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Die
vorliegende Erfindung betrifft schallisolierende Sandwich-Elemente,
genauer gesagt schallisolierende mehrschichtige Bau- oder Konstruktionselemente
oder Komponenten wie Türen,
Trennwände
oder Decken, die einen offenzelligen, halbfesten Schaumkern umfassen,
der aus wenigstens einem Kernmaterial besteht und ein bis mehrere
Hohlräume oder
Luftspalten innerhalb des Kerns umfasst und zwei äußere Deckschichten
umfasst. Genauer gesagt betrifft die Erfindung schallisolierende
Sandwich-Elemente wie Türen,
Trennelemente, Wände, Decken,
Böden,
Spundwände,
Feuertüren,
Abzüge, Deckel,
Klappen, Fenster, Kabinenelemente oder Paneelen in neuen oder bestehenden
Gebäuden. Die
neuen Sandwich-Elemente sind in Gebäuden, in der Bauindustrie oder
anderen Industrien nützlich, um
die schallisolierende Leistungsfähigkeit
zu verbessern. Zudem bezieht sich die Erfindung auf schallisolierende
Elemente, die Elemente des Standes der Technik in ihrer Konstruktionseinfachheit,
mechanischen Festigkeit und Steifigkeit übertreffen, sowie auf die Verwendung
solcher neuer schallisolierender, mehrschichtiger Sandwich-Elemente
in der Bau- oder anderen Industrien zur akustischen Verbesserung
von Wänden,
Trennwänden,
Decken und anderen Teilen der Gebäudestruktur oder Maschinerie.
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In
der Bauindustrie ist es wohlbekannt, Paneelen als Trennwände zu verwenden,
um die Gebäudefläche in getrennte
Bereiche wie Räume
und Büroräume aufzuteilen. Üblicherweise
bestehen sie aus einem isolierenden Mineralfaserkern und zwei äußeren Deckschichten,
die den Kern und einen Luftspalt oder einen Hohlraum umschließen. Die
isolierenden Materialien wie Mineralfasern sind zwischen den Deckschichten
in solch einer Weise angeordnet, dass sie eine Wärme- und/oder akustische Isolierung zur
Verfügung
stellen.
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Es
ist auch bekannt mehrschichtige, schallisolierende Sandwich-Elemente,
Laminate oder Platten, die Mineralfasern als Isolationsmaterial
enthalten, als Trennelemente oder Kabinenelemente oder als an Wände oder
Decken zu fixierende Paneelen mit der Absicht zu verwenden, dass
die Schall- und Geräuschausbreitung
und Übertragung
und die Schallstrahlung verringert wird. Durch das Auftragen von
schallisolierenden Elementen auf Wände oder Decken oder durch
die Verwendung von diesen als Trennelemente, ist es möglich, Wohngebäude oder Bürogebäude aufzuwerten,
um deren schallisolierende Leistungsfähigkeit zu verbessern. So können ältere Gebäude angepasst
werden, um modernere oft härtere
Rechtsvorschriften zu erfüllen.
Geräusche von
Nachbarn oder äußeren Quellen
oder aus dem Inneren des Raums entspringende Geräusche können wesentlich verringert
werden.
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Jedoch
ist ein großer
Nachteil solcher Trennelemente oder Paneelen mit Mineralfaserkernen
deren Mangel an mechanischer Festigkeit dieser Fasern. Aus diesem
Grund müssen
die Deckschichten zum Beispiel mittels Schrauben oder Rahmen gesichert
werden und durch Metall- oder Holzstifte unterstützt werden. Dies erfordert
ein extensives Herstellungsverfahren.
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In
der
JA 0221 642 wird
eine geräuschisolierende
Paneele offenbart, bei der ein poröses Material wie Glaswolle
oder ein geschäumtes
synthetisches Harz zwischen zwei Deckschichten gestapelt wird, die
aus Sperrholz, Gipsplatte oder einer Acrylplatte in so einer Weise
geformt werden, dass sie mit wenigstens einem Oberflächenmaterial
nicht in Kontakt kommen. Gemäß der Lehre
dieser Beschreibung muss ein Rahmen verwendet werden, um diesen
Zustand zu stabilisieren oder zu fixieren. Dieser Rahmen wird auf
die oben genannte Anordnung angepasst, um solch eine Paneele zu
bilden. Dies ist natürlich
eine relativ komplizierte und daher relativ teure Prozedur. Zudem
ist es ein wohlbekanntes Verfahren, dass sich aus konventionellen
Holzrahmenwänden
oder Paneelen ableitet.
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DE 3 710 057 offenbart eine
mehrschichtige, akustische Isolationspaneele für Innenwände, die Luftlücken zwischen
einer Schicht aus Mineralwolle und einer äußeren Spanplattendecksicht
aufweist. Diese Isolationspaneele enthält eine Hauptpaneele die aus
einer Spanplatte hergestellt wird, die durch Rippen von ei ner Deckschicht
oder Deckpaneele räumlich
getrennt ist, die auch aus einer Spanplatte hergestellt wird. Die
inneren Flächen
dieser beiden Paneelen sind mit einer Faserplatte bedeckt, die durch
einen Kleber in Position gehalten wird. Um eine gute schalldämpfende
Leistung zu erlangen, sind die zwei Faserplatten unterschiedlich
in ihrem Gewicht. Diese mehrschichtige Paneele besteht aus fünf Lagen,
d. h. zwei Spanplattenschichten, von denen jede auf eine Faserplatte
geklebt ist, plus eine Mineralwollschicht in der Mitte der Sandwich-Anordnung,
die als akustisches Isolationsmaterial dient. Die Mineralwolle füllt den
Raum nur teilweise in so einer Weise aus, dass eine Luftlücke zwischen
der Mineralwolle und einer der Faserplatten zur Verfügung gestellt wird,
die an die innere Fläche
der Deckpaneele geklebt ist. Die letztere wird mit Schrauben an
den Rippen befestigt. Wie man aus der Beschreibung erkennen kann,
ist die Konstruktion dieser mehrschichtigen Paneele recht kompliziert.
Dessen Herstellung ist daher relativ teuer. Die akustische Leistung
wird durch das Erhöhen
der Masse erreicht, was es recht schwierig macht, solche Elemente
zu transportieren und zu installieren.
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Gemäß mehreren
Vorschlägen
wurden organische Kunststoffmaterialien anstelle von Mineralfasern
verwendet, wie zum Beispiel die wohlbekannten offenzelligen Polyurethanschaumlaminate.
Jedoch zeigen solche Laminate den Nachteil auf, dass sie spröde sind
und eine geringe Zugfestigkeit (ungefähr 30 kPa) haben.
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In
dem
U.S. Patent Nr. 4,317,503 wird
ein schallisolierendes Bauelement offenbart, das eine Vielzahl von
parallelen Schichtelementen umfasst, von denen ein erstes inneres
dickes Element aus einer Schicht aus Mineralfasern oder einem steifen Kunststoffschaum
besteht und eine Vielzahl von Kavitäten enthält. Ein zweites inneres steifes
Element, das im Wesentlichen für
Luft durchlässig
ist, wird mit einer Hauptfläche
des ersten inneren Elements und einem äußeren undurchlässigen Element
verbunden. Das äußere undurchlässige Element
ist in einem kleinen Abstand von dem zweiten inneren Element in
einer solchen Weise angeordnet, dass im Wesentlichen das ganze äußere Element
frei im Verhältnis
zu dem zweiten inneren Element schwingen kann. Ein großer Nachteil
dieser Art von Bauelementen ist das komplexe und teure Herstellungsverfahren
solcher mehrschichtigen Strukturen.
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Andere
bekannte Arten von Trennelementen sind mehrschichtige Strukturen
einschließlich
solcher mit einem Schaum- oder Wabenkern. Die Schaumkerne sind jedoch,
obwohl sie geeignete mechanische Festigkeitseigenschaften besitzen,
sehr schlecht, soweit schallisolierende Eigenschaften betroffen
sind. Um dieses Problem zu lösen,
müsste
der Schaumkern eine nicht akzeptable Dicke und Gewicht aufweisen.
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Allgemein
gesprochen gibt es mehrere bekannte Arten von Systemen zur Erhöhung der
schallisolierenden Leistung von Wänden, wie:
das Erhöhen der
Masse der Wand, was natürlich
der einfachste Weg zur Bereitstellung einer besseren Schallisolierung
ist (Massengesetz);
die Verwendung von elastischen Paneelen
oder Sandwich-Strukturen, deren Komponenten, das heißt Deckschicht
oder -schichten und die Kernschicht, ohne Phasenverhältnis zueinander
schwingen, so dass ein Teil oder der größte Teil der eingehenden akustischen
Energie in mechanische Energie umgesetzt wird, die durch innere
Reibung und Deformationen (Massen-Feder-Massen-System) abgebaut
wird.
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Der
Nachteil der Erhöhung
der Masse der Wand oder irgendeiner ähnlichen Struktur nach dem Massengesetz
ist, dass für
eine gute Leistung recht schwere und dicke Strukturen erforderlich
sind.
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Der
Nachteil der üblichen
Massen-Feder-Massen-Systeme ist, dass deren Resonanzfrequenz sehr
oft die Gesamtleistung stört,
wenn sie falsch oder zu eng positioniert werden.
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Bessere
Ergebnisse werden durch die Verwendung von schallisolierenden Elementen
oder Paneelen erhalten, wie sie in der
WO 95/14 136 offenbart werden. Diese
mehrschichtigen Isolationspaneelen oder -elemente umfassen in einer
bevorzugten Ausführungsform
(a) zwei äußere Deckschichten und
(b) ein weiches synthetisches Kernmaterial, das eine einzelne, kontinuierliche,
weiche, synthetische Schaumkernschicht mit Kavitäten ist und in einem engen
Kontakt mit den beiden äußeren Schichten durch
Kontaktpunkte in alternierenden Mustern angeordnet ist, wodurch
Lücken
zwischen der Kernschicht und der gegenüberliegenden äußeren Schicht
zur Verfügung
gestellt werden.
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Was
tatsächlich
in der Beschreibung, den Zeichnungen, den Ansprüchen und der Zusammenfassung
der
WO 95/14 136 offenbart
wird, ist das Folgende:
ein Sandwich-Element, das zwei Deckschichten,
z.B. Gipsplatten, und ein Kernmaterial zwischen den Deckschichten
umfasst;
die Kernschicht enthält einen elastischen Polyethylenschaum
mit geschlossenen Zellen oder einen steifen Polyurethanschaum mit
geschlossenen Zellen oder andere Kunststoffschäume mit geschlossenen Zellen,
z.B. basierend auf Polyvinylchlorid oder Polystyrol;
die zweite
Deckschicht kann eine Backsteinkonstruktion sein, die sich somit
indirekt auf eine Wand bezieht, auf die die Kernschicht geklebt
werden kann, zum Beispiel mit Mörtel;
die
Kernschicht enthält
Kavitäten
in besonderen geometrischen Anordnungen; es gibt Lücken zwischen der
Kernschicht und den Deckschichten;
die Lücken sind zwischen der Kernschicht
und den Deckschichten durch Kontaktpunkte oder -bereiche begrenzt,
die in einem alternierenden Muster in Bezug auf die gegenüberliegenden
Deckschichten angeordnet sind;
empirische Messungen und theoretische Überlegungen
werden für
die besten Ergebnisse in dem Masse-Feder-Masse-System eingesetzt.
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Paneelen
wie sie in der
WO 94/14 136 offenbart
werden, besitzen schallisolierende Eigenschaften und mechanische
Festigkeit. Obwohl dieser Stand der Technik leichtere und günstigere
Paneelen mit guten akustischen Eigenschaften im Vergleich zu zuvor
bekannten Produkten zur Verfügung
stellt, ist es immer noch sehr wünschenswert,
Raumteilerelemente und Sandwich-Elemente wie Türen und Trennwände mit
sowohl schallisolierenden Eigenschaften wie auch guter mechanischer
Festigkeit zur Verfügung
zu stellen, die insbesondere zur Verbesserung von Wohn- und Bürogebäuden sowie
zur Konstruktion von Trennelementen mit verbesserter schallisolierender
Leistung nützlich
sind. Es gab auch einen Bedarf an ökonomischeren Verfahren zur Herstellung
und Installierung solcher schallisolierender Platten.
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FR A 2.228.916 offenbart
ein mehrschichtiges schallisolierendes Sandwich-Element, das Deckschichten sowie einen
Plastikschaumkern enthält, wobei
in dem Schaumkern Kavitäten
gebildet werden.
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Die
vorherige
europäische Patentanmeldung 98
111 295.6-2303 (Dow Akte
44,
161) ist
auf eine mehrschichtige, schallisolierende Paneele gerichtet, die
eine Deckschicht, eine Kunststoffschaumkernschicht, die daran befestigt
ist, wobei das Kernschichtmaterial ein halbfestes zelluläres Material
mit bestimmten Eigenschaften ist, eine Struktur, an der die Kernschicht
an getrennten Kontaktpunkten mittels Streifen, Flicken, Fingern
oder anderen geometrischen Vorsprüngen (im Allgemeinen „Kontaktpunkte" genannt) befestigt
ist, was Lücken
zwischen der Kernschicht und der Struktur lässt, und im Fall von langen
Abständen
und/oder dünnen
Deckschichten Verschiebungsarretierungen, um die Kernschicht in einem
bestimmten Abstand von der Struktur zu halten, umfasst.
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Die
Paneelen gemäß der
EP 98 111 295.6-2303 sind
in der Bau- und anderen Industrien zur Verbesserung der schallisolierenden
Eigenschaften von Gebäuden
und/oder Maschinerie nützlich.
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Obwohl
diese Sandwich-Elemente im Allgemeinen als Trennelemente geeignet
sind, kann deren mechanische Festigkeit bedingt durch das Vorhandensein
einer großen
Lücke zwischen
der Deckschicht und dem Kern bei Anwendungsgebieten unzureichend
sein, bei denen Festigkeit und Beständigkeit von besonderer Bedeutung
für die
Anwendung eines Konstruktionselements sind, wie etwa bei der Herstellung
von Türen
oder Wänden.
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Dieser
Bedarf und andere Bedürfnisse
werden von der vorliegenden Erfindung erfüllt. Somit stellt die vorliegende
Erfindung ein mehrschichtiges, schallisolierendes Sandwich-Element
zur Verfügung, enthaltend
Deckschichten und einen Kunststoffschaumkern, der zwischen den Deckschichten
angeordnet ist und mit den Deckschichten verbunden ist, wobei der
Kern eine oder mehrere Kavitäten
bereitstellt, wobei das schallisolierende Element dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Kavität/Kavitäten eine Lücke/Lücken ist/sind,
die im Wesentlichen parallel zu den Deckschichten angeordnet ist/sind,
und innerhalb des Kerns angeordnet ist/sind,
das Kernmaterial
ein halbharter Schaumstoff ist, der mehr als 50 %, vorzugsweise
mehr als 90 % offene Zellen enthält
und
eine Zugfestigkeit von mehr als 50 kPa, vorzugsweise mehr als 90
kPa
und eine Druckfestigkeit von 5–200 kPa, vorzugsweise 15 bis
80 kPa bei 10 % Deformierung aufweist, wobei die Lücke oder
Lücken
durch zwei Kernschichten definiert ist/sind und Kontaktpunkte, auch „Brücken" genannt, strukturelle
Verbindungen zwischen den Kernschichten bereitstellen, die die Kernschichten
in Abstand halten und eine Lücke
oder Lücken zwischen
den Kernschichten bilden.
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Der
Abstand zwischen den Kontaktpunkten beträgt vorzugsweise wenigstens
350 mm, mehr bevorzugt wenigstens 450 mm oder sogar 600 mm, so lange
die mechanische Festigkeit erhalten werden kann.
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Die
Deckschichten haben jeweils eine Dicke von 0,5–100 mm, vorzugsweise 0,5– 25 mm.
Das Deckschichtmaterial kann eine 0,5–20 mm dicke Metallplatte,
vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium, oder eine 4–25 mm dicke
Holzplatte sein. Andere Materialien, die in einem speziellen Anwendungsgebiet nützlich sind,
können
durch den Experten auf dem Gebiet gewählt werden.
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Die
Schaumkernschicht kann eine Dicke von 20–500 mm, vorzugsweise 20–300 mm
und sogar mehr bevorzugt bis zu 200 mm aufweisen. Jede Schaumkernschicht
hat im Allgemeinen eine minimale Dicke von 10 mm, um eine wesentliche Dämpfung zu
erzielen, vorzugsweise eine Dicke von 15–100 mm. Es wird jedoch betont,
dass diese Bereiche nicht als beschränkend interpretiert werden
sollen. Werte außerhalb
dieser Bereiche können
für bestimmte
Anwendungen geeignet sein, z.B. Konstruktionen, die eine sehr starke
schalldämpfende
Leistung erfordern.
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Die
Schaumkernschichten können
die gleiche Dicke oder auch nicht aufweisen. In einigen Fällen der
Deckmaterialien wurde es als vorteilhaft herausgefunden, unterschiedliche
Dicken zu verwenden, um so die negative Wirkung der charakteristischen
kritischen Frequenzen der Anordnung zu minimieren, die aus Deck-
und Kernschichten hergestellt wird.
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Vorzugsweise
ist das Kernschichmaterial ein Polyurethanschaum, zum Beispiel von
dem Typ, dessen Herstellung in dem
U.S.
Patent Nr. 5,538,779 offenbart wird.
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Das
Kernschichtmaterial kann mehr als einen Schaumtyp umfassen. Zum
Beispiel kann es zusätzlich
zum Polyurethan Polyethylen oder Polystyrol enthalten. Es kann auch
Bitumen oder schweren Kunststoff oder Platten aus anderen Materialien
enthalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
hat das Kernschichtmaterial einen Luftströmungswiderstand von 5.000 bis
800.000 Ns/m4, vorzugsweise von 5.000 bis 300.000 Ns/m4.
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Der
Verlustfaktor des Kernschichtmaterials liegt vorzugsweise bei mehr
als 0,1, vorzugsweise bei mehr als 0,2 (wie er von dem SAE Sound
and Heat Insulation Materials Committee 1994, Band 1, Seite 2.30,
definiert wird); der Verlustfaktor kann 0,3 oder sogar mehr erreichen.
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Im
Fall von langen Lücken
und/oder dünnen Deckschichten
werden Verschiebungsarretierungen an wenigstens einer der Kernschichten
und innerhalb der Locke bereitgestellt, um sicher zu stellen, dass die
Kernschichten immer in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten
werden.
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Der
Abstand der Verschiebungsarretierungen von der gegenüberliegenden
Kernschicht oder der Abstand der Kernschichten voneinander bei 0
% Deformierung beträgt
vorzugsweise wenigstens 0,1 mm und liegt vorzugsweise im Bereich
von 2–10
mm.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
steht die gesamte Fläche
der Kontaktpunkte in einem Verhältnis
zur Gesamtfläche
des Sandwich-Elements von weniger als 30 %, vorzugsweise weniger
als 15 %.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Kontaktpunkte Kunststoffschaum-, Kunststoff-, Metall- oder
Holzstreifen einer Dicke von 0,5–100 mm und einer Breite von
10–100
mm. Diese Bereiche sollten jedoch nicht als beschränkend ausgelegt
werden und können
abhängig
von dem besonderen Belastungserfordernis der Anwendung und der Steifigkeit
der Deckschichten variieren. Sehr steife Deckschichten würden zum
Beispiel eine Luftlücke
von unspezifizierter Dicke ermöglichen. Überstehende Teile
der Kernschichten oder sogar andere Konstruktionselemente wie Türrahmen
können
die Funktion der Kontaktpunkte oder „Brücken" annehmen.
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Zudem
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des
neuen schallisolierenden Sandwich-Elements durch das Anbringen der Deckschichten
an den Kunststoffschaumkern zur Verfügung, wobei das Verfahren dadurch
gekennzeichnet ist, dass der Kunststoffschaumkern durch Verbindung
zweier Kernschichten über
Kontaktpunkte oder Brücken
in vorbestimmten Abständen
hergestellt wird, wodurch eine Lücke/Lücken zwischen
den Kernschichten verbleiben, oder durch zuerst Bearbeiten zweier
Kernschichten in einer solchen Weise, dass Kontaktpunkte oder Brücken in
vorbestimmten Abständen
als integrale Teile der Kernschichten gebildet werden und danach
durch Verbinden der beiden Kernschichten Ober die Kontaktpunkte
oder Brücken,
wodurch eine Lücke
oder Lücken
zwischen den Kernschichten verbleiben, oder durch Ausschneiden der
Lücke oder
Lücken
aus einer einzelnen Kunststoffschaumplanke.
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Zudem
stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung des neuen schallisolierenden
Sandwich-Elements in der Bau- und anderen Industrien zur Verbesserung
der schallisolierenden Eigenschaften von Gebäuden und/oder Maschinerie zur
Verfügung.
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Ein
besonders überraschendes
Merkmal der Erfindung ist, dass die weit reichende Schwingung der
Kernschicht, die an die Deckschichten gebunden ist, eine besonders
gute Dämpfung
aller Frequenzen und insbesondere der Resonanzfrequenz und der kritischen
Frequenzen zur Verfügung
stellt.
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Die
Lücken,
die innerhalb des Schaumkerns gebildet werden, können deutlich abhängig von
der tatsächlichen
Notwendigkeit eines gegebenen Falls variieren. Sehr steife Deckschichten
würden
eine Luftlücke
nicht festgelegter Dicke ermöglichen.
Die Dicke liegt üblicherweise
im Bereich von 0,1–200 mm.
Manchmal wird die Dicke zwischen 20 und 50 mm gewählt, um
das Durchführen
von Kabeln, Rohren und anderen Serviceleitungen zu ermöglichen. Neben
dieser besonderen Überlegung
liegt die Dicke der Lücken
oft im Bereich von 1–10
mm, vorzugsweise 2–5
mm.
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In
dem Fall einer Gipskartonplatte (oder einer Platte mit einem anderen
unzureichend steifen Material), die als Decksicht verwendet wird,
und falls zum Beispiel die Gipskartonplatte 10 mm dick ist und deren
Spannweite 400 mm überschreitet
oder sie 13 mm dick ist und deren Spannweite 600 mm überschreitet,
kann ein Verschiebungsarretierungssystem in der Mitte der Spannweite
aus einem Streifen oder Klebeflicken installiert werden, um die
Deformation der Gipskartonplatte zu schränken. Im Wege eines Beispiels
wird, wenn ein 1.200 mm breites Gipskartonplattenlaminat mit Kontaktpunkten
(Streifen) von 40 mm Breite an den Kanten der Platte installiert wird,
wodurch ein freier Abstand von 1.120 mm bereitgestellt wird, dann
ein Verschiebungsarretierungsstreifen in der Mitte der Platte fixiert
werden, um den Abstand zu verringern. Die Breite des Verschiebungsarretierungsstreifens
wird zwischen 30 und 39,9 mm, vorzugsweise 35 und 38 mm, liegen,
wenn die Breite des Kontaktstreifens z.B. 40 mm beträgt.
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Die
Umsetzung der Erfindung durch das Befolgen der Parameter, wie sie
in der Beschreibung und in den Ansprüchen definiert werden, insbesondere
durch die Verwendung eines speziellen Schaummaterials und das Anwenden
spezieller Konstruktionen in Bezug auf die Kernschicht, die Deckschicht(en)
und die Verschiebearretierungen wird in einem schallisolierenden
Sandwich-Element resultieren, das eine sehr niedrige Resonanzfrequenz
zeigt sowie eine überraschend
starke Dämpfung
von Vibrationen hat, insbesondere bei der Resonanzfrequenz, und
mit einer hohen mechanischen Festigkeit und Steifigkeit, was bedeutet,
dass die neuen Elemente ohne ein besonderes Risiko der Beschädigung transportiert
oder gehandhabt werden können. Daher
ist eine zusätzliche
Verstärkung
zur Sicherstellung der mechanischen Festigkeit der Anordnung wie
mittels Schrauben, Rahmen oder Stiften nicht notwendig.
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Nichtsdestotrotz
können
andere verbindende oder versteifende Vorrichtungen eingebracht werden,
sobald die Komponenten an ihrem Platz sind, oder auch vor der Installation
innerhalb des Elements oder an den Verbindungspunkten, um sicherzustellen,
dass die besonderen Erfordernisse der jeweiligen Anwendung erfüllt werden.
Es werden Konstruktionsanordnungen vorgeschlagen, die jegliche Schallbrücken zu
verhindern, aber immer noch die strengen Festigkeitserfordernisse
bei der Verwendung erfüllen.
Dies liegt innerhalb der Fähigkeiten des
Fachmanns auf dem Gebiet.
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Typische
Verstärkungen
werden Holz- oder Metallrahmen für
die Türanwendung,
Stahlbolzen oder Brücken
zwischen Paneelen zur Trennwandanwendung und Mörtel oder Kleber zur Wandanwendung
sein.
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Die
Deckschichten können
aus jeglichem Material hergestellt werden, das typischerweise eingesetzt
wird, um isolierende Sandwich-Elemente oder Platten herzustellen.
Beispielhafte Materialien, die als Deckschichten nützlich sind,
umfassen Kunststoff- oder Partikelplatten, dickes Papier oder Pappen,
Faserplatten, Gipskartonplatten, flexible Plastikfilme oder Folien,
Metallplatten wie Stahl-, Blei- oder Aluminiumplatten, Spanplatten,
Holzplatten und Sperrholz, wobei am häufigsten Gipskartonplatten und
Spanplatten verwendet werden. Das bevorzugte Material zur Verwendung
als Deckschicht ist die Gipskartonplatte in Trennwandanwendungen
und Metallplatten und Holzbretter in Türanwendungen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist eine Kernschicht, die aus einem Polyurethanschaum hergestellt
wird und getrennte Polyurethanschaumpflaster als Kontaktpunkte an
einer von ihren beiden Oberflächen
hat, im Wesentlichen mittels Klebstoffen an ihrer „inneren" Oberfläche an eine
andere Polyurethanschaumkernschicht gebunden und bildet so einen
Kern. Üblicherweise
wird solch eine Paneele vorgefertigt sein, wodurch der Zusammenbau
vor Ort vermieden wird. Der Kern wird dann an die zwei Deckschichten üblicherweise
durch Verkleben mit einem geeigneten Haftmittel wie Polyurethankleber, Neoprenkontakt-
oder Transferkleber oder durch mechanisches Fixieren gebunden, um
ein Sandwich-Element gemäß der Erfindung
herzustellen.
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Das
so erhaltene Sandwich-Element kann zum Beispiel als Türen verwendet
werden. Das Deckmaterial für
Türen sind üblicherweise
dünne Schichten
aus Metallplatten oder Holzplatten und diese sind im Wesentlichen
an Kernschichten befestigt, um Voraussetzungen wie Wärmestabilität, Einschlagdeformationsbeständigkeit,
perfekt ebene Oberfläche
und ästhetische
Aspekte zu erfüllen.
Es ist daher wichtig, dass keine Lücken zwischen dem verstärkenden
Schaumkern und den Deckschichten hergestellt werden, denen es an
Steifigkeit fehlt.
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Zudem
stellt die wesentliche Befestigung zwischen Deck- und Kernschichten
mittels zum Beispiel Klebstoff solche Vorteile zur Verfügung, als
das hoch dämpfende
Kernmaterial, das gemäß der Erfindung
verwendet wird, die Einschlag- und Vibrationsübertragung stark verringert.
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Das
neue Sandwich-Element kann zum Beispiel auch als ein Raumteiler
verwendet werden, der von selbst steht. Solch ein Trennelement wird üblicherweise
an dem Boden und/oder an der Decke befestigt. Es kann an eine Wand,
Decke, Boden oder anderer Gebäudestruktur
fixiert werden.
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Das
Sandwich-Trennwandkonzept der Erfindung betrifft raumaufteilende
Einheiten hauptsächlich
für Büros, Industriekabinen
und andere Paneelenanwendun gen, bei denen die Kombination von leichtem
Gewicht, leichten Verbindungsbauteilen, Handhabbarkeit und Schallisolationsleistung
wichtige Erfordernisse sind. Diese Trennvorrichtungen können in
vertikalen oder horizontalen Positionen stehen, können aber
auch in einigen Anwendungen in spitzen und stumpfen Winkeln stehen.
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Es
war überraschend
herauszufinden, dass eine außergewöhnliche
Schallisolationsleistung durch das Einbringen spezifischer Kontaktpunkte oder
-brücken
innerhalb des Kerns erreicht werden konnte, um eine Luftlücke oder
Luftlücken
zu formen, welches ein herausragendes Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist.
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Die
Kontaktpunkte können
aus der Polyurethanschaumschicht heraus maschinell gefertigt werden
oder sie können
aus anderen geeigneten Materialien wie Kunststoffen, die nicht Polyurethan
sind, Kleber oder anderen Haftmitteln, Holz, Putz, Metall, etc.
bestehen, so lange die erfindungsgemäßen Kriterien erfüllt sind.
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Zusätzlich zu
den Tür-
und den Trennwandeigenschaften des Sandwich-Elements gemäß der Erfindung
betonen wir ein drittes Anwendungsgebiet, das die Bauelementanwendung
ist. Hier fungieren die neuen Sandwich-Elemente wie Mauersteine
in einer Gebäudewand,
einer Decke, einem Boden oder jedem anderen Bauteil oder Einheit.
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Die
neuen schallisolierenden Sandwich-Elemente sind besonders zur Instandsetzung
existierender Gebäude
aber auch als Elemente in neuen Konstruktionen nützlich. Sie können als
Türen oder Trennelemente
oder Wandkonstruktionseinheiten hergestellt werden. Sie bieten eine
dünne,
leichtgewichtige und mechanisch feste Lösung zur Verbesserung der Schallisolierung,
wodurch Klänge
und Geräusche
eliminiert oder gedämpft
werden, die ansonsten ohne die schallisolierenden Elemente durch Wände, Türen, Böden, Decken
und Abtrennungen durchgeführt
werden.
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Auf
der Basis von Beispielen wird hiernach gezeigt werden, dass die
Sandwich-Elemente
gemäß der Erfindung
in einem überraschenden
Ausmaß wesentlich
besser im Vergleich zu schallisolierenden Elementen des Standes
der Technik in Bezug auf eine Kombination aus Schallisolierung/mechanischer
Festigkeit/Leichtgewichtigkeit/Dickeneigenschaften und Produktions/Installations-Verfahren sind. Sie
sind überragend
in der mechanischen Festigkeit im Vergleich zu schallisolierenden
Sandwich-Elementen des Standes der Technik, besitzen eine starke
akustische Dämpfungsleistung,
reduzieren und verringern die Resonanzfrequenz. Die Lücke innerhalb
des Kerns funktioniert als eine erste sehr weiche Feder und die
Kernschichten wirken als zweite harte Federn. Bedingt durch die
Härte der
Kernschichten ist die Deformation des Elements stark beschränkt, was
es mit der vorgesehenen Verwendung in Gebäuden kompatibel macht.
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Die
folgenden Beispiele werden wiedergegeben, um die Erfindung darzustellen
und sollten nicht in irgendeiner Weise als beschränkend ausgelegt werden.
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Beispiel 1
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Die
Anordnung eines Sandwich-Elements gemäß der Erfindung zur Anwendung
als eine Tür wird
schematisch in 1 gezeigt. Die Zahlen (1)
beziehen sich auf die Deckschichten, (2) auf die Kernschichten
und (3) auf die Kontaktpunkte, die in diesem Fall als T
geformt sind. Die 2 und 3 zeigen
zwei Sandwich-Elemente
jeweils nach der Fertigstellung, wobei der Unterschied des Elements
gemäß 3 im
Vergleich zu dem Element gemäß 2 derjenige
ist, dass ein dritter Kontaktpunkt eingebracht wurde.
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Die
Elemente wurden aus einer 20 mm dicken Polyurethanplanke und einer
40 mm dicken Polyurethanplanke (
2), wobei das Polyurethan
gemäß Beispiel
1 des
U.S. Patents U.S. 5,538,779 hergestellt
wurde, und aus zwei 1 mm dicken Stahlplatten (
1) durch
Sprühverkleben
mit einem Kontaktkleber (Neopren) bei Raumtemperatur, eine Planke
an eine Metallplatte und die andere Planke an die zweite Metallplatte
und durch das Verbinden beider Anordnungen durch als T-geformte
Kontaktpunkte (
3), 40 mm breit und in einem Abstand zueinander
von 800 mm positioniert, wie es in
2 gezeigt
wird, und durch als T-geformte Kontaktpunkte (
3) und mit
einem zusätzlichen
Kontaktpunkt (
3')
in der Mitte, wie es in
3 gezeigt wird, hergestellt.
Die Kontaktpunkte sind 3 mm dicke und 40 mm breite Kunststoffstreifen (z.B.
PE, PU oder PVC).
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Es
wird betont, dass die zwei Kernschichten in ihrer Dicke verschieden
sind. Der Grund dafür
ist, dass dies die negative Wirkung der charakteristischen kritischen
Frequenzen der Deck- und der Kernschichten verringert, sobald diese
miteinander verbunden werden.
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Es
können
bei Bedarf Verschiebungsarretierungen eingebaut werden.
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Die
Luftlücke
(4) ist durch die Dicke gekennzeichnet, die durch die Kontaktpunkte
(3) generiert wird sowie den Abstand D. Der Abstand D,
wie er in 2 und 3 dargestellt
wird, beträgt
wenigstens 350 mm, vorzugsweise 450 mm und am meisten bevorzugt
600 mm oder mehr, so lange die mechanische Festigkeit aufrecht erhalten
werden kann.
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Eine
Tür, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wird, wird eine exzellente dimensionale und
Wärmestabilität ohne biegenden
Wirkung bei unterschiedlichen Temperaturen erreichen. Sie wird eine
Wärmeisolierung
und herausragende Einschlag- und Luftschallisolierung zur Verfügung stellen,
die besser als bei einer klassischen Konstruktion mit mehr als dem
dreifachen Gewicht ist.
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Bei
der geeigneten Auswahl der Dicke des Kernmaterials und dessen Steifigkeit
kann eine exzellente Ebenheit und Ästhetik sogar mit sehr dünnen Deckmaterialien
erreicht werden.
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Beispiel 2
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Ein
Sandwich-Element für
eine Tür
gemäß der Erfindung
wurde gebaut und auf dessen akustische Isolierung hin untersucht.
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2.1
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4 zeigt
einen Querschnitt und die Zusammensetzung der untersuchten Tür in der
Dimension 1.050 mm × 2.050
mm × 55
mm (siehe auch die 1 für die Legende). Die Deckschichten
(1) sind 1,5 mm dicke Stahlplatten.
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Das
Kernmaterial (
2) ist ein geräuschisolierender Schaum von
Dow, wie er zuvor in der
U.S. 5,538,779 beschrieben
wurde. Die obere Hälfte
hat eine Dicke H1 von 15 mm und die untere Hälfte H2 hat eine Dicke von
35 mm.
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Die
Kontaktpunkte (3) werden aus einem 30 mm breiten Schaumstreifen
mit einer Dicke von 5 mm und einer Länge von 2.050 mm hergestellt,
mit einem Fichtenholzrahmen mit einer Breite von 15 mm, einer Dicke
von 55 mm, der um die vier Seiten der Türpaneele läuft, um Steifigkeit und harte
Kanten zur Verfügung
zu stellen.
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Man
kann aus der Anordnung der 4 sehen,
dass der Bauholzrahmen vollständig
mit Kontaktneoprenkleber an sowohl den Schaumkern wie auch die Stahldeckschichten
geklebt ist, während
die Schaumstreifen nur eingelegt sind, um den Kontakt zwischen den
zwei Hälften
des Kernmaterials (2) sicherzustellen und nicht verklebt
sind.
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Das
Testelement hatte ein gemessenes Gewicht von 57 kg, d. h. nur 26
kg/m2. Die Gesamtdicke beträgt 58 mm.
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Trotz
seines sehr geringen Gewichts und seiner verringerten Dicke erreicht
das Türelement
oder die Paneele der Erfindung, deren Querschnitt in 4 dargestellt
wird, eine überraschend
hohe schallisolierende Leistung von Rw = 49 dB, R pink = 47 dB (A)
und R Straßengeräusch = 41
dB (A).
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Keine
der verfügbaren
Türplatten
mit so einem Gewicht und so einer Dicke erreicht einen solchen Leistungsgrad.
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Dies
ist zum Beispiel mit einer festen Betonwand mit einer Dicke von
90 mm, einem Gewicht von 207 kg/m2 vergleichbar,
die eine Schallisolierung von R = 47 dB erreicht.
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2.2
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5 zeigt
den gleichen Türquerschnitt, aber
für diesen
zweiten Test wurden die Kontaktpunktstreifen (3) sowohl
in der Mitte als auch an den Seiten mit einem Kontaktkleber an beide
Seiten des Kernmaterials (2) verklebt. Das Befestigungsverfahren
vermittelt so mehr Steifigkeit auf das Element.
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Wie
erwartet beeinflusst der Abstand D, der von 1.020 mm (Test 1)
bis auf 465 mm (Test 2) zwischen den Kontaktpunkten verringert
wird, etwas die schallisolierende Leistung, die immer noch hoch
ist und immer noch im Umfang der Erfindung liegt.
Rw = 45 dB;
R pink = 44 dB (A), R Straßengeräusch = 37
d (A).
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2.3 und 2.4
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Die 6 und 7 zeigen
verbesserte Querschnitte von Türpaneelen
gemäß der Erfindung, die
zur Industrialisierung geeignet sind.
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2.3
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In 6 sind
die Deckschichten (1) relativ steif oder steif (zum Beispiel
Sperrholzplanken) und daher ist der Bedarf an einer Verstärkung dieses Typs
optional und hängt
von dem Abstand D ab. Die zwei Hälften
des Kerns (die zwei Kernschichten (2)) haben unterschiedliche
Dicken H1 und H2. Die Kontaktpunkte (3) lassen eine Luftlücke (4)
und ein Rahmen (7) läuft
um die Türpaneele
herum.
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2.4.
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In 7 sind
die Deckschichten (1) dünne Platten
(zum Beispiel Stahl in einer Dicke von 0,6 mm). Es ist daher notwendig,
die Deckschichten mittels U-Profilen (6) zu versteifen,
die auf die Deckschichten geschweißt oder geklebt werden.
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Da
diese als U-Formprofile (6) in den Schaumkern eingelassen
sind, wird deren eigenes Vibrationsmuster durch die starke dämpfende
Kapazität
des Schaumkerns verringert. Man muss verstehen, dass andere Formen
wie T-Profile oder jegliche anderen Profile (aus Aluminium, Stahl,
Kunststoff, Bauholz, etc.), die eine adäquate versteifende Wirkung
bedingt durch deren Trägheitsmoment
und spezifisches Modul beitragen, auch akzeptabel sind.
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Die
Luftlücke
(4) ist sehr dünn
und wird durch die Dicke des Metallrahmens (7) gebildet,
der in diesem speziellen Fall die Streifen ersetzt, die üblicherweise
als Kontaktpunkte (3) und „Brücken" zwischen den Kernschichten verwendet
werden. Die zwei Schichten oder Hälften des Kernmaterials (2)
haben die gleiche Dicke (H1 = H2).
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Manchmal
ist es einfacher, das Versteifungsprofil (oder die Profile) parallel
zu der Breite des Sandwich-Elements und nicht in die Höhe laufen
zu lassen. Diagonale und quer angeordnete Anordnungen sind natürlich auch
möglich.
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Beispiel 3
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Die
Anordnung eines Sandwich-Elements gemäß der Erfindung zur Anwendung
als ein Trennelement wird schematisch in 8 gezeigt.
Das Sandwich-Element wird, sobald es zusammengesetzt ist, in 9 gezeigt.
Die Zahlen (1) beziehen sich auf die Deckschichten, (2)
auf die Kernschichten und (3) auf die Kontaktpunkte, welche
in diesem Fall zu dem Kernmaterial selbst gehören, da der Spalt (4),
der 2 mm dick ist, aus einer einzelnen Planke heraus hergestellt
wird.
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Diese
neuen Sandwich-Elemente wurden aus einer 25 mm dicken Polyurethan- (gemäß
U.S. 5,538,779 )-planke (
2)
und zwei 15 mm dicken Holzplanken (
1) durch das Verkleben
mit einem Kontaktkleber auf Neoprenbasis hergestellt. Die Kontaktpunkte,
die ein Teil des Kernkörpers
bilden, sind 15 mm breit.
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Vorzugsweise
ist der Spalt nicht in der Mitte der Paneele positioniert, um die
akkumulierte negative Wirkung von ähnlichen kritischen Frequenzen
zu vermeiden, die durch die zwei Deckschichten gebildet werden,
wenn diese Geräuschfrequen zen
zwischen ungefähr
50 Hz und 5.000 Hz ausgesetzt werden. In einigen Fällen ist
diese Wirkung nicht abträglich,
es hängt
alles von der Dicke, dem Modul und dem Dämmungsfaktor der Deckschichten
ab.
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Beispiel 4
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In
diesem Beispiel wird ein Sandwich-Element gemäß der Erfindung zur Verwendung
als Baukonstruktionseinheit offenbart. Bezug nehmend auf 10 wird
betont, dass der Kern dieses Elements aus zwei verbundenen Planken
eines Kunststoffschaummaterials hergestellt wird, der eine Lücke (4) lässt, die
entweder zentriert oder vorzugsweise nicht zentriert ist. Das Sandwich-Element
hat als L-geformte
tonsteinerne Deckschichten, die den Kern (2) umschließen. Die
als L-geformten
Decksteine formen eine zweite Lücke
(5) entlang der vertikalen Kanten des Elements, um einen
Freiraum für
elektrische Kabel, etc. zur Verfügung
zu stellen. In einer anderen Ausführungsform wird die Lücke (5)
verwendet, um verbindenden Mörtel
zu gießen.
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Eine
andere Ausführungsform
eines Sandwich-Elements zur Anwendung bei der Konstruktion von Wänden wird
in 11 gezeigt. Die Deckschichten (1) bestehen
aus hohlen Steinen. Die Kavitäten innerhalb
der Steine, z.B. Schlitze oder runde Löcher, sind zu dem Kern des
Elements hin offen. Der Anteil der Perforation beträgt ungefähr zwischen
10 und 80 %, vorzugsweise mehr als 30 %. Die Anordnung ist charakteristisch
für die
Erfindung und wird es ermöglichen,
die Resonanzfrequenz des Masse-Feder-Masse-Systems zu verringern,
während
gleichzeitig einige schallabsorbierende Vorteile zur Verfügung gestellt
werden.