DE2946392A1 - Schallisolierendes gebaeude- oder konstruktionselement - Google Patents

Schallisolierendes gebaeude- oder konstruktionselement

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein schallisolierendes Gebäudeoder Konstruktionselement.
Die Isolierung einer undurchlässigen Platte gegenüber Luftschall wird hauptsächlich durch die Masse, d.h. durch das Gewicht pro Flächeneinheit der Platte bestimmt.
Ein Aufbau aus zwei undurchlässigen Platten, die über einen Luftzwischenraum im Abstand voneinander angeordnet sind, entspricht grundsätzlich einem mechanischen Schwingkreis aus zwei über eine Feder miteinander verbundenen Massen. Je breiter der Luftzwischenraum ist, umso elastischer ist die Feder und umso grosser ist die Schallisolierfähigkeit des zusammengesetzten Aufbaues.
Dieses Massenfedersystem zeigt eine merkliche Resonanz bei einer Schallfrequenz, der sog. Grundresonanzfrequenz, die durch die Masse pro Flächeneinheit der Platten und die Breite des Luftzwischenraumes bestimmt ist. Bei Frequenzen, die merklich unter der Grundresonanzfrequenz liegen, verhält sich der Aufbau wie eine einzige Platte mit einer Masse und Steifigkeit gleich der Gesamtmasse und Steifigkeit der beiden Platten, die den Aufbau bilden. Bei Frequenzen, die beträchtlich über der Grundresonanzfrequenz liegen, liefert die Doppelwand jedoch eine wesentlich höhere Schallisolierung als eine einzelne Platte mit dieser Gesamtmasse. Innerhalb eines Frequenzbereiches in der Nähe der Grundresonanzfrequenz liefert die Doppelkonstruktion eine schlechtere Schallisolierung, so dass es aus diesem Grunde wichtig ist, dafür zu sorgen, dass die Grundresonanzfrequenz so niedrig wie möglich,vorzugsweise unter 250 Hz und insbesondere unter 100 Hz liegt. Ein beträchtlicher Nachteil der bekannten Doppelwandkonstruktion mit guten Schallisolier-
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eigenschaften besteht darin, dass die Steifigkeit und die mechanische Festigkeit der Konstruktion bezogen auf die Gesamtstärke der Konstruktion sehr gering und oftmals kleiner als die Steifigkeit und mechanische Festigkeit einer homogenen einzelnen Platte mit demselben Gewicht pro Flächeneinheit sind.
Wenn der Luftzwischenraum der aus zwei Platten gebildeten Konstruktion durch ein leichtes, jedoch steifes Material, durch das die beiden Platten miteinander verbunden sind, beispielsweise durch ein Bindemittel, ersetzt wird, nehmen die Steifigkeit und die mechanische Festigkeit extrem stark zu, nimmt jedoch gleichzeitig die Schallisolierung ab, da die Konstruktion dann akustisch nahezu wie eine einzelne Platte wirkt.
Die Erfindung betrifft Gebäudeelemente, bei denen eine hohe Steifigkeit und hohe mechanische Festigkeit mit guten Isoliereigenschaften gegenüber Luftschall verbunden sind. Das erfindungsgemässe schallisolierende Gebäude-oder Konstruktionselement ist gekennzeichnet durch ein erstes inneres dickes Plattenelement, das im wesentlichen wenigstens gegenüber Kräften steif oder starr ist, die quer zu den Hauptoberflächen des Elementes gerichtet sind, wobei das erste innere Element eine grosse Anzahl von Innenhohlräumen aufweist, durch ein zweites inneres steifes Plattenelement, das dünn und im wesentlichen luftdurchlässig
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ist und das einen Elastizitätsmodul von mehr als 10 N/m hat, sowie mit einer der Hauptflächen des ersten inneren Elementes verbunden ist, und durch ein äusseres im wesentlichen undurchlässiges Plattenelement, das in der Nähe unter einem kleinen Abstand vom zweiten inneren Element derart angeordnet ist, dass im wesentlichen das gesamte äussere Element im wesentlichen frei bezogen auf das zweite innere Element schwingen kann, wobei die zweite Hauptfläche des ersten inneren Elementes mit einem Plattenmaterial
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mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 10 N/m verbunden und im wesentlichen luftundurchlässig sein kann, oder wobei das erste innere Element ähnlich wie das zweite innere Element luftdurchlässig sein kann und über einen Luftzwischenraum mit einem äusseren im_ wesentlichen undurchlässigen Plattenelement verbunden sein kann.
Bei dem erfindungsgemässen Gebäudeelement bilden das erste innere Element und die Elemente mit hohem Elastizitätsmodul, die mit jeder Seite des ersten inneren Elementes verbunden sind, gemeinsam ein Grundelement mit einer hohen Steifigkeit, so dass sich ein Gebäudeelement mit der gewünschten mechanischen Festigkeit und Steifigkeit ergibt. Das erste und vorzugsweise leichte innere Element kann von einer Platte oder einer Schicht von Mineralfasern gebildet sein, wobei der Hauptteil der Fasern im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Gebäudeelementes verläuft, dieses erste Element kann jedoch auch von einer Platte aus einem steifen Kunststoffschaum oder einem ähnlichen Material mit miteinander verbundenen Poren,beispielsweise aus einer Polyurethanschaumplatte oder aus einer Platte oder Schicht mit einem Aufbau gebildet sein, der ähnlich einer Wabenstruktur oder analog zu einer Wabenstruktur ist. Im zuletzt genannten Fall können die Hohlräume in der Wabenstruktur leer, d.h. mit Luft gefüllt oder mit irgendeinem geeigneten porösen Material mit miteinander verbundenen Poren vorzugsweise einem elastischen oder weichen Material mit hoher Schallabsorptionsfähigkeit, beispielsweise mit einem ela ;;: i sehen Kunststoff schaum, gefüllt sein.
Das zusammengesetzte Gebäudeelement kann als ein Element angesprochen werden, das einem I-Träger entspricht, wobei das erste innere Element den Steg des Trägers wiedergibt,
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während die beiden mit jeder Seite des ersten inneren Elementes verbundenen Platten die Flansche des Trägers wiedergeben.
Die Hohlräume im ersten inneren Element, deren Gesamtvolumen vorzugsweise wenigstens 90 % des Gesamtvolumen des Elementes beträgt, sollten mit Luftdurchlässen in der luftdurchlässigen Platte in Verbindung stehen, so dass die Luft in den Hohlräumen zur Schallisolierung des Gebäudeelementes ausgenutzt wird. Bei einem mechanischen Schwingkreis, der dem erfindungsgemässen Gebäudeelement entspricht, entspricht die Luft in den Hohlräumen des ersten inneren Elementes einer Feder, die in Reihe zu der Feder geschaltet ist, die die Luft im Luftzwischenraum zwischen dem luftdurchlässigen Element und dem äusseren undurchlässigen Element wiedergibt. Dieser Luft·1-zwischenraum kann relativ schmal sein und hat im allgemeinen eine Breite von höchstens 10 mm, vorzugsweise von höchstens 5 mm. Vorzugsweise hat das erste innere Element von sich aus gleichfalls eine hohe Schallabsorptionsfähigkeit.
Das äussere undurchlässige Element kann mit dem luftdurchlässigen Element über steife oder elastische Abstandseleraente verbunden sein, die in einem grossen Abstand voneinander angeordnet sind und gemeinsam verglichen mit der Gesamtfläche des Gebäudeelementes eine kleine Fläche einnehmen. Die Verbindung"kann punktweise oder längs Verbindungslinien vorgesehen sein. Zwischen den Verbindungspunkten oder Verbindungslinien kann der LuftZwischenraum leer oder von einem weichen porösen luftdurchlässigen Material, beispielsweise einem elastischen Kunststoffschaum mit offenen Verbindungsporen, eingenommen sein. Im zuletzt genannten Fall wird u.a. ein direkter Kontakt zwischen dem äusseren Element und dem luftdurchlässigen Element beispielsweise dann ver-
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mieden, wenn das Element einem äusseren Druck ausgesetzt ist. Es ist auch möglich, statt mittels der Abstandselemente, die gemeinsam eine kleine Fläche relativ zur gesamten Hauptfläche des Gebäudeelementes einnehmen, das äussere undurchlässige Element mit dem luftdurchlässigen Element nur mittels einer dünnen Schicht aus einem porösen weichen luftdurchlässigen Material, beispielsweise aus einem elastischen Kunststoffschaum mit offenen Poren zu verbinden.
Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einem schallisolierenden Gebäude-oder Konstruktionselement, das eine Anzahl paralleler Plattenelemente aufweist, von denen ein erstes inneres dickes Element steif ist und eine Vielzahl von inneren Hohlräumen aufweist, ein zweites inneres steifes Element im wesentlichen luftdurchlässig ist und mit einer Hauptfläche des ersten inneren Elementes verbunden ist,und ein äusseres undurchlässiges Element in einem geringen Abstand vom zweiten inneren Element derart angeordnet ist, dass im wesentlichen das gesamte äussere Element frei bezogen auf das zweite innere Element schwingen kann, wobei die andere Hauptfläche des ersten inneren Elementes mit einem Plattenmaterial mit einem
9 2 Elastizitätsmodul von mehr als 10 N/m verbunden ist und das erste innere Element im wesentlichen luftundurchlässig sein kann,oder wobei das erste innere Element ähnlich wie das zweite innere Element luftdurchlässig sein kann und über einen Luftzwischenraum mit einem äusseren im wesentlichen undurchlässigen Plattenelement verbunden sein kann.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
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Fig. 1 zeigen bekannte Gebäudelemente. bis 3
Fig. 4 zeigen ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gebäudeelementes oder Konstruktionswandelementes.
Fig. 6 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gebäudeelementes oder Konstruktionswandelementes.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht ein bekanntes Gebäudeelement aus einer einzelnen dünnen steifen Platte 1, die dicht oder undurchlässig ist, d.h. die keine durchgehenden Luftdurchlässe in einer grossen Anzahl aufweist. Dieses Element wird gewöhnlich als leichte Einzelwand bezeichnet. Bezogen auf den ankommenden Schall P1 an einer Hauptfläche des Elementes hat der von der gegenüberliegenden Hauptfläche ausgehende Schall P2 nur eine etwas kleinere Amplitude, was bedeutet, dass die Schallisolierfähigkeit dieses Elementes gering oder mittelmässig ist. Ein mechanisches Schwingungssystem, das diesem Element entspricht, umfasst im wesentlichen nur eine Masse, die dem Gewicht pro Flächeneinheit des Elementes entspricht.
Das in Fig. 2 dargestellte Wandsystem umfasst zwei dünne dichte, d.h. undurchlässige Platten 1 und 2, die mit einem Zwischenraum 3 im Abstand voneinander angeordnet sind, der mit Luft gefüllt ist. Dieses System entspricht einem mechanischen Schwingkreis aus zwei Massen, die über eine weiche Feder miteinander verbunden sind, die die Luft wiedergibt, die zwischen den Platten eingefangen ist. Dieses doppelwandige Element hat eine hohe Schallisolierfähigkeit, verglichen mit der einzelnen Wand, die in Fig. 1 dargestellt ist, so dass der herausgehende Schall P3 wesentlich kleiner als der Schall P1 bei Frequenzen über
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der Grundresonan;frequenz des Systems ist. Die Steifigkeit und mechanische Festigkeit des Elementes ist jedoch für viele Anwendungszwecke nicht zufriedenstellend.
Eine Verbesserung wird diesbezüglich durch den in FigT 3 dargestellten Aufbau erzielt, bei dem der Luftzwischenraum 3 durch eine relativ starke Schicht oder Platte 4 aus einem steifen oder starren Kunststoffschaum ersetzt ist, mit dessen Hauptseiten oder Hauptflächen dichte dünne steife Platten 1 und 2 verbunden oder verleimt sind. Das in dieser Weise erhaltene System entspricht einem schwingenden System aus zwei Massen, die über zwei parallel geschaltete Federn miteinander verbunden sind, von denen eine den Luftinhalt der Platte 4 aus geschäumtem Kunststoff wiedergibt, während die andere die Eigenelastizität des Kunststoffschaumes der Platte 4 wiedergibt. Die Verbesserung der Steifigkeit und der mechanischen Festigkeit ist jedoch mit einer Verschlechterung der Schallisolierfähigkeit der Konstruktion verbunden, so dass der herausgehende Schall P4 nicht wesentlich kleiner als der Schall P1 ist, was der Tatsache zugeschrieben werden kann, dass sich der zusammengesetzte Aufbau tatsächlich im wesentlichen wie eine steife oder starre einzelne Platte verhält.
In den Fig. 4 und 5 ist ein repräsentativer Teil eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Gebäude- oder Konstruktionselementes dargestellt, das die hohe Steifigkeit und mechanische Festigkeit mit einer hohen Isolierfähigkeit gegenüber Luftschall verbindet. Das Element kann u.a. als oder für eine Wandkonstruktion verwandt werden und weist ein erstes inneres dickes Element 10 mit Innenhohlräumen auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieses Element aus Mineralfasern, die im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene des Elementes orientiert.
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sind, es kann jedoch auch von einer steifen porösen Kunststoff- oder Kunstharzschicht oder einer steifen porösen Kunststoff- oder Kunstharzplatte mit inneren miteinander verbundenen Poren, beispielsweise aus einer Polyurethan-Kunststoff schaumplatte, aus einer Honigwabenkonstruktion, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, oder aus ähnlichem gebildet sein. Mit einer Hauptseite des Elementes 10 ist eine dünne dichte steife Platte 2 verbunden (verleimt), während eine steife Platte 5 mit einer grossen Anzahl von in geeigneter Weise gleichmässig verteilten Bohrungen 6 mit der gegenüberliegenden Seite des Elementes 10 verbunden (verleimt) ist.
Mit Hilfe einer Anzahl von Abstandselementen 9 ist eine dünne dichte äussere Platte 7 mit der Platte 5 über einen kleinen Zwischenraum oder Luftspalt 8 verbunden, der eine Breite von einem oder wenigen Millimetern haben kann. Die Abstandselemente 9 sind in Form von im Abstand voneinander vorgesehenen Stegen oder Streifen vorgesehen, die gleichmässig über die Hauptfläche des Wandelementes verteilt sind, sie können jedoch auch eine andere Form haben und beispielsweise von schmalen langgestreckten oder kurzen Elementen gebildet sein, die Verbindungszonen oder -punkte in einem grossen gegenseitigen Abstand bilden. Die Verbindung zwischen den Abstandselementen 9 und der steifen Platte 5 sowie der Platte 7 kann beispielsweise durch Verleimen erfolgen. Das Plattenelement 7 kann wahlweise aus einem steifen oder elastischen Material bestehen, ist jedoch vorzugsweise aus einem Material rr.it einer hohen Dichte gebildet.
Der mechanische Schwingkreis, der dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Gebäudeelement entspricht, umfasst zwei
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Massen, die den Platten 2 und 7 entsprechen und die über eine Reihenschaltung aus einer ersten Feder, die der Luft im Luftzwischenraum 8 entspricht, und aus einer zweiten Feder miteinander verbunden sind, die der Luft im inneren Element 10 entspricht, deren Innenhohlräume oder Poren mit dem Luftzwischenraum 8 in Verbindung stehen.
Die Grundresonanzfrequenz dieses Systems ist niedrig und seine Schallisolierfähigkeit ist gut, so dass der herausgehende Schall P4 wesentlich kleiner als der Schall P1 innerhalb eines breiten Frequenzbereiches ist.
Wenn die Platte 5 dicht, d.h. luftundurchlässig ist, wird nur der schmale Luftzwischenraum 8 die Grundresonanzfrequenz bestimmen, die in diesem Fall viel höher wäre.
Was die luftdurchlässige steife Platte 5 anbetrifft, so kann diese trotz der Tatsache, dass sie in Fig. 4 als metallische Platte dargestellt ist, je nach den Erfordernissen einen anderen Aufbau haben. Sie kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Kunstharz, einem speziell verstärkten Kunststoff oder Kunstharz, aus einem Metallnetz oder -gitter usw. bestehen.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Konstruktionselementes dargestellt, das sich von dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass das erste innere Element 10, das beim ersten Ausführungsbeispiel aus einer Glasfaserschicht bestand, durch eine Wabenkonstruktion 10' ersetzt ist, deren Hohlräume mit Luft oder einem porösen Material gefüllt sein können, das in der oben erwähnten Weise eine hohe Schallabsorptionsfähigkeit hat, und dass die gemäss Fig. 4 und 5 vorgesehenen Streifen 9 durch kurze einzelne
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Abstandselemente 9" ersetzt sind, die gleichmässig über die gesamte Hauptebene des Elementes verteilt sind.
Was das Element 2 sowie das Element 5 anbetrifft, so sollte der Elastizitätsmodul gemessen in der Ebene des
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Elementes wenigstens 10 N/m , vorzugsweise wenigstens
10 N/m- und insbesondere wenigstens 2 χ 10 N/m betragen. Die Stärke der verschiedenen Platten oder Elemente des erfindungsgemässen Konstruktionswandelementes kann innerhalb der unten angegebenen Bereiche gewählt werden, '..obe I diese Bereiche insbesondere für den Fall gültig sind, dass die Elemente 2, 5 und 7 aus Metallplatten, beispielsweise aus Eisen- oder Stahlplatten bestehen:
Element 2 : 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm;
Element υ : 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 2 nun;
Element 7 : 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 2 bis 4 nun;
Element TO: ?.'■) bis 150 mm, vorzugsweise 25 bis 100 mm.
Wenn für di^ Elemente 2, 5 und 7 ein leichteres Material als Meta'1 verwandt wird, kann die Stärke der jeweiligen Elemente grosser sein. Das trifft insbesondere für das äussere ülemcat 7 zu, für das viele verschiedene Materialien verwandt werden können. Das Element 7 kann beispielswe:se aus einer Kunststoffplatte oder aus einer Spanplatte, aus einer starken Pappe oder aus starkem Karton, aus einer Faserplatte, einer Gipsplatte, einer flexiblen Kunststo fei in usw. bestehen. Der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellte Aufbau ist nicht symmetrisch, was bedeutet, dass die 1 .. : uen Hälften auf jeder Seite der Zwischenebene
11 in Fi 4 durch das innere Element und parallel zur Hauptebe: des Konstruktionselementes grundsätzlich voneinander verschieden sind. Für gewisse Anwendungszwecke kann jedocii ein symmetrischer Aufbau, d.h. ein Aufbau
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bevorzugt sein, der aus zwei gleichen Hälften auf beiden Seiten der Zwischenebene besteht, wobei jede der beiden Hälften grundsätzlich gleich dem Teil der Konstruktion ist, der auf der linken Seite der Zwischenebene 11 in Fig. 4 dargestellt ist.
Das erfindungsgemässe Gebäude - oder Konstruktionselement kann in verschiedenen Verbindungen, beispielsweise in einer Wandkonstruktioh oder als Wandkonstruktion in Gebäuden, Schiffen, Fahrzeugen, Vorrichtungen, Maschineninstallationen usw. verwandt werden, bei denen eine gute Schallisolierung und eine hohe mechanische Festigkeit wichtige Erfordernisse sind.
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ORK3INAL INSPECTED

Claims (8)

  1. PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
    ΟΛ. 'NG
    H. KINKELDEY V W. STOCKMAIR
    ■ OH ING /WeiCALTtO·
    K. SCHUMANN
    LTH Rf« NAT DM1U WVS
    P. H. JAKOB
    »PL ING
    G. BEZOLD
    Ort HCH NAl On CHCM
    8 MÜNCHEN
    MAXIMILIANSTRASSE «3
    16. Nov. 1979 ρ 14 447
    Ingeinanssons Ingenjörsbyra AB
    Box 53037
    S-4-00 14 Göteborg
    Schallisolierendes Gebäude-oder Konstruktionselement
    PATENTANSPRÜCHE
    Λ j Schallisolierendes Gebäude-oder Konstruktionselement mit einer Anzahl von Plattenelementen, die nebeneinander und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, gekennzeichnet durch ein erstes inneres dickes Plattenelement (10, 10")/ das im wesentlichen steif oder starr bezüglich wenigstens derjenigen Kräfte ist, die quer zu den Hauptflächen des Elementes gerichtet sind, wobei das erste innere Element eine grosse Anzahl von Innenhohlräumen aufweist, durch ein zweites inneres steifes Plattenelement (5), das dünn und im wesentlichen luftdurchlässig ist, einen Elastizi-
    ORIGINAL INSPECTED
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    TELEFON (Οββ) 99 98 «9 TELEX Οβ-9β3βΟ TELEORAMME MONAPAT TELiKOWERBK
    9 2
    tätsmodul von mehr als 10 N/m hat und mit einer der Hauptflächen des ersten inneren Elementes (10, 10') verbunden ist,und durch ein äusseres im wesentlichen undurchlässiges Plattenelement (7), das in der Nähe in einem kleinen Abstand vom zweiten inneren Element (5) derart angeordnet ist, dass im wesentlichen das gesamte äussere Element (7) im wesentlichen frei bezüglich des zweiten inneren Elementes (5) schwingen kann, wobei die zweite Hauptfläche des ersten inneren Elementes (10, 10') mit einem Plattenmaterial (2) mit einem Elastizitätsmodul
    9 2
    von mehr als 10 N/m verbunden . und das erste innere Element (10, 10') im wesentlichen luftundurchlässig sein kann oder wobei das erste innere Element (10, 10') ähnlich wie das zweite innere Element (5) luftdurchlässig und über einen Luftzwischenraum mit einem äusseren im wesentlichen undurchlässigen Plattenelement verbunden sein kann.
  2. 2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das erste innere Element (10) aus einer Platte oder Schicht aus Mineralfasern beste :t, deren Hauptteil im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Gebäudeelementes verläuft.
  3. 3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste innere Element (10) aus einem steifen porösen Material, das miteinander verbundene Poren aufweist, beispielsweise aus einem Kunststoff schaum, insbesondere aus Polyurethanschaumstoff, besteht.
  4. 4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das erste innere Element aus einem Material mit einer Honigwabenstruktur besteht.
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    deren Hohlräume mit Luft oder mit einem porösen Material mit hoher Schallabsorptionsfähigkeit gefüllt sind.
  5. 5. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite innere Element (5) aus einer steifen Platte mit einer grossen Anzahl von gleichmässig verteilten Bohrungen besteht.
  6. 6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Plattenelement (7) mit dem zweiten inneren Element (5) mittels steifer oder elastischer Abstandselemente an Flächenbereichen im Abstand voneinander verbunden ist, die gemeinsam verglichen mit der Gesamthauptfläche des Elementes einen kleinen Flächenbereich einnehmen.
  7. 7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass das äussere Plattenelement mit dem zweiten inneren Element im wesentlichen nur mittels einer dünnen Schicht aus einem weichen porösen Material, vorzugsweise aus einem Kunststoffschaum mit offenen Poren, verbunden ist.
  8. 8. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass das weiche poröse Material, beispielsweise der Kunststoffschaum, im Zwischenraum zwischen den Abstandselementen vorgesehen ist.
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