichung von einer unter der Annahme senkrechten Einfalls und unendlicher Erstreckung ermittelten Cremer-Kurve für die isolierglaseinheit im Frequenzbereich von 100 Hz bis w = (10Vd) · s~' zumindest um einen Faktor 0,95 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgefüllten Isolierglaseinheit von dieser Cremer-Kurve (w — Frequenz, d — Dicke des Zwischenraumes in cm, s = Sekunde). Um die erfindungsgemäße Lehre zum technischen Handeln bei einer vorgegebenen Isolierglaseinheit anzuwenden, ermittelt man also zunächst alle aus Gründen der Wärmedämmung brauchbaren Gase. Insoweit hat bei der praktischen Durchführung der Erfindung der Kälteschutz gleichsam Priorität. Mit diesen Gasen oder einer Mischung daraus wird dann die Gasfüllung der erfindungsgemäßen Isolierglaseinheit nach der oben angegebenen Lehre aufgebaut. Ist die Gasfüllung ein leichtes Gas, so ; entstehen im Rahmen der Erfindung keine störenden Resonanzeinbrüche. 1st die Gasfüllung ein schweres Gas, so können ein oder mehrere störende Resonanzeinbrüche entstehen. Für diesen Fall lehrt die Erfindung, daß sich ein einstellender Resonanzeinbmch oder deren ι mehrere durch zusätzliche Bedämpfung zumindest teilweise kompensiert werden. Die zusätzliche Bedämpfung kann in der Beimischung eines stark dämpfenden Gases zur Gasfüllung bestehen, welches außerdem geringe Wärmeleitung aufweist. Geeignete Gase sind ; z. B. Edelgase oder auch nur Luft. Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß die zusätzliche Bedämpfung in der Ausbildung des Verbundelements als schlecht wärmeleitendes Dämpfungsglied und/oder in

der Ausbildung von Innenscheibe, Außenscheibe oder Zwischenscheiba als Verbundglasscheibe bestehen. Zu besonders guten Werten für die Schalldämmung kommt man dann, wenn Innenscheibe und Außenscheibe stark unterschiedliche Massen aufweisen.

Die Erfindung verwendet die Cremer-Kurve als ein Kriterium, welches es erlaubt, bei einer vorgegebenen Isolierglaseinheit die Schalldämmung zu verbessern. Das gelingt auch mit Gasen geringer Wärmeleitfähigkeit, zumal die Zwischenräume so gewählt sind, daß die ι ο Wärmeleitfähigkeit durch Konvektion nicht beeinträchtigt wird. Die Wärmedämmung wird im übrigen dadurch unterstützt, daß die Außenscheibe beidseitig, die Zwischenscheibe auf ihrer nicht mit infrarotrefleklierender Beschichtung versehenen Oberfläche eine is Entspiegelungsbeschichtung aufweist, und zwar zumindest dann, wenn sich die infrarotreflektierende Beschichtung auf der der Innenscheibe zugewandten Oberfläche der Zwischenscheibe befindet. Das ist aber gleichzeitig in optischer Hinsicht vorteilhaft, weil jo störende Doppelreflexionen verhindert werden.

Verwirklicht man die Lehre der Erfindung, so liegt zunächst die Schalldämmung beachtlich höher als an sich bei Isolierglaseinheiten aus Innenscheibe, Außenscheibe und Zwischenscheibe zu erwarten. Überra- js schenderweise liegt aber gleichzeitig auch die Wärmedämmung extrem gut, was darauf zurückgeführt wird, daß in dem erfindungsgemäß vorgeschriebenen Abstandbereich der Wärmeübergang durch Konvektion in den Zwischenräumen nicht beeinträchtigt wird und daß mit einem Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit gearbeitet wird. Die zusätzlich vorgesehene Entspiegelungsbeschichtung unterstützt gleichzeitig die Infrarotreflexion an der infrarotreflektierenden Schicht, die ohnehin bereits die Wärmedämmung unterstützt. Im Ergebnis vs wird eine weitgehende Optimierung sowohl in bezug auf Wärmedämmung als auch gleichzeitig in bezug auf Schalldämmung erreicht. Wenn zusätzlich die sogenannte Behaglichkeit optimiert werden soll, wird in der eingangs beschriebenen Weise die lnnenscheibc auf ·μ> ihrer dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche mit einer zusätzlichen infrarotreflektierendcn Beschichtung versehen. Bedingt durch die Temperaturdifferenz zwischen Innenraum eines Gebäudes einerseits mit kälterer Außenatmosphärc in Verbindung stehender -l.s Fensterscheibe eines üblichen Fensters !Andererseits entsteht in der Nilhc eines Fensters regelmäßig ein unangenehm empfundenes Tcmpcralurdcfi7.it. Das gilt auch für den Einsatz von üblichen Isolicrglascinhcitcn als Fenster. Dieses Temperaturdefizit ist regelmäßig proportional der Tempcraturdifferenz. Zwar wird durch die zusätzliche infrarotreflckticrcndc Beschichtung der lnnenscheibc auf ihrer dem Zwischenraum abgewandten Oberfläche die wahre Temperaturdiffcrenz zum Innenraum wieder erhöht (d. h. es wird der Effekt ein wenig verschlechtert, der auf dem Einsatz von Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit beruht), die von einer Person im Raum effektiv empfundene Tcmpcraturdlffc· rcnz Ist jedoch überraschenderweise so niedrig, daß praktisch die Anpassung an die Innentemperatur <>< > erreicht 1st, - solange man die innenscheibe der crflndungsgemäDcn Isollcrglasclnhcii nicht berührt. Das wird Im Rahmen der Erfindung uls Verbesserung der Behaglichkeit bezeichnet und beruht auf den vorgeschlagenen Beschickungen. <<s

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt In schcmutischcr Darstellung

Fig. I einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Isolierglaseinheit,

Fig. 2 die Cremer-Kurve für die Isolierglaseinheit nach Fig. 1 mit der Abweichungskurve mit Luftfüllung und der Abweichungskurve für die ausgewählte Gasfüllung.

Die in Fig. 1 dargestellte Isolierglaseinhcit besteht aus drei mit Abstand voneinander angeordneten Glasscheiben, nämlich der Außenscheibe 1, der Zwischenscheibe 2 und der Innenscheibe 3. Die Außenscheibe 1 weist im eingebauten Zustand zur Außenatmosphäre hin, die Innenscheibe 3 zum angeschlossenen Raum eines Gebäudes. In den Zwischenräumen zwischen den Glasscheiben befindet sich ein Gas. Die Zwischenscheibe 2 trägt im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung auf einer ihrer dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche eine infrarotreflektierende Beschichtung 4, die im Ausführungsbeispiel übertrieben dick gezeichnet worden ist. Im Ausführungsbeispiel befindet sich diese infrarotreflektierende Beschichtung 4 auf der der lnnenscheibc 3 zugewandten Oberfläche.

Man entnimmt aus der Fig. 1 zunächst, daß die Zwischenräume wegen der Durchtritte 5 in gasleitender Verbindung stehen. Sie sind im übrigen mit einem Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Außerdem trägt die Außenscheibe 1 beidseitig, die Zwischenscheibe 2 auf ihrer nicht mit infrarotreflektierender Beschichtung 4 versehenen Fläche eine Entspiegelungsbeschichtung 6, die in der Fig. 1 als strichpunktierte Linie dargestellt worden ist. Diese Entspiegelungsbeschichtung 6 ist zumindest dann vorhanden, wenn, wie im Ausführungsbeispiel, die infrarotreflektierende Bcschichtung 4 auf der der Innenscheibe 3 zugewandten Oberfläche der Zwischenschcibc 2 sich befindet. Die infrarotreflektierende Beschichtung 4 kann aber auch auf der der Außenscheibe 1 zugewandten Oberfläche der Zwischenscheibe 2 angeordnet sein. Im übrigen zeigt das Ausführungsbeispiel, daß die lnnenscheibc 3 auf ihrer dem Zwischenraum abgewandten Oberfläche eine zusätzliche infrarotreflektierende Beschichtung 7 aufweist. Die Außenscheibe 1 und/oder die Inncnschcibe 3, aber auch die Zwischenscheibe 2, können Sichcrheitsschciben sein, z. B. als Vcrbundsichcrheitsscheiben ausgeführt sein. Die Mußstäbe in F i g, I entsprechen in etwa einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig.2 dargestellte Crcmcr-Kurve für die Isolierglaseinheit nach F i g. I gibt als Abszisse die Frequenz einer auflrcffcndcn ebenen Schallwelle an, während die Ordinate das Schnlldümmaß für die in F i g. 1 dargestellte Isolierglaseinhcit angibt. Die gestrichelte Kurve Il mit den kreisförmig eingetragenen Meßwerten gibt die Abweichung von der Cremcr-Kur· ve an, wenn die Gasfüllung als Luftfüllung ausgeführt ist. Demgegenüber wird crfindungsgemllß mit einer Gasfüllung gearbeitet, deren Kurve Ul in Flg.2 strichpunktiert mit den als Kreuz eingetragenen Meßwerten dargestellt ist. Man erkennt, daß die negative durchschnittliche Abweichung dieser Kurve von der Cremer-Kurve für die luftgefülltc Isolierglaseinhcit im Frequenzbereich von 100 bis 125OMz um etwa einen Faktor 0,71 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgcfüllten Isolierglaseinhcit von dieser Cremcr-Kurve, Allerdings stellt sich im Ausführungsbeispiel ein beachtlicher Rcsonunzcinbruch CbIs W- 15 dB ein, der bei lieferen Frequenzen neben dem Rcsonan/.cinbriich

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der Cremer-Kurve I liegt. Das ist typisch für viele Gasfüllungen, die aus einem schweren Gas bestehen. Durch zusätzliche Bedämpfung läßt sich dieser Resonanzeinbruch bis über 2OdB ohne Schwierigkeiten kompensieren, wie in der punktierten Kurve IV mit dicken Meßpunkten dargestellt worden ist. Die Bedämpfung kann z. B. dadurch geschehen, daß die

Verbundelemente als Dämpfungsglieder ausgebildet sind oder eine der Scheiben als dämpfende Verbundscheibe ausgeführt ist. Man kann aber auch der Gasfüllung ein stark dämpfendes Gas, beispielsweise ein Edelgas oder auch nur Luft, beimischen. Eine entsprechende Verbesserung erreicht man auch bei dem zweiten Resonanzeinbruch.

I lier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Isolierglaseinheit mit Innenscheibe, Zwischenscheibe mit infrarotreflektierender Beschichtung, zwei Zwischenräumen, Außenscheibe und Abstandshaltern, wobei die Zwischenräume jeder eine Dicke besitzen, die nahe bei, aber unterhalb der Konvektionsgrenze liegt, die in gasleitender Verbindung stehen und die eine Gasfüllung aufweisen, deren Wärmeleitfähigkeit klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllung, ohne Rücksicht auf einen im Frequenzbereich von 100 bis 3 150 Hz sich einstellenden Resonanzeinbruch, aus einem Gas besteht, bei dem die negative Abweichung von einer unter der Annahme senkrechten Einfalls und unendlicher Erstreckung ermittelten Cremer-Kurve für die luftgefüllte isolierglaseinheit im Frequenzbereich von 100 Hz bis w = (W/d) · s-' zumindest um einen Faktor 0,95 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgefüllten Isolierglaseinheit von dieser Cremer-Kurve (w= Frequenz, d = Dicke des Zwischenraumes in cm, s - Sekunde).

2. Isolierglaseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich einstellende Resonanzeinbrüche durch zusätzliche Bedämpfung zumindest teilweise kompensiert sind.

3. Isolierglaseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Bedämpfung, in der Beimischung eines stark dämpfenden Gases zur Gasfüllung besteht, welches außerdem geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

4. Isolierglaseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Bedämpfung in der Ausbildung eines Verbundelements als schlecht wärmeleitendes Dämpfungsglied und/oder in der Ausbildung von Innenscheibe, Außenscheibe und Zwischenscheibe als Verbundglasscheibe besteht.

5. Isolierglaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Innenscheibe und Außenscheibe stark unterschiedliche Massen aufweisen.