DE3412921A1

DE3412921A1 - Schalldaemmelement

Info

Publication number: DE3412921A1
Application number: DE19843412921
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Härtling (FH), 5450 Neuwied; Fritz Prof. Dipl.-Phys. 5000 Köln Rostock
Original assignee: Basaltin & Co GmbH
Current assignee: Basaltin & Co GmbH
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1985-10-17

Description

GP 523

Beschreibung

Bekanntlich verhalten sich Schallwellen nach den von HVYGHENS und SNELL aufgestellten grundsätzlichen Prinzipien für Wellenbewegungen, d.h. im gleichen Medium schreiten sie geradeaus fort, und beim Auftreffen auf ein zweites Medium werden sie ganz oder teilweise reflektiert. Bildet das zweite Medium einen spitzen Winkel mit dem ersten Medium, findet sowohl für den reflektierten Teil des Schallimpulses als auch für denjenigen Teil, der in das zweite Medium eintritt, eine Beugung statt.

Diese Verhaltensweise ist grundlegend für die Schalldämmung. Schalldämmelemente werden vorzugsweise aus porösen Schalldämmstoffen mit einem hohen Absorptionsvermögen hergestellt, wie z.B. Schaumstoff, Steinwolle, Glaswolle, haüfwerksporigeia Leichtbeton usw., die einen hohen Schallabsorptionsgrad aufweisen. Dieser kann noch erhöht werden, indem man sie nach dem Resonatorprinzip locht.

Bei Schalldämmstoffen mit besonders■hohen Absorptionsgrad ist der Reflektionsfaktor entsprechend klein. Schaumstoff .erbringt einen hohen Absorptionsgrad und einen entsprechend geringen Reflektionsfaktor, ist jedoch ohne eine robustere-Verkleidung stark verletzlich. Der Absorptionsgrad von porösem Leichtbeton ist erheblieh geringer, während der Reflektionsfaktor entsprechend größer ist.

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Um die auf das Schal ldämmeilement auf treffende Schallenergie noch vor dem Eintritt in die Schalldämmasse abzuschwächen, bildet man oft die gegen·die Schallquelle ausgerichtete Fläche des Schalldämmelements mit einer waffelartigen Profilstruktur aus, damit die einfallende Schallenergie an den vielen Schrägflächen ■der Profilstruktur reflektiert und in eine, Vielzahl diffuser Elementarwellen aufgelöst werden..Eine solche Schalldämmplatte ist in der DE-GMs 76 37 031 ILLBRUCK ' beschrieben, bei welcher die Profilstruktur des.Ausführungsbeispiels aus einer Vielzahl kreuz und quer hintereinander gereihter Pyramiden beisteht. Der Anmelder verwendet für den Grundkörper der Schalldämmplatte Schaumstoff, dessen Oberfläche er mit einer Kunststoffolie schützt. Für eine Verwendung im Freien, z.B. als Lärmschutz vor einer Autobahn .o.dgl., ist diese Schalldämmplatte wegen ihrer .Verletzlichkeit nicht geeignet.

So wie der Gegenstand der DE-GMS 76 37· 03 sind die bekannten waffelartig strukturierten Schalldämmelemente darauf abgestellt, an der Oberflächenstruktur die einfallende Schallenergie teilweise zu reflektieren und dadurch in eine Vielzahl von einzelnen Elementarwellen aufzulösen, während die restliche Schallenergie' in das Schalldämmaterial eintritt. Um den Durchgang zumindest eines erheblichen Teils dieser Restenergie zu verhindern, muß das Schalldämmelement eine beachtliche Stärke aufweisen. Zudem hat die waffelartige Struktuierung der Plattenoberfläche den Nachteil, daß an einer solchen Wand keine Tapete o.a. angebracht werden kann, und daß die Wand schnell verschmutzt und abbröckelt. Der Vorschlag der DE-GMs 76 3 7 03, die

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Strukturflache mit einer Kunststoffolie abzudecken, schützt zwar gegen Feuchtigkeit, bringt aber keinen Schutz vor Verletzungen.

Wie bereits gesagt, muß die in die Schalldämmasse eindringende Restschallenergie, um hinreichend absorbiert zu werden, einen entsprechenden Weg im Schalldämmstoff durchlaufen, d.h. das Schalldämmelement muß eine dementsprechende Stärke aufweisen. Dieses ist jedoch in den meisten Fällen technisch, räumlich und wirtschaftlieh nicht möglich. Eine Herabsetzung· der Größe der Restschallenergie zu Gunsten der an der Strukturober-. fläche reflektierten Schallenergie führt zu einer Überlagerung der - zwar diffusen - reflektierten Schallenergie und damit zu einer Diffraktion dieser Energie um die Höhen- und Seitenbegrenzungen der Schalldämmanlage herum. Jedoch sind räumliche und wirtschaftliche Grenzen für die Ausdehnung der Anlage seitlich und in der Höhe gesetzt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Schalldämmelement zu schaffen, das auch bei ebenen Flächen und bei einer wirtschaftlich vertretbarer Elementstärke einen für eine wirksame Schallabsorption hinreichend langen Weg-des Restschalls durch die Schalldämmasse gewährleistet. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzt die Erfindung die ReflekfcLerbarkeit und die Refraktion der

Schallimpulse beim Auftreffen auf Mediumsgrenzen aus. ■ Die technische Lösung der Erfindungsaufgäbe ist in den Ansprüchen beschrieben.. '

Der Erfindungsgedanke ist primär darauf abgestellt, einen waffelartig strukturierten Reflektor im Inneren des Schalldämmelements anzuordnen, so daß die an diesem

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Reflektor reflektierten diffusen Schallimpulse seitlich-schräg in der Schalldämmasse hin und her • geworfen w.erden und hier einen Weg durchlaufen, der wesentlich länger ist als der Durchmesser des Schalldämmelements. Dabei wirkt die Begrenzung der.Schalldämmasse bzw. die Begrenzung zwischen zwei'möglichen aufeinander angeordneten unterschiedlichen Schalldämmassen als Mediumsgrenze, an welcher die Stoßrichtung der Schallimpulse refraktieren.

Ein wesentlicher Vorteil an der Erfindung ist, daß das System beidseitig verwendbar ist,"wenn eine symmetrische Struktur, wie z.B. die auf Fig.7 dargestellte, zur Anwendung kommt.

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Ausführunqsbeispiel ·

Anhand der Figuren wird in der Folge ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert. Es zeigen :

Figur 1 die Teilansicht eines mit einem pyramidenstrukturierten ausgebildeten Schallreflektors, perspektivisch gesehen,

Figur 2 den Schnitt X- X des Schallreflektors Figur 1, mit beidseitig aufgefüllter Schalldämmasse und Betonrahmen _ ' (Schnitt Z -Z der Figur 9),

Figur 3 die Teilansicht eines dritten Schallreflektors, dessen einzelne Profilteile walmdachähnlich ausgebildet sind, wobei die Längsreihen der Profilteile eine niedrigere . Profilhöhe aufweisen als die Querreihen;

diese Anordnung bringt eine besonders günstige Streuung der reflektierten Schallimpulse,

Figur 4 das waffelärtige Profil eines Schallreflektors im Sinne der Figur 1, jedoch mit

kegelförmigen Profilteilen, in einer Drauf· sieht,

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Figur 5 zwei Beispiele der Bedeutung des Verhältnisses Höhe zur Grundlinie der einzelnen Profilteile nach-Figur 1 oder 4,

Figur 6 die Teilansicht eines Schalldämmelements, dessen Schallreflektor beidseitig erst mit Schaumstoff und darauf mit ■Schalldämmasse bedeckt ist, im Schnitt wie Figur 2,

Figur 7 einen doppelwandigen Schallreflektor in einer Draufsicht,

Figur 8 den dopppelwandigen Schallreflektor Figur 7 im Schnitt Y-Y

und

Figur 9 die Frontansicht eines von einem Betonrahmen eingerahmten Schalldämmelements.

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Die auf den Figuren aufgeführten Bezugsζiffern . zeigen an :

1 Schallreflektor einfach

2 Schallreflektor doppelt

3 Schalldämmasse. .'.(Absorber aus haufwerksporigem Leichtbeton)

4 niedrigere Profilreihen am Profil Figur 3

5 höhere Profilreihen am Profil Figur 3

6 Profilkanten der niedrigeren Profilreihen

7 · Schaumfüllung aus anderem Absorbermaterial "'8^9 Schichtgrenzen Leichtbeton-Schaumstoff

10 Schallimpuls

11 Hohlraum im Schallreflektor 2

12 Betonrahmen

A bis G Reflektions- bzw. Refraktionspunkte eines Schallimpulses S

S Symbol eines Schallimpulses

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Der Schallreflektor 1 wird aus e;irre.Ä. ■geeigneten .Blech, aus Beton *öd.ä. erstellt. Im Prinzip ist jedes., den Schall - gut reflektierendes Material verwendbar; Ein ideales, aber kostspieliges und bruchgefährdetes Material ist Glas, das für besonders schwierige Lärmdämmfälle als

Doppelwandreflektor 2 (Figν;7-3) ausgebildet sein kann.

Auf den Schallreflektor 1,2 ist beiderseitig Schalldämmasse 3, z.B. haufwerksporiger Leichtbeton, aufgebracht und an beiden Flächen glatt gestrichen.

Die · von der Schallquelle (nicht gezeichnet) kommenden Schallimpulse - hier durch Pfeile S symbolisiert treffen zunächst auf die der Schallquelle zugewandten Außenfläche auf und werden teilweise in Schallgegenrichtung zurückgeworfen. Der Grad der Reflektion hängt -von der Konsistenz der Schalldämmasse 3 ab. Bei einer gut absorbierenden Schalldämmasse dringt jedoch die
meiste Schallenergie in das Schalldämmelement ein und wird auf dem Wege zum Schallreflektor 1 teilweise absorbiert. Der auf den Schallreflektor 1 auftreffende

Rest wird dort reflektiert, trifft abermals geschwächt auf den nächstliegenden Profilteil, wird dort nochmals reflektiert - usw. Ein bereits reflektierter Schallimpuls verläuft sich in der Schalldämmasse und trifft früher oder später auf dessen Begrenzung, wo er entweder reflektiert oder an der Materialgrenze gebrochen wird. Auf jeden Fall wird seine Schallwirkung erschöpft sein.

Die waffelartigen Strukturen des Schallreflektors 1,2 können viele Gestalten aufweisen. Die Einzelstrukturen des auf Figur 1 dargestellten Schallreflektors 1 sind als Pyramiden ausgebildet, während die Einzelstrukturen des Schallreflektors Figur 3 walmdachähnlich gestaltet

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sind, indem die in einer Richtung ausgerichteten' Profilreihen 4 niedriger sind als die quer auf diese Richtung· verlaufenden Profilreihen 5. Ferner ist zwischen den Profilkanten 6 d>er niedrigeren Profilreihen 4 jeweils ein die Walmdachstruktur bildender Abstand angeordnet. Die Einzelstrukturen des Schallreflektors nach Figur 4 sind kegelförmig.

Die Schallreflexwirkung eines Schallreflektors hängt von der-Winkelgröße der Schrägflächen ab j also vom Verhältnis Profilhöhe/Grundlinie. Die' Bedeutung dieses Verhältnisses ist auf Figur 5 dargestellt. Für die Pyramiden- und Kegelstrukturen gilt 4/3 als günstigstes Verhältnis, weil dabei jeder senkrecht einfallende Schallimpuls gerade noch so reflektiert wird, daß.er auf die nächst benachbarte'Struktur fällt.

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt (Querschnitt) eines Schalldämmelements mit mehreren Schalldämmschichten. Unmittelbar auf den Schallreflektor 1 ist beidseitig je eine Schaummasse 7 (anderes Absorbermaterial)aufgebracht, und auf jede Schaumfüllung 7 erfolgt je eine Schalldämmmasse 3 aus haufwerksporigem Leichtbeton. Es entstehe'n dabei an jeder Seite des Schallreflektors 1 je eine Schichtgrenze 8,9. Schallimpulse, die unter einem spitzen oder stumpfen Winkel auf eine dieser Schichtgrenzen 8,9 auftreffen, werden an der Schichtgrenze gebrochen und entsprechend abgelenkt.

Auf Figur 6 trifft ein Schallimpuls 10 (Pfeil) auf die äußere Begrenzung der Schalldämmasse 3 (Punkt A) und, nach Durchdringen der Schalldämmasse 3, an B auf die Schichtgrenze 8 zur Schaumfüllung 7 auf. An C wird der Schallimpuls von der Schrägwand des mittleren Struktur- ^teils des Schallreflektors 1 abgelenkt und zu D an der

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Schrägwand des benachbarten Strukturteils geführt. Von D wird der Schallimpuls zurück auf den mittleren Strukturteil (E) geworfen, von hier zu Punkt P des benachbarten Strukturteils und weiter zu Punkt G an der Schichtgrenze 8, wo die Stoßrichtung an der Schichtgrenze gebrochen wird und sich der Schallimpuls in der Schalldämmasse 3 verliert^

Es ist klar, daß auf jeder Wegstrecke A-B, B-C, C-D, D-E und F-G, die ja alle durch Schalldämmstoffe führen·, Schallenergie vernichtet wird; auch jeder ReflektionsVorgang kostet Energie. Dazu kommt, was im schematischen Beispiel nicht berücksichtigt wurde, daß an den Punkten C,D,E und F des Schallreflektors 1 nicht die gesamte jeweilige Schallenergie reflektiert wird, sondern ein Teil der Energie dringt durch den Schallreflektor 1 durch und bahnt sich einen Weg in der Schaumfüllung 7 jenseits des Schallreflektors. Wie groß dieser Energieteil ist, hängt vom Material des Schallreflektors ab: bei Metall wird der Energieteil klein sein, bei Kunststoff etwas größer, bei Glas minimal,

Die Reflektionswirkung kann dadurch noch erhöht werden, daß man im SchalIdämmelement zwei parallel zu einander verlaufende Schallreflektoren 1 anordnet. _w .

Es ist nicht Aufgabe der Erfindung, die Größenordnungen der Schalldämmelemente, ihre Stärke und das Verhältnis .der Profilhöhe der Schallreflektoren zur Stärke der Schalldämmelemente festzulegen. Die Verhältnismäßigkeit Profilhöhe/Stärke ergibt sich etwa aus den Figuren. Allgemein kann jedoch gesagt werden, daß die Profilhöhe eines Schallreflektors 1,2 etwa 30 mm nicht unterschreiten sollte. Statisch sind bei einer Gesamtstärke „_vvon ca. 200 mm die Ausmaße 900x750 mm vertretbar, da

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der etwa mittig im Schalldämmelement angeordnete Schallreflektor als Verstärkung wirkt.

Auf Figv..7-3 ist eine interessante Ausführungsform des Schallreflektors dargestellt. Der Schallreflektor 2 ist aus zwei Schallreflektoren 1 zusammen- . gesetzt, wobei zwischen diesen ein luftgefüllter Hohlraum 11 entsteht. Vorzugsweise -können die bei-. den Schallreflektoreinheiten aus Glas oder aus einem •" änderen, entsprechend gut reflektierendes Material' ■ hergestellt 'werden. Jedoch ist Glas als ■Herstellungsmaterial recht kostspielig und außerdem mit einem hohen Bruchrisiko behaftet ist, kommt eine solche Ausführungsform sicherlich nur für besondere Schalldämmobjekte und bei relativ kleinen Schalldämmelementen in Frage, £i:e.llt man den Doppelref lektor 2 ■ aus Blech her, muß die Blechstärke dem Druck der Einfüllung der Schalldämmasse 3 widerstehen, ohne daß die Schalen zusammenklappen.

Eine aus erfindungsgemäßen Schalldämmelementen zusammengesetzte Lärmschutzwand bietet den optimalen Lärmschutz, wenn die Schalldämmelemente unmittelbar aneinarder vermauert werden. Leider ist ein Schalldämmelement in der bisher beschriebenen Gestalt transportempfindlich und dementsprechend für die Aufstellung im offenen Gelände - z.B. vcr Autobahnen u.dgl. - nur bedingt günstig verwendbar. Um ein transportsicheres •und einfach zu hantierendes Schalldämmelement zu schaffen, kann man das.vorhin beschriebene Schalldämmelement mit einem Rahmen 12 aus armiertem Beton versehen, s. Figur 9. < -

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Aus der vorhergehenden Darstellung ist ersichtlich, daß die Effektivität des erfindungsgemäßen Schall-

- - dämmelements recht genau variierbar ist: Wenn man

- den Absorp-tionsgrad der zu verwendenden Schalldämmmasse kennt, ist der Absorptionsexponent r = In (:l-a) und damit der Reflektionsfaktor R = r2 leicht bestimmbar. Die vorliegende Lärmschutzsituation entscheidet dann darüber, zu welchen Teilen die auf das Schallschutzelement einfallende Schallenergie reflek-.

tiert bzw. in das Schallschutzelement eingelassen werden soll.

Die in das Schalldämmelement eindringende Schallenergie ist bei entsprechender Dimensionierung der Elementstärke dort wie in einer Falle gefangen. Zumindest rein rechnerisch ist es möglich, die ganze Schallenergie zu vernichten. Die technische und wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung dürfte jedoch eher darin liegen, daß mit weniger voluminösen Schalldämmelementen eine hinreichend günstige Schalldämmzahl erreichbar ist.

(Figuren 1 bis 9)

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- Leerseite -

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Claims

- ,2- - GP 523 Patentansprüche

1.'Schalldämmelement mit mindestens einer waffeIstruktur-

• artigen, als Schallreflektor wirkenden Profilfläche,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Schall-

• reflektor (1) vorgesehenes waffelstrukturartiges Profil

. aus Blech, Beton, Kunststoff o.a. im Inneren des,Schalldämmelements -angeordnet ist·und an beiden Seiten mindestens ■ bis zur Profilhöhe des' Schallreflektors mit schalldämmendem Material (3,4) ausgefüllt bzw» überdeckt ist.

2. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Schallreflektors (l) eine . Pyramidenstruktur aufweist.

3. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil- des Schallreflektors (D zwei quer zueinander verlaufende V-förmige Rinnenreihen (4,5) aufweist, wobei die eine Rinnenreihe (5) ein tieferes V-Profil aufweist als die zweite Rinnenreihe (4), und die Profilkanten (6) der niedrigeren Rinnenreihe (4) ein eine.. Walmdachstruktur bildenden Abstand voneinander einhalten.

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4. Schalldämmelement nach Anspruch 1, - dadurch gekerin^ zeichnet, daß die Einzelprofile des Schallreflektors (1) konusförmig ausgebildet sind. ' ,

5. Schalldänunelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Schallreflektors (1) wellblechförmig ausgebildet ist.

6. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch· gekennzeichnet, daß die Einzelprofile des Schallreflektors (1) halbkugelförmig ausgebildet ist.

7. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämmreflektor (2) aus zwei einzelnen Schallreflektoren (1) zusammengesetzt . ist.

8. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schallreflektor (1) zunächst mit einer Schaumfüllung (7) oder einem sonstigen absorbierenden Material aufgefüllt und überdeckt und auf diese Schaumfüllung die Schalldämmasse' (3) aufgetragen ist.

9. Schalldämmelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalldämmelement in einem Betonrahmen (12) eingebettet ist.

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