EP0559075A2 - Als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas - Google Patents

Als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas Download PDF

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EP0559075A2
EP0559075A2 EP93102926A EP93102926A EP0559075A2 EP 0559075 A2 EP0559075 A2 EP 0559075A2 EP 93102926 A EP93102926 A EP 93102926A EP 93102926 A EP93102926 A EP 93102926A EP 0559075 A2 EP0559075 A2 EP 0559075A2
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steel wire
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Roehm GmbH Darmstadt
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
    • E01F8/00—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic
    • E01F8/0005—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic used in a wall type arrangement
    • E01F8/0017—Plate-like elements

Definitions

  • the invention relates to a plate made of acrylic glass, which is suitable as a noise protection element and is secured against the formation and falling of loose fragments by reinforcement strands embedded approximately in the center parallel to the surface.
  • Such plates are known from German utility model 9010087, which contain embedded monofilament plastic threads, preferably made of polyamide, as reinforcing strands. If the panel breaks due to the impact of a vehicle, the plastic threads are stretched and consequently do not tear or only tear to a small extent and hold the resulting fragments together.
  • a disadvantage of the known plates is the uncertainty of how long the embedded plastic threads will maintain the required tensile strength.
  • polyamides and similar plastics suitable for the production of high-strength threads are damaged by the action of UV radiation and other weather influences. If they are largely protected against the weather by embedding them in acrylic glass there is still a risk regarding the durability of the tear strength. The size of this risk plays an important role in the security guarantee. A sufficiently reliable assessment is only possible after practical testing over many years or decades.
  • the invention has for its object to provide a suitable as a noise protection plate made of acrylic glass, in which the security against the formation and falling of loose fragments is guaranteed over long periods.
  • the invention is based on the known plate made of acrylic glass, suitable as a noise protection element, with reinforcing strands embedded approximately in the center parallel to the surface. According to the invention, it contains, as embedded reinforcement strands, spirals made of steel wire, the diameter of the spirals being smaller than the thickness of the plate, the axes of the spirals being arranged parallel to the surface, and the interior spaces of the spirals being at least partially hollow or filled with a deformable medium are.
  • Figure 1 shows a plate according to the invention in plan view. The section enclosed in the broken circle is shown enlarged in FIG. 1 a.
  • Figure 2 shows a section of the cross section through the plate on the scale of Figure 1 a.
  • the resulting break lines can run over the track of one or more spirals.
  • the tensile force acting on a break line is first transferred to the wire turns of the spirals that cross the break line.
  • the tensile force can now act on the spiral windings located on both sides of the fracture surface, so that these are pulled out of their track in the plastic plate with stretching and constriction.
  • it is important that the cavity within the spiral is not, or at least not, filled with the plastic over its entire cross section.
  • a length of the spiral corresponding to the strength and duration of the tensile force is pulled out of its track within the plastic plate and stretched.
  • the impact energy that has caused the plate to break is used up until the breaking process comes to a standstill.
  • the resulting fragments of the plastic plate are connected to one another by stretched spiral sections.
  • the interior of the spiral is not or at least not filled with the plastic over its entire cross section. Because through this space the spiral windings caught by the tensile force move towards the fracture surface.
  • the spiral interiors are preferably hollow or filled with air. However, they can also be filled with another medium that is sufficiently deformable to allow the spiral turns to move to the fracture surfaces during the breaking process. This applies to gaseous and low-viscosity media, such as oils, without further ado. As the viscosity of the medium increases, the movement of the spiral windings becomes more difficult, which can be advantageous to a certain extent because it is used for energy consumption.
  • the pulling out of the spiral turns on the fracture surfaces is further inhibited the thinner the cavity or the space in the spiral filled with a deformable medium.
  • This space is generally formed in that - as described in detail below - the spirals filled with a strand of the medium to be introduced or with a displacer are already used to produce the plates.
  • the displacer e.g. a stiff metal wire can be pulled out after the plate has been made, leaving a cavity. If desired, it can be filled with the desired medium.
  • the cross section of the cavity can be influenced by the thickness of the displacer introduced. It preferably fills the interior of the spiral to at least 50% of its cross-sectional area.
  • the steel wire wound into a spiral can be completely enclosed by the plastic of the plate and separated from the cavity or the filling medium by a thin plastic layer. During the breaking process, this layer breaks due to the constriction and stretching of the spiral. This, in turn, is an energy-consuming process, which is advantageous as long as the stretching of the spiral is not hindered too much.
  • the nature of the deformable medium and its cross-section are coordinated so that the Pulling out and stretching the spirals so much kinetic energy is consumed that sufficient tensile forces practically no longer occur to break the steel wire.
  • This coordination is expediently carried out by breaking tests under standardized impact conditions. It can be predicted with a high degree of certainty that the properties of the acrylic glass and the embedded spirals made of steel wire remain unchanged for decades, so that the security against the formation and falling of fragments is also guaranteed for a correspondingly long time.
  • the plates according to the invention can be produced by the so-called chamber casting process.
  • the liquid polymerizable monomer mixture is filled into a flat chamber formed from two parallel glass plates and a sealing cord that runs around the edge between them. After closing the filling opening, the filled chamber is exposed to the polymerization conditions until the monomer mixture has hardened to acrylic glass.
  • the spirals with the displacers inserted into the interior are used to prepare the flat chamber. So that they do not sag during the polymerization, it is advisable to use a sufficiently rigid rod, e.g. made of metal, which essentially fills the interior.
  • a tensioned drawstring can perform the same function.
  • Suitable spirals in the edge area fix the spirals drawn on rods or drawstrings in the flat chamber so that their arrangement is not changed during filling and further handling.
  • the implementation of the polymerization corresponds to the known production of cast acrylic glass.
  • the sealing cords can be removed so that the volume shrinkage associated with the polymerization can take place unhindered.
  • the Rods are pulled out of the spirals on the end faces of the flat chamber or the resulting plate.
  • the remaining cavity can then optionally be filled or closed with a liquid medium.
  • the acrylic glass plates usually have a thickness D of 10 to 30 mm.
  • the spirals are thinner and preferably do not make up more than 1/3 of the plate thickness.
  • the spirals preferably have a diameter d of 2 to 8 mm.
  • the steel wire from which they are formed can e.g. have a thickness S of 0.1 to 0.5 mm.
  • the steepness of the spiral spiral affects its elasticity. As a rule, the length of a turn is not greater than the spiral diameter. Spirals with mutually touching turns are preferred.
  • Each plate preferably contains a plurality of spirals running parallel to one another at uniform lateral distances of 20 to 100 mm.
  • the spirals can be colored for reasons of wanted recognition, bird protection or a decorative design; For example, varnishes that are sufficiently resistant to the liquid monomers, metal stains or tarnishing colors that can be achieved by oxidative surface treatments are suitable for coloring.
  • Lengths of 2 to 3 m and widths of 2 to 4 m are appropriate for the use of the new panels in noise barriers along streets or railroad tracks. Panels of this size must not form loose fragments under standardized fracture conditions.
  • DIN 52290 a plate lying freely on both sides is broken by the fall of a 4.1 kg steel ball from a height of 9 m, in another test by the fall of a 300 kg steel ball from a height of 1 m. With suitable dimensioning and density of the spirals in relation to the plate size and thickness, the formation of larger loose fragments is prevented.

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Abstract

Eine als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas wird durch eingebettete Spiralen aus Stahldraht gegen das Entstehen und Herabfallen von losen Bruchstücken gesichert. Der Durchmesser der Spiralen ist kleiner als die Dicke der Platte. Die Achsen der Spiralen sind parallel zur Oberfläche angeordnet. Die Innenräume der Spiralen sind wenigstens zu einem Teil ihres Querschnittes hohl oder mit einem verformbaren Medium gefüllt. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas, die durch etwa mittig parallel zur Oberfläche eingebettete Verstärkungsstränge gegen das Entstehen und Herabfallen von losen Bruchstücken gesichert ist.
  • Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 9010087 sind derartige Platten bekannt, die als Verstärkungsstränge eingebettete monofile Kunststoffäden, vorzugsweise aus Polyamid, enthalten. Beim Bruch der Platte infolge des Aufprallens eines Fahrzeuges werden die Kunststoffäden gedehnt und zerreißen infolgedessen nicht oder nur zu einem kleinen Teil und halten die entstehenden Bruchstücke zusammen.
  • Ein Nachteil der bekannten Platten liegt in der Ungewißheit, wie lange die eingebetteten Kunststoffäden die erforderliche Reißfestigkeit beibehalten. Bekanntlich werden Polyamide und ähnliche, zur Herstellung von hochfesten Fäden geeigneten Kunststoffe durch die Einwirkung von UV-Strahlung und andere Witterungseinflüsse geschädigt. Wenn sie auch durch die Einbettung in Acrylglas gegen Witterungseinflüsse weitgehend geschützt sind, bleibt ein Risiko hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der Reißfestigkeit bestehen. Die Größe dieses Risikos spielt bei der Sicherheits-Gewährleistung eine wesentliche Rolle. Eine ausreichend sichere Beurteilung ist erst nach einer praktischen Erprobung über viele Jahre oder Jahrzehnte möglich.
  • Im Gegensatz zu Kunststoff läßt die Festigkeit von Stahl auch über große Zeiträume nicht nach. Es ist jedoch nicht möglich, die Kunststoffäden in den bekannten Platten durch Stahldrähte zu ersetzen. Wegen des hohen Elastizitätsmoduls von Stahl nehmen die Zugkräfte schon bei geringer Dehnung so schnell zu, daß die Reißfestigkeit beim Bruch der Platte überschritten werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas zur Verfügung zu stellen, bei der die Sicherheit gegen das Entstehen und Herabfallen von losen Bruchstücken über lange Zeiträume gewährleistet ist. Die Erfindung geht von der bekannten, als Lärmschutzelement geeigneten Platte aus Acrylglas mit etwa mittig parallel zur Oberfläche eingebetteten Verstärkungssträngen aus. Erfindungsgemäß enthält sie als eingebettete verstärkungsstränge Spiralen aus Stahldraht, wobei der Durchmesser der Spiralen kleiner als die Dicke der Platte ist, die Achsen der Spiralen parallel zur Oberfläche angeordnet sind und die Innenräume der Spiralen wenigstens zu einem Teil ihres Querschnittes hohl oder mit einem verformbaren Medium gefüllt sind.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Platte in der Draufsicht. Der im durchbrochenen Kreis eingeschlossene Ausschnitt ist in Figur 1 a vergrößert dargestellt.
  • Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Querschnitt durch die Platte im Maßstab der Figur 1 a.
  • Beim gewaltsamen Bruch der Platte können die entstehenden Bruchlinien über die Spur einer oder mehrerer Spiralen laufen. Die an einer Bruchlinie wirkende Zugkraft wird zunächst auf die Drahtwindungen der Spiralen übertragen, die die Bruchlinie kreuzen. Die Zugkraft kann nunmehr auf die beiderseits der Bruchfläche gelegenen Spiralwindungen einwirken, so daß diese unter Dehnung und Einschnürung aus ihrer Spur in der Kunststoffplatte herausgezogen werden. Für diese Einschnürung ist es wichtig, daß der Hohlraum innerhalb der Spirale nicht oder wenigstens nicht über seinen ganzen Querschnitt mit dem Kunststoff gefüllt ist. An der Bruchlinie wird ein der Stärke und Dauer der Zugkrafteinwirkung entsprechender Längenabschnitt der Spirale aus seiner Spur innerhalb der Kunststoffplatte herausgezogen und gedehnt. Dabei wird die Aufprallenergie, die zum Bruch der Platte geführt hat, aufgezehrt, bis der Bruchvorgang zum Stillstand kommt. Im Endzustand sind die entstandenen Bruchstücke der Kunststoffplatte durch gedehnte Spiralabschnitte miteinander verbunden.
  • Für die Einschnürung und Dehnung der Spiralen ist es wichtig, daß der Innenraum der Spirale nicht oder wenigstens nicht über seinen ganzen Querschnitt mit dem Kunststoff gefüllt ist. Denn durch diesen Raum bewegen sich die von der Zugkraft erfaßten Spiralwindungen auf die Bruchfläche zu. Vorzugsweise sind die Spiralinnenräume hohl bzw. mit Luft gefüllt. Sie können aber auch mit einem anderer Medium gefüllt sein, das ausreichend verformbar ist, um während des Bruchvorganges die Bewegung der Spiralwindungen zu den Bruchflächen zu gestatten. Dies trifft für gasförmige und dünnflüssige Medien, wie Öle, ohne weiteres zu. Mit zunehmender Viskosität des Mediums wird die Bewegung der Spiralwindungen stärker behindert, was bis zu einem gewissen Grad vorteilhaft sein kann, weil es der Energieverzehrung dient. Ist die Behinderung jedoch zu stark, wirkt die Zugkraft auf den Spiraldraht als solchen ein, was zu seinem Bruch führen kann. Da es sich um sehr schnell ablaufende Vorgänge handelt, kann bei manchen Flüssigkeiten, die sonst eine niedrige Viskosität haben, eine hohe Strukturviskosität auftreten und die Beweglichkeit der Spiralwindungen behindern. Umgekehrt kann ein mehr oder weniger festes Medium unter Krafteinwirkung ein hinreichend plastisches oder elastisches Verhalten zeigen, um die Bewegung der Spiralwindungen zu gestatten. Alle Medien, die unter den Bedingungen des Bruchvorganges die Dehnung und Einschnürung der Spiralen zulassen, werden im Sinne der Erfindung als verformbare Medien bezeichnet.
  • Das Herausziehen der Spiralwindungen an den Bruchflächen wird weiterhin um so stärker gehemmt, je dünner der Hohlraum bzw. der von einem verformbaren Medium gefüllte Raum in der Spirale ist. Dieser Raum wird in der Regel dadurch gebildet, daß man - wie weiter unten im einzelnen beschrieben - zur Herstellung der Platten bereits die mit einem Strang des einzubringenden Mediums oder mit einem Verdrängerkörper gefüllten Spiralen einsetzt. Der Verdrängerkörper, z.B. ein steifer Metalldraht, kann nach der Herstellung der Platte herausgezogen werden, so daß ein Hohlraum zurückbbleibt. Gewünschtenfalls kann dieser mit dem gewünschten Medium gefüllt werden.
  • Auf diese Weise kann der Querschnitt des Hohlraumes durch die Dicke des eingebrachten Verdrängerkörpers beeinflußt werden. Vorzugsweise füllt er den Innenraum der Spirale zu wenigstens 50 % seiner Querschnittsfläche aus. Der zu einer Spirale gewundene Stahldraht kann vollständig von dem Kunststoff der Platte umschlossen und durch eine dünne Kunststoffschicht von dem Hohlraum bzw. dem füllenden Medium getrennt sein. Während des Bruchvorganges zerbricht diese Schicht infolge der Einschnürung und Dehnung der Spirale. Dies ist wiederum ein energieverzehrender Vorgang, der vorteilhaft ist, solange die Dehnung der Spirale nicht zu stark behindert wird.
  • Die Beschaffenheit des verformbaren Mediums und sein Querschnitt werden so aufeinander abgestimmt, daß beim Herausziehen und Dehnen der Spiralen soviel kinetische Energie verbraucht wird, daß zum Bruch des Stahldrahtes ausreichende Zugkräfte praktisch nicht mehr auftreten. Diese Abstimmung erfolgt zweckmäßig durch Bruchversuche unter standardisierten Aufprallbedingungen. Es kann mit hoher Sicherheit vorausgesagt werden, daß die Eigenschaften des Acrylglases und der eingebetteten Spiralen aus Stahldraht über Jahrzehnte unverändert bleiben, so daß auch die Sicherheit gegen das Entstehen und Herabfallen von Bruchstücken entsprechend lange gewährleistet bleibt.
  • Allerdings muß dafür Sorge getragen werden, daß die eingebettete Stahldrahtspirale gegen Korrosion geschützt ist. Daher müssen bei Verwendung korrodierbarer Stahldrähte die Hohlräume der Spiralen an den Stirnseiten der Platte luft- und wasserdicht verschlossen sein. Über lange Zeiträume muß in feuchten Klimagebieten eine geringfügige Diffusion von Wasser durch das Acrylglas in Rechnung gestellt werden. Der Gefahr der Korrosion durch diese Feuchtigkeit läßt sich durch verschiedene Maßnahmen vorbeugen, z.B. durch einen korrosionsschützenden Lack auf dem Stahldraht, durch Füllung des Spiralhohlraumes mit einer hydrophoben Flüssigkeit, wie Paraffinöl oder Vaseline, oder durch Verwendung von Spiralen aus korrosionsfestem Stahl. In diesem Falle kann sogar auf den Stirnseitenverschluß verzichtet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Platten können nach dem sogenannten Kammergießverfahren hergestellt werden. Dabei wird die flüssige polymerisierbare Monomermischung in eine aus zwei parallelen Glasplatten und einer dazwischen am Rand umlaufenden Dichtungsschnur gebildete Flachkammer gefüllt. Nach dem Verschließen der Einfüllöffnung wird die gefüllte Kammer den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, bis die Monomermischung zu Acrylglas ausgehärtet ist.
  • Bei der Vorbereitung der Flachkammer werden die Spiralen mit den in den Innenraum eingefügten Verdrängerkörpern eingesetzt. Damit sie während der Polymerisation nicht durchhängen, ist es zweckmäßig, als Verdrängerkörper einen ausreichend steifen Stab, z.B. aus Metall, zu verwenden, der den Innenraum im wesentlichen ausfüllt. Die gleiche Funktion kann ein gespanntes Zugband erfüllen. Durch geeignete Halterungen im Randbereich werden die auf Stäbe oder Zugbänder aufgezogenen Spiralen in der Flachkammer befestigt, so daß ihre Anordnung beim Befüllen und der weiteren Handhabung nicht verändert wird.
  • Die Durchführung der Polymerisation entspricht der bekannten Herstellung von gegossenem Acrylglas. Sobald bei fortschreitender Polymerisation die Monomermischung eine gelartige Beschaffenheit erreicht hat, können die Dichtungsschnüre herausgenommen werden, so daß der mit der Polymerisation verbundene Volumenschurumpf ungehindert stattfinden kann. Bereits in diesem Stadium können die Stäbe an den Stirnseiten der Flachkammer bzw. der entstehenden Platte aus den Spiralen herausgezogen werden. Dies kann jedoch auch zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise am Ende der Polymerisation geschehen. Der zurückbleibende Hohlraum kann dann gegebenenfalls mit einem flüssigen Medium gefüllt oder verschlossen werden.
  • Die Acrylglasplatten haben in der Regel eine Dicke D von 10 bis 30 mm. Die Spiralen sind dünner und machen vorzugsweise nicht mehr als 1/3 der Plattendicke aus. Vorzugsweise haben die Spiralen einen Durchmesser d von 2 bis 8 mm. Der Stahldraht, aus dem sie gebildet sind, kann z.B. eine Dicke S von 0,1 bis 0,5 mm haben. Die Steilheit der Spiralwendelung hat Einfluß auf ihre Dehnbarkeit. In der Regel ist die Länge einer Windung nicht größer als der Spiraldurchmesser. Bevorzugt sind Spiralen mit einander berührenden Windungen.
  • Vorzugsweise enthält jede Platte eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Spiralen in gleichmäßigen seitlichen Abständen von 20 bis 100 mm. Aus Gründen einer gewollten Erkennbarkeit, des Vogelschutzes oder einer dekorativen Gestaltung können die Spiralen gefärbt sein; zur Färbung eignen sich zum Beispiel Lacke, die gegen die flüssigen Monomeren ausreichend beständig sind, Metallbeizen oder Anlauffarben, die sich durch oxydative Oberflächenbehandlungen erreichen lassen.
  • Für die Anwendung der neuen Platten in Lärmschutzwänden längs von Straßen oder Bahntrassen sind Längen von 2 bis 3 m und Breiten von 2 bis 4 m zweckmäßig. Platten dieser Größe dürfen unter standardisierten Bruchbedingungen keine losen Bruchstücke bilden. In Anlehnung an DIN 52290 wird eine zweiseitig frei aufliegende Platte durch den Fall einer 4,1 kg schweren Stahlkugel aus 9 m Höhe, bei einem anderen Test durch den Fall einer 300 kg schweren Stahlkugel aus 1 m Höhe zertrümmert. Bei geeigneter Dimensionierung und Dichte der Spiralen im Verhältnis zur Plattengröße und -dicke wird die Entstehung größerer loser Bruchstücke verhindert.

Claims (7)

  1. Als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas, die durch etwa mittig parallel zur Oberfläche eingebettete Verstärkungsstränge gegen das Entstehen und Herabfallen von losen Bruchstücken gesichert ist,
       dadurch gekennzeichnet,
    daß sie als Verstärkungsstränge Spiralen aus Stahldraht eingebettet enthält, wobei der Durchmesser der Spiralen kleiner als die Dicke der Platte ist, die Achsen der Spiralen parallel zur Oberfläche angeordnet sind und die Innenräume der Spiralen wenigstens zu einem Teil ihres Querschnittes hohl oder mit einem verformbaren Medium gefüllt sind.
  2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Platte eine Mehrzahl von Spiralen enthält und diese parallel zueinander verlaufen.
  3. Platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen in gleichmäßigen seitlichen Abständen von 20 bis 100 mm angeordnet sind.
  4. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm hat.
  5. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Außenseiten der Spiralen gefärbt sind.
  6. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume in den Spiralen an den Stirnseiten der Platte luft- und wasserdicht verschlossen sind.
  7. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen
    aus korrosionsfestem Stahldraht bestehen.
EP93102926A 1992-03-04 1993-02-25 Als Lärmschutzelement geeignete Platte aus Acrylglas Expired - Lifetime EP0559075B1 (de)

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