DE3205312A1 - Elektronisches schallschutzsystemfenster - Google Patents

Description

• Dlektronisches Schallschutzsystemfenster
• Die Erfindung betrifft ein mehrscheibiges Schallschutzsystemfen ster, dessen innerste Scheibe durch elektromechanische oder piezoelektrische Mittel, was mechanische Schwingung betrifft, zum Stillstand eingesteuert und damit Schalltötung zur Zimmerseite des Fensters erreicht wird.
• Umweltprobleme erhalten vor allem in Großstädten eine immer größere Bedeutung, weil durch sie Gesundheit und Wohlbefinden der Menschen gefährdet werden, was insbesondere für den Lärm gilt, der zu einer ernsten Plage mit gesundheitsschädlichen Auswirkungen geworden ist. Anbetrachts dieser Tatsachenlage erscheint es technisch rückständig, daß man bisher noch nicht über das Stadium der passiven Schalldämmung hinausgegangen ist. Lärmschutz im Wohnbereich erfolgt ja immer noch im wesentlichen nach dem Prinzip, daß man der Schallschwingungen eine möglichst schwere Masse in den Weg stellt, an der sich die Schallenergie aufzehren soll, bei Fenstern, den mit Abstand lärmschutzschwächsten Stelle jedes Hauses, meistens durch zwei oder noch mehr Glasscheiben, wobei die Zwischenräume zwischen den Scheiben zudem noch mit geeigneten Gasen gefüllt sind, die die Schallenergie weniger gut weiterleiten als Luft.
• it solchen passiven Lärmdämmaßnahmen kommt man aber nicht weiter als bis zu einer Schalldämmung von etwa 45 db, wenn sich der onstruktionsmäßige Aufwand in für eine wohnung vertretbarem Rahmen halten soll und das Fenster öffenbar bleiben soll. 45 db Lärm dämmung bedeuten aber, daß darüber hinausgehender Lärm, zum Beispiel Verkehrslärm mit bis zu 90 db, immer noch mit einem Restlärm von 45 db auch das beste solcne, den Lärm mechanisch-passiv dämmend Schallschutzpenster passiert.
• Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die von außen auf ein Fenster treffenden Schallwellen elektrisch-elektronisch abzutasten, durch geeignete technische Mittel, beispielsweise siezoelektrische Fühler oder auch Mikrofone, in einen Steuerstrom umzuwandeln und diesen nach Verstärkung durch einen Amplifier an elektromechanische Wandler, zum Beispiel piezokristallinische oder piezokeramische Elemente, zu leiten, die an der innersten Scheibe angreifen und diese schwingtingsmechanisch zum Stillstand einsteuern, wodurch Schalltötung zur Zimmerseite des Fensters erreicht wurde.
• Ein solches System der technisch-aktiven Schallvernichtung macht zu seinem Betrieb zwar einen gewissen Aufwand an elektrischer Energie erforderlich, doch ist der, da man es bei Schall mit relativ geringer mechanischer Schwingungsenergie zu tun hat, auch seinerseit recht gering und dürfte in der Praxis kaum einige wenige Jatt pro Fenster übersteigen. Angesichts der Störungen und gesundheitlichen Schäden, die Lärm verursachen kann, erscheint aber ein vnergieaufwand von beispielsweise 20 Watt zum Betrieb eines Amplifiers für den Schallschutz der straßenseitigen Fenster einer Joh nung etwa durchaus gerechtfertig, umso mehr, wenn die betreffenden Räume dadurch vielleicht überhaupt erst schallungestört bewohnbar werden.
• Für ein solches System der aktiven Jchalldämmung sind-nalurzemäß die verschiedensten technischen Anordnungen denkbar. Bescnrieben sei hier nachfolgend eine, die sich unter anderem durch ihre ~in fachheit und ihren hohen Jirkungsgrad empfiehlt. Die Zeichnung 1 zeigt diese Anordnung mit der Außenscheibe 1 eines Systemfensters, der Innenscheibe 2, dem Amplifier 3, dem pieæoelektrischen Füüler 4, dem piezoelektrischen Reaktor 5, den elektrischen Zulei tungen 6, deren Elektroden 7 und dem Rahmen 8, in den das in diesein Fall zweischeibige Verbundfenster eingesetzt ist.
• Der piezoelektrische Fühler 4 und der piezoelektrische Reaktor 5, die ebenso aus einem piezoelektrischen Kristall wie aus Piezokeramik bestehen können, sind im dargestellten Beispielsfall in ihrer Querdimension so bemessen, daß sie die beiden Scheiben 1 und 2 um einige Millimeter auseinanderspreizen, nach außen ausbeulen, so daß die beiden Piezoelemente und die beiden Scheiben unter einem wechselseitigen mechanischen Druck- beziehungsweise Spannungszustand stehen. Die Funktionsweise dieses Systems ergibt sich dann, wenn man sich vergegenwärtigt, daß Schall ja eigentlich aus einer raschen Folge von mehr oder weniger rhythmischen Luftverdichtungen und Luftverdünnungen besteht, wie folgt: trifft von außen eine Luftverdichtung, sozusagen der halbe, positive Teil einer Schallwelle, auf die Außenscheibe 1 des Verbundfensters, so wird der piezoelektrische Fühler 4 ein wenig mehr gedrückt, als er ohnenin durch den mechanischen Spannunsgdruck der beiden Scheiben 1 und 2 gedrückt wird, die er gemeinsam mit dem piezoelektrischen Reaktor 5 leicht spreizt. dadurch erzeugt er piezoelektriscn einen Stromstoß, hier Teil eines kontinuierlizehen Steuerstromes. Dieser wird in den Amplifier 3 geführt, von diesem verstärkt und zu dem piezoelektrischen Reaktor 5 geleitet.
• An diesem piezoelektrischen Reaktor 5 sind die Pole so gelegt, daß sich dieser unter der aus demAmplifier 3 verstärkt kommenden Stromstoß in der Ouerdimension ein wenig zusammenzieht. Dies bewirkt, daß sich der Abstand zwischen den bei beiden Scheiben 1 und 2 entsprechend verringert. Sofern der Amplifier 3 in seiner Stromverstärkung optimal ausgesteuert wird, bewirkt dies, daß sich, wenn die Außenscheibe 1 durch Schalleinwirkung einwärts gedrückt wird, der Abstand zwischen den beiden Scheiben genau im selben lVaße, meistens nur um den Bruchteil eines Millimeters, verringert, wodurch die Innenscheibe 2 relativ zu der Luft in dem hinter dem Systemfenster liegenden Raum zum Stillstand kommt und Schalltötung zum Raum hin erreicht wird. Man könnte auch sagen, daß der piezoelektrische Reaktor 5, sofern richtig, das heißt möglichst optimal, ausgesteuert, wie ein Auffangpuffer wirkt, der in solcher Art und Stärke im Rhythmus der von außen an das Systemfenster gelangenden Schallwellen schwingt, daß die innenscheibe 2 gegenüber dem hinter dem Systemfenster Raum und der Luft darin zum. Stillstand kommt. Noch anders ausgedrückt, je mehr die Außenscheibe 1 durch Luftverdichtung aus der positiven Shase einer Schallwelle einwärts gedrückt wird, desto mehr verkürzt sich durch die angelegte Spannung der piezoelektrische reaktor 5, und auf die Innenscheibe 2 wird deshalb durch den piezoelektrischen Reaktor 5 stets-derselbe mechanische Druck ausgebt, aGal ob die 'ußenscheibe 1 unter nem einfluß einer von au-;3enauf sie auftreffenden Schallwelle einwärts oder auswärts schwingt.
• 7 Für dieses Ausführungsbeispiel des Erfnndun.=sgedankens eines elektronischen Schallschutzfenstersystems läßt sich naturgemäß eine vielzahl von lTarianten und Alternativen angeben. So können die elektronischen Fühler 4 statt aus piezoelektrischen Elementen kristallinischer oder keramischer Art auch aus Mikrofonen oder ähnlichen Mitteln zum Umwandeln von Schallschwingungen in elektrische :fechselströme bestehen. Zwischen den Scheiben 1 und 2 eines Schallschutzsystemfensters können auch mehrere niezoelektrische Fühler 4 vorgesehen sein, mit mehreren jeweils paarig zusammengehörenden piezoelektrischen Reaktoren 5. Die piezoelektrischen Elemente 4 und 5 brauchen nicht zwischen die beiden Scheiben 1 und 2 eingeklemmt zu sein, in solcher Art, daß sie die beiden Scheiben 1 und 2 sDreizend ausbeulen, sondern können an den Oberfläche der beiden Scheiben 1 und 2 auch angeklebt oder angeschmelzen sein. Der piezoelektrische Fühler 4 und der piezoelektrische Reaktor 5 können sogar in einem piezoelektrischen Element, Kristall oder Keramikblock, vereint sein, natürlich mit voneinander isolierten Elektroden. Oder piezoelektrische Fühler 4 und piezoelektrische Reaktoren 5 können hintereinander oder übereinander angeordnet sein. Ebenso können die elektrischen Zuleitungen zu den piezoelektrischen Fühlern 4 und von den piezoelektrischen Reaktoren 5 dort, wo sie über die Oberflächen der Scheiben 1 und 2 führen, aus aufgedampftem, aufgeklebtem oder sonstwie fest auf die Scheibe aufgebrachtem elektrisch leitenden Metall besteneun. mehrere Steuerströme von elektrischen Hihlern 4 können von ein und demselben Amplifier 3 verstärkt werden. Und es lassen sich außer piezoelektrischen Reaktoren 5 noch andere elektromemechanische wandler, beispielsweise nach dem System eines magnetischen oder dynamischen Lautsprechers denKen, um die Innenscheibe 2 des vorgeschlagenen Schallschutzsystemfensters in den Stillstand einzusteuern.
• Die technischen Folgerungen und Auswirkung des vorgeschlagenen telektronischen Schallschutzfenstersystems sind noch gar nicht zelle abzusehen. Als Beispiel sei hier nur noch erwähnt, daß ja immer noch die Schalldurchlässigkeit des Fensterrahmens 8 bliebe, auch wenn es gelingt, die Innenscheibe 2 selbst schallschwingungsinechanisch zum Stillstand einzusteuern und dadurch schalltot zu machen. Hier zeichnen sich gänzliche neue Möglichkeiten der Lärmdämmung ab, wenn man beispielsweise durch ents#rechende Regelung des Amplifiers 3 die piezoelektrischen Reaktoren 5 bewußt übersteuert. Von der Innenscheibe 5 ginge dann eine Schallwelle in das Zimmer hinter dem Fenster hinein, die um genau eine halbe Phase gegen über dem Restschall verschoben wäre, der durch den Fensterrahmen dringt, zu ihm gegenphaslgen Schall ergibt. Bei einer im Zimmer stehenden Person würden dann, wenigstens theoretisch, gleichzeitig eine durch Schall bewirkte Luftverdichtung und tuftverdünnung anlangen und sich durch Interferenz aufheben.
• Ferner ergeben sich durch die nunmehrige elektronische Regelbar-'seit der Schalldämmung noch ganz andere, psychologische Vorteile aufgrund der neuen technischen Möglichkeiten, So könnte etwa eine person, auf die ein gänzlich schalltoter Raum seelisch eher belastend wirkt, die Schalldämmung durch das elektronische Schallschutzfenstersystem so einstellen, daß beispielsweise noch die Hälfte, ein Viertel oder jeder sonst gewünschte Anteil des außen erauschpegels ins Zimmer gelangt.
• 7erblüffenderweise könnte das vorgeschlagene elektronische Schallschutzfenstersystem sogar psychologisch noch dann nützen, wenn es technisch-elektrisch ganz ausgeschaltet ist, weil bei Lärm belästigung eines der psychologisch belastendsten Momente ist, daß man dem Lärm unentrinnbar ausgeliefert ist. Wird dieser Lärm abschaltbar, so verliert er psychologisch einen seiner Hauptschrecken, rein durch das Bewußtsein der nunmehr vorhandenen technischen Möglichkeit' zum jederzeitigen, sogar beliebiggradigen Abstellens des Lärms.
• An zusätzlichen Investitionskosten fallen bei dem vorgeschlagenen elektronischen Schallschutzsystemfenster zwar vor allem die Kosten für den Amplifier an, doch lassen sich diese leicht dagegen aufrechnen, was dadurch eingespart wird, daß anstelle eines höchst kostenaufwendigen, in orthodoxer Weise stark schalldämmenden Kastenfensters nunmehr ein in seiner baulich-mechanischen Ausführung einfaches, normales Fenster genügt.
• ias hingegen die laufenden Betriebskosten betrifft, so wird man, wenn man den Lärm statt mit den althergebrachten unzureichenden statisch-mechanischen mit modernen elektronischen Mitteln bekämpfen will, sowieso nicht mehr lange um einen gewissen, relativ eringen Aufwand an elektrischer Energie herumkommen, schon gar nicht, wenn nach einem dem Bakteriologen und Nobelpreisträger Robert Koch zugeschriebenen Anspruch der Mensch den Lärm eines Tages ebenso unerbittlich wird bekämpfen müssen wie die Cholera und die Pest.

Claims (14)

1. @atentansprüche 1. Schallschutz#ystemf-enster, dadurch gekennzeichnet, daß an ihm elektrisch/elektronische Mittel vorgesehen sind, welche die von außen an die Außenscheibe (1) dringenden Schallwellen durch elektrische und/oder elektronische Fühler, beispielsweise ;dkrofone oder piezoelektrische Elemente, abtasten, in elektrische Schwingungen eines Steuerstroms umwandeln, diesen zu einem Verstärker (3) leiten und, von diesem zu einem Arbeitsstrom verstärkt, #iezoelektrischen und/oder anderen elektromechanischen Wandlern zuführen, die in solcher Art riechanisch an der Innenscheibe (2) angreifen, daß im halle optimaler Aussteuerung schwingungsmechanischer Stillstand der Innenscheibe (2) und damit Schalltötung der von außen an das Schallschutz verbundfenster dringenden Schallwellen zur Zimmerseite-des Fensters erreicht wird.
2. 2. Sc~allschutzsystemfenster nach Anspruch 1, dadurch g?kennzeichnet, daß der oder die elektrischen M~uhler zum Abtasten der von außen an die Außenscheibe (1) dringenden Schallwellen aus einem oder mehreren niezoelektrischen Kristallen oder niezokeramischen Elementen bestehen.
3. 3. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Fühler zum Abtasten der von außen her an die Außenscheibe (1) dringenden Schallwellen s mikrofonen oder ähnlichen Mitteln zur Umwandlung von Schallschwingungen der Luft in elektrische ilechselströme bestehen.
4. 4. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen oder piezokeramischen wthler (4) zwischen den beiden Scheiben (1 und 2) des Verbundfensters eingeklemmt, eingeklebt, ein- oder angeschmolzen oder sonstwie befestigt sind.
5. 5. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch zenennzeichnet, daß die zwischen die beiden Scheiben (1 und 2) eingefügten piezoelektrischen D#jhler (4) in ihrem )uerschnitt so dimensioniert sind, daß sie die beiden Scheiben (1 und 2) an der Einklemmstelle leicht auseinanderspreizen.
6. 6. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur mechanischen Schwin-Jungsdämpfung der Innenscheibe (2) aus einem oder mehreren niezoelektrischen Kristallen, piezokeramischen Blöcken oder sonstigen piezoelektrischen Mitteln, hier als piezoelektrisehe Reaktoren (5) bezeichnet, bestehen, die zwischen die beiden Scheiben (1 und 2) des Schallschutzverbundfensters eingeklemmt, eingeklebt, an sie angeschmolzen oder in sonstiger Vrt fest an den Scheiben (1 und 2) befestigt sind.
7. 7. Schallschutzsysteinfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokristallinischen oder piezokeramischen Reaktoren (5) in ihren Dimensionen so bemessen sind, daß sie die beiden Scheiben (1 und 2) an der Ein-Irlemmstelle leicht auseinanderspreizen.
8. 8. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Fühler (4) und die piezoelektrischen Reaktoren (5) nebeneinander angeordnet sind.
9. 9. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Fühler (4) und die piezoelektrischen Reaktoren (5-) hintereinander oder bereinander angeordnet sind.
10. 10. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an ein und demselben Schallschutzerbundfenster zwischen den zwei oder mehr Glasscheiben (1 und 2) mehrere piezoelektrische Fühler (4) und dazugehörige piezoelektrische Reaktoren (5) vorgesehen sind.
11. 11. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingstärke und Schwingweite des beziehungsweise der piezoelektrischen oder sonstigen Reaktoren (5) durch Regelung des Verstärkers (3) regelbar ist.
12. 12. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Zuleitungen (6) von den piezoelektrischen Fühlern (4) zum Verstärker (3) und von diesem zu den piezoelektrischen Reaktoren (5) aus auf die Innenseite der Außenscheibe (1) oder der Innenscheibe (2) aufgedampftem, aufgeklebtem oder sonstwie fest auf die Glassoheibenoberfläche aufgebrachtem elektrisch leitendem tIetall bestehen.
13. 13. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerströme mehrerer piezoelektrischer Fühler (4), gegebenenfalls auch an mehreren einzellen Schallschutzverbundfenstern, durch ein und denselben Verstärker (3) verstärkt und an ihre zugehörigen piezoelektischen Reaktoren (5) geleitet werden.
14. 14. Schallschutzsystemfenster nach Anspruch 1, 2 und 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7) der piezoelektrischen Fijhler (4) und der piezoelektrischen Reaktoren (5) sich an ein und demselben piezoelektrischen Kristall oder dem niezokeramischen Element befinden, was elektrische Leitung betrifft isoliert und voneinander getrennt, also beide über ein gemeinsames piezoelektrisches Element wirken, das dadurch sowohl als piezoelektrischer Fühler (4) als auch als piezoelektrischer Reaktor (5) fungiert.