DE69936046T2 - Sandwich-Schallisolierungselement - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FR A 2.228.916 offenbart ein mehrschichtiges schallisolierendes Sandwich-Element, das Deckschichten sowie einen Plastikschaumkern enthält, wobei in dem Schaumkern Kavitäten gebildet werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise ist das Kernschichmaterial ein Polyurethanschaum, zum Beispiel von dem Typ, dessen Herstellung in dem U.S. Patent Nr. 5,538,779 offenbart wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 %.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Typische Verstärkungen werden Holz- oder Metallrahmen für die Türanwendung, Stahlbolzen oder Brücken zwischen Paneelen zur Trennwandanwendung und Mörtel oder Kleber zur Wandanwendung sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die folgenden Beispiele werden wiedergegeben, um die Erfindung darzustellen und sollten nicht in irgendeiner Weise als beschränkend ausgelegt werden.
  • Beispiel 1
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Es können bei Bedarf Verschiebungsarretierungen eingebaut werden.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der geeigneten Auswahl der Dicke des Kernmaterials und dessen Steifigkeit kann eine exzellente Ebenheit und Ästhetik sogar mit sehr dünnen Deckmaterialien erreicht werden.
  • Beispiel 2
  • Ein Sandwich-Element für eine Tür gemäß der Erfindung wurde gebaut und auf dessen akustische Isolierung hin untersucht.
  • 2.1
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Testelement hatte ein gemessenes Gewicht von 57 kg, d. h. nur 26 kg/m2. Die Gesamtdicke beträgt 58 mm.
  • 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).
  • Keine der verfügbaren Türplatten mit so einem Gewicht und so einer Dicke erreicht einen solchen Leistungsgrad.
  • 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.
  • 2.2
  • 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.
  • 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).
  • 2.3 und 2.4
  • Die 6 und 7 zeigen verbesserte Querschnitte von Türpaneelen gemäß der Erfindung, die zur Industrialisierung geeignet sind.
  • 2.3
  • 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.
  • 2.4.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Beispiel 3
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 4
  • 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.
  • 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.

Claims (17)

  1. Mehrschichtiges schallisolierendes Sandwich-Element, enthaltend Deckschichten (1) und einen Kunststoffschaumkern (2), der zwischen den Deckschichten (1) angeordnet ist und mit den Deckschichten (1) verbunden ist, wobei der Kern (2) eine oder mehrere Kavitäten bereitstellt, wobei die Kavität/Kavitäten eine Lücke/Lücken (4, 5) ist/sind, die im Wesentlichen parallel zu den Deckschichten (1) angeordnet ist/sind und innerhalb des Kerns (2) angeordnet ist/sind, und die Lücke/Lücken durch zwei Kernschichten (2) definiert ist/sind und Kontaktpunkte (3) strukturelle Verbindungen zwischen den Kernschichten (2) bereitstellen, die diese in Abstand halten, gekennzeichnet dadurch, dass das Kernmaterial (2) 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 bis 200 kPa, vorzugsweise von 15 bis 80 kPa, bei 10% Deformierung aufweist.
  2. Element nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen den Kontaktpunkten (3) wenigstens 350 mm, besonders bevorzugt wenigstens 450 oder sogar wenigstens 600 mm beträgt.
  3. Element nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Kernschichtmaterial (2) ein Polyurethanschaum ist.
  4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kernschicht (2) mehr als einen Schaumtyp umfasst.
  5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Deckschichten (1) jeweils eine Dicke von 0.5 bis 200 mm aufweisen und die Schaumkernschicht (2) eine Dicke von 5 bis 500 mm, vorzugsweise von 20 bis 200 mm, aufweist.
  6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaumkernschichten (2) unterschiedlich in ihrer Dicke sind.
  7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kernschichtmaterial (2) einen Luftströmungswiderstand von 5.000 bis 800.000 Ns/m4, vorzugsweise von 5.000 bis 300.000 Ns/m4, aufweist.
  8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kernschichtmaterial (2) einen Verlustfaktor von mehr als 0,1, vorzugsweise von mehr als 0,2, aufweist.
  9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Verschiebearretierungen im Fall von langen Lücken (4, 5) und/oder dünnen Deckschichten (1) an wenigstens einer der Kernschichten (2) und innerhalb der Lücke bereitgestellt werden, um die Kernschichten (2) in einem bestimmten Abstand zueinander zu halten.
  10. Element nach Anspruch 9, wobei der Abstand der Verschiebearretierungen von der gegenüberliegenden Kernschicht (2) oder der Abstand der Kernschichten (2) voneinander bei 0 % Deformierung wenigstens 0,1 mm beträgt und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 mm liegt.
  11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die gesamte Fläche der Kontakte (3) in einem Verhältnis zur Gesamtfläche des Sandwich-Elements von weniger als 30 %, vorzugsweise weniger als 15 %, steht.
  12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Deckschichtmaterial (1) ein Metallblech, vorzugsweise Stahl oder Aluminium, oder ein Holzblatt ist.
  13. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kontaktpunkte (3) Kunststoffschaum-, Kunststoff-, Metall- oder Holzstreifen einer Dicke von 0,5 bis 5 mm und einer Breite von 10 bis 50 mm sind.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durch Anbringen der Deckschichten (1) an den Kunststoffschaumkern (2), wobei der Kunststoffschaumkern (2) durch Verbindung zweier Kernschichten (2) über Kontaktpunkte (3) in vorbestimmten Abständen hergestellt wird, wodurch eine Lücke/Lücken (4, 5) zwischen den Kernschichten (2) verbleiben, oder durch zuerst Bearbeiten zweier Kernschichten (2) in einer solchen Weise, dass Kontaktpunkte (3) in vorbestimmten Abständen als integrale Teile der Kernschichten (2) gebildet werden, und danach durch Verbinden der beiden Kernschichten (2) über die Kontaktpunkte (3), wodurch eine Lücke/Lücken (4, 5) zwischen den Kernschichten (2) verbleiben, oder durch Ausschneiden der Lücke/Lücken (4, 5) aus einer einzelnen Kunststoffschaumplanke.
  15. Verwendung des Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in der Bau- und anderen Industrien zur Verbesserung der Schallisolierungseigenschaften von Gebäuden und/oder Maschinen.
  16. Verwendung nach Anspruch 15, wobei das Element als eine Tür, als ein Trennelement oder als eine Baueinheit verwendet wird.
  17. Verwendung nach Anspruch 16, wobei das Element als ein Mauerziegel oder als Bauputzstein verwendet wird.
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