EP3555370B1 - Schallabsorbierendes bauelement mit löschungsprofilen sowie schallschutzwand - Google Patents
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- EP3555370B1 EP3555370B1 EP17826166.5A EP17826166A EP3555370B1 EP 3555370 B1 EP3555370 B1 EP 3555370B1 EP 17826166 A EP17826166 A EP 17826166A EP 3555370 B1 EP3555370 B1 EP 3555370B1
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- E01F8/0029—Arrangements for absorbing or reflecting air-transmitted noise from road or railway traffic used in a wall type arrangement with porous surfaces, e.g. concrete with porous fillers
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
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- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B1/82—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to sound only
- E04B1/84—Sound-absorbing elements
- E04B2001/8457—Solid slabs or blocks
- E04B2001/8461—Solid slabs or blocks layered
Definitions
- the present invention relates to a sound-absorbing component which preferably has a plate-like basic shape but can also be produced in other shapes.
- the sound-absorbing component comprises an absorber layer and extinction profiles embedded therein, completely enclosed in the material of the absorber layer, which also affect the acoustic properties of the component and contribute in a particularly surprising way to increasing the absorption effect.
- a panel element for a noise protection wall which is composed of several layers of material.
- a carrier layer is formed by interconnected wooden boards, on which a continuous layer of rock wool or comparable fiber material is applied in the direction of the sound source.
- This noise-absorbing layer is covered over the entire surface by another layer made of a cement-bound, porous material.
- the material and manufacturing costs for such plate elements are high.
- the overall thickness of the sheet element must be chosen to be large if useful absorption properties are to be achieved.
- this panel element only shows suitable absorption properties in certain frequency ranges, since significant frequency ranges are either already reflected on the continuous cover layer or cannot be sufficiently absorbed by the enclosed stone wool layer, so that there is an undesirable reflection of the sound on the rear wooden wall.
- the enclosed stone wool is also sensitive to moisture, so that the panel elements either have to be sealed at great expense or the sound-absorbing properties decrease over time.
- the structural element produced according to this has a concrete support plate to which facing shells are attached on one or two sides, the sintered expanded glass contain.
- sintered expanded glass is generally weather-resistant, it is very susceptible to mechanical stress.
- the facing shell made of sintered expanded glass on the outside of the sound-absorbing component is therefore already damaged by moderate mechanical stress, which can already occur during the assembly process.
- the EP 0 548 856 B1 shows a privacy and noise protection wall with a supporting structure.
- heavily profiled sound-absorbing profiles are attached to a concrete supporting wall.
- the sound-absorbing profiles consist of no-fines lean concrete and have individual cavities, some of which protrude into the lean concrete layer of the sound-absorbing profiles. To improve sound insulation, these cavities can be filled with mineral wool.
- a disadvantage of this arrangement is the significant profiling of the outwardly directed surface of the sound-absorbing profile, which leads to improved absorption properties, but makes use in strong air currents, for example in the immediate vicinity of railway tracks for high-speed trains, impossible. This also results in a large overall wall thickness and weight.
- a sound-absorbing wall element which has a base layer made of concrete.
- a large depression is worked into the base layer, in which a covering layer of individual plate-shaped elements consisting of no-fines porous Concrete is used.
- the no-fines concrete slabs improve the absorption properties, while the mechanical stability of the underlying base course is impaired.
- flat sound absorption panels are located between the no-fines concrete elements and the base layer.
- the intermediate sound absorbing panels fill substantially the entire area in the cavity, except for minor bare areas at the edges of the individual no-fines concrete slabs.
- a sound-absorbing hollow-core building board which can be used in particular as a wall panel.
- the wall panel includes an external Helmholtz acoustic resonator comprising a front skin and a back skin and a perimeter structure disposed between the spaced skins.
- the front skin faces a sound source and has openings to allow sound waves to enter a cavity located between the skins.
- the wall panel includes a plurality of internal Helmholtz acoustic resonators located within the cavity.
- WO 85/02640 A1 describes a sound-absorbing component with an outer wall and an inner wall. Both walls are separated from each other by an air space. Furthermore, the component has spherical or hemispherical resonators spaced apart from one another with resonator necks. The resonator necks couple between the air space and the resonators. The resonators have cavities.
- the DE 25 24 906 A1 describes a protective wall against noise emissions.
- the protective wall includes a load-bearing, at the same time sound-insulating reinforced concrete wall and an absorption layer, which are connected to each other by gluing or needling.
- the absorption layer consists of open-pored plates made of plastic-bonded elastomer fibers reinforced with fabric inserts.
- the reinforced concrete wall has a profile with grooves in the border area to the absorption layer. The grooves can be partially or fully filled with a secondary absorbent material. Alternatively, the absorption material can also be applied only as a covering in the grooves. Softened, fine-pored and open-pored foams are preferably suitable as secondary absorption materials.
- a sound-absorbing component which is also suitable for outdoor use.
- This component comprises a sound-absorbing cover layer and sound-absorbing elements embedded therein with an increased degree of absorption compared to the cover layer.
- the directed toward the sound source surface of the top layer is flat, the Sound absorber elements are arranged at a distance from one another and an absorption surface of the sound absorber elements lies in a plane parallel to the cover layer. In this plane, the area occupied by the sound absorber elements is smaller than the area not occupied by sound absorber elements.
- the sound-absorbing material of the sound-absorbing elements is expensive, so that the overall costs of the component are still relatively high, although they are already significantly cheaper in comparison to older arrangements. In addition, the introduction of the sound absorbing elements is technologically demanding.
- One object of the present invention is therefore, based on the prior art mentioned, to provide a further improved sound-absorbing component which, above all, is inexpensive and easy to produce, preferably based on porous sound-absorbing materials.
- the component should preferably meet the environmental influences and conditions of use outside and still have a significantly improved degree of absorption than previous solutions, especially in the frequency range between 250 and 2,000 Hz, in order to be able to use the sound-absorbing component efficiently in noise protection.
- a further object is seen in the provision of an improved noise protection wall.
- the present invention is based on the surprising finding that the sound absorption in an absorber layer can be improved dramatically by shaped and with Profiles made of hard and therefore not sound-absorbing material, provided with numerous sound inlet openings, are inserted into the absorber layer.
- the improvement in absorption is particularly noticeable in absorption layers made of simple, relatively poorly absorbent materials.
- the phenomenon used by the invention can be explained by the fact that reflection, diffraction and superimposition of the sound waves occur at the profile edges and in the interior of the profile, which ultimately lead to the sound energy being extinguished.
- the cancellation profiles By using the cancellation profiles, the resulting paths of the sound waves in the absorber material can be significantly extended, which also improves the absorption effect.
- the sound-absorbing component according to the invention has a sound-absorbing absorber layer with a sound entry surface and a plurality of cancellation profiles completely enclosed in the absorber layer and arranged at a distance from one another.
- Each extinction profile consists of a sound-reflecting material, for example sheet steel, aluminum or plastic, and delimits a partially open profile interior which has an open side facing away from the sound entry surface. The interior of the profile is completely or partially filled with the material of the absorber layer.
- the cancellation profile preferably has at least one inlet surface with numerous sound inlet openings and at least a closed reflection surface adjoining the inlet surface.
- the sound inlet openings can preferably be distributed regularly but also irregularly in the inlet area.
- the reflection surface and the open side of the extinction profile are further away from the sound entry surface of the absorber layer than the inlet surface.
- the reflection surface can run perpendicular to the sound entry surface or parallel to it or at an acute or obtuse angle. The goal is to let the paths of the reflected sound waves run as long as possible in the absorber material.
- the inlet surface of the extinction profile runs at a distance and parallel to the sound entry surface.
- Advantageous modifications use inlet surfaces instead, which run at an angle to the sound entry surface, in particular at an angle of 45° to the sound entry surface. Reflective surfaces running at an angle to the inlet surface preferably adjoin the inlet surface on both sides.
- An expedient embodiment of the sound-absorbing component is characterized in that the area of all cancellation profiles projected onto the sound entry area is smaller than the area portion of the sound entry area not occupied by the projected area. In alternative embodiments, these areas are approximately in the same or an inverse relationship, the resulting absorption properties also depending on the material used in the absorption layer.
- the cancellation profile has at least one collar surface which is parallel or runs at an angle to the sound entry surface and extends outside the profile interior.
- the collar surface can run at an obtuse angle or at an acute angle to the sound entry surface.
- the collar surface also has acoustic effects and, as a result of reflections on it, lengthens the paths (and thus the transit time) of the reflected sound waves in the absorber material.
- the collar area is also used to position the extinction profile during the manufacturing process. Finally, the collar area can improve the static properties of the sound-absorbing component, so that its mechanical stability increases.
- the open side of the extinction profile is further away from the sound entry surface than from the rear side of the absorber layer opposite the sound entry surface.
- the distance between the sound entry surface of the profiles and the back of the absorber layer is preferably between 10 and 30 mm, particularly preferably between 15 and 25 mm.
- Advantageous embodiments of the sound-absorbing component use cancellation profiles with a U-shaped, V-shaped, hat-shaped or truncated pyramid-shaped cross section. Other cross-sectional shapes are also possible.
- the sound inlet openings on the inlet surface are preferably designed as perforations, ie the openings are distributed essentially uniformly over the inlet surface, with the sound inlet openings preferably occupying 5% to 20% of the surface area of the inlet surface.
- the sound inlet openings preferably have a circular shape with an opening diameter of between 6 and 10 mm. Alternatively, however, elongated slots with edge lengths in the range (5-10) ⁇ (10-30) mm or other shapes can be used for the sound inlet openings.
- a preferred design of the sound-absorbing component uses an absorber layer with a thickness of 40 to 80 mm, preferably 50 to 70 mm, in particular 60 mm.
- the absorber layer preferably consists of porous absorber material, in particular expanded glass, expanded clay, pumice, aggregate, wood concrete, mineral fibers or a mixture of these materials.
- the materials can be held together by a binder, e.g. cement, polyurethane, epoxy resins or others.
- the absorber layer is preferably a porous absorber and preferably consists of no-fines material.
- the profile interior of the extinction profile expediently has a cross-sectional area of between 600 and 3000 mm 2 . It is particularly advantageous if the extinction profiles have a height extending in the thickness of the absorber layer that is greater than their width, which leads to good absorption results in particular when the absorber layer has a thickness of more than 60 mm.
- a preferred embodiment is characterized in that the sound entry surface of the absorber layer directed in the direction of the sound source is flat.
- acoustic boundary surface effects that promote the absorption effect occur at the boundary surfaces between absorbing materials and reflecting materials is important for the invention.
- sound wave diffraction, phase shift, superimposition of sound waves and absorption occur on extended travel paths on.
- higher absorption values, broadband absorption and an increase in absorption in the low-frequency range can be achieved in a targeted manner.
- boundary surfaces exist between successive layers of different materials (air - absorber layer in the cancellation profile) and along the aforementioned diffraction edges of cancellation profiles placed in an absorber layer.
- the sound waves arriving there are diffracted, with the diffracted portion of the sound wave being superimposed on the sound waves to be absorbed in order to achieve partial or, in the best case, complete cancellation of the sound waves , resulting in a significantly increased absorption rate.
- boundary lines are also referred to below as diffraction edges.
- the cancellation profile consists of a sound-reflecting material.
- the sound waves which have first passed a path in the absorber layer, penetrate into the cancellation profile via the numerous sound inlet openings in the inlet surface, and/or e.g. B. after reflection at the interface to the carrier layer via the open side of the profile facing away from the sound entry surface. Due to the numerous extinction profiles running side by side, preferably parallel to one another, there are also sound reflections between the profiles. The diffraction edges mentioned are formed particularly effectively at the interfaces between the absorber layer and the extinction profile.
- the design according to the invention thus allows the production of slim, smooth, weather-resistant, impact-resistant, sound-absorbing components using inexpensive materials as the absorber layer and with inexpensive extinction profiles, while completely dispensing with expensive, highly absorbent, sensitive materials.
- the components according to the invention can thus be used particularly advantageously for sound absorption on railway lines, where there is regularly only a short distance to high-speed trains, so that strong air turbulence and high noise pollution occur.
- the sound-absorbing components according to the invention are also suitable for the subsequent implementation of soundproofing measures on and in buildings that were not originally optimized with regard to sound absorption.
- the extinction profiles in the absorber layer particularly preferably occupy an area of 30% to 70% and have a height of 25% to 80% of the thickness of the absorber layer. Furthermore, it is essential for the invention that the individual extinction profiles are arranged at a distance from one another, so that as many of the diffraction edges and reflection surfaces mentioned arise as possible.
- a particularly preferred embodiment uses extinction profiles that cover an area of about 50% of the area of the absorber layer. It has proven useful to use U-shaped extinction profiles with a width of about 30 to 60 mm, which has a collar surface on both edges have a width of 15 to 25 mm and maintain an axis distance of 200 to 350 mm from each other. This leads to an optimized absorption rate at frequencies in the range between 250 and 2,000 Hz. This design leads to a targeted improvement in the absorption rate, especially for requirements in rail traffic (cf. e.g. guidelines for noise protection systems on railway lines - RLE).
- the absorber layer and the carrier layer particularly preferably adjoin one another without leaving cavities, optionally mediated by an adhesive layer if the absorber layer and the carrier layer are glued together.
- other materials with good or moderate absorbency can also be used.
- auxiliary and connecting means can also be used for the connection between the optionally provided carrier layer and the absorber layer, in particular retaining clamps, frame elements or mechanical connecting elements, as are known to the person skilled in the art.
- Alternate embodiments may use less sound absorbing materials.
- the absorber layer can be flat on its sound entry surface facing the sound source or it can also have a profile if this is useful for the respective application. However, high total absorption values can also be achieved with a flat surface.
- the cancellation profile is preferably made of sheet steel or zinc with a thickness of ⁇ 1mm or another hard material, e.g. B. plastic or fiber cement.
- the support layer that may be provided consists particularly preferably of non-sound-absorbing material with a high load-bearing capacity, for example concrete or masonry. In modified versions, however, materials with a low degree of absorption are also suitable for the carrier layer.
- the present invention also proposes a soundproofing wall which is characterized in that it has a carrier layer to which a multiplicity of sound-absorbing components according to the invention are attached.
- support structures can be used to hold and/or connect the individual sound-absorbing components.
- the absorber layer preferably has a thickness of between 5 and 10 cm.
- a connection of the sound-absorbing component to a carrier layer for constructing a soundproofing wall preferably has a total thickness of between 8 and 12 cm.
- the absorber layer 01 is formed over the entire area and in practice has a thickness of 60 mm, for example.
- the absorber layer has a sound entry surface 02 through which sound waves 03 can enter.
- the absorber layer 01 has a rear side 04, which is preferably parallel to the sound entry surface opposite.
- a plurality of extinction profiles 05 which are completely surrounded by the material of the absorber layer, are embedded in the absorber layer 01.
- Each cancellation profile 05 consists of a sound-reflecting material, for example thin sheet metal, plastic or the like.
- the cancellation profile 05 has at least one open side and preferably one or more inlet surfaces 06 with numerous sound inlet openings 07.
- the inlet surface 06 runs at the in 1
- the cancellation profile shown on the right is parallel to the sound entry surface 02 of the absorber layer 01, but can also be at an angle to it.
- a first inlet surface runs parallel to the sound entry surface 02 and second inlet surfaces 06b run perpendicular to the first inlet surface.
- the extinction profile 05 preferably has at least one closed reflection surface 08, which adjoins the inlet surface 06.
- the reflective surface 08 can, for. B. approximately perpendicular to the sound entry surface 02 of the absorber layer 01 (right profile in 1 ) or as a collar surface that runs parallel to the sound entry surface 02 of the absorber layer 01 (right profile in 1 ) or at an angle of about 45° to the sound entry surface 02 (left profile in 1 ) lies.
- the cancellation profile describes a profile interior 09, which has an open side facing away from the sound entry surface.
- the profile interior 09 is completely or partially filled with the material of the absorber layer (right profile in 1 ). This in 1
- the left profile shown is integrated into the absorber layer in a manner not according to the invention.
- the deletion profiles 05 can be placed next to each other on one level or with a plane offset to each other (as in 1 shown) can be arranged.
- FIG. 1 shows two U-shaped extinction profiles 05 completely enclosed in the absorber layer 01, each of which has lateral collar surfaces 08.
- the collar surfaces act as reflection surfaces 08 and also serve to mechanically hold the extinction profiles in the absorber layer.
- cancellation profiles are shown with a truncated pyramid-shaped cross section, the profile interior of which is filled with material from the absorber layer.
- These two profiles shown as examples only have a collar surface on one side.
- the 2 also shows a carrier layer 10 on which the absorber layer 01 is attached.
- the backing layer 10 consists of a hard, sound-reflecting material.
- the absorber layer 01 is particularly preferably 50 to 70 mm thick, with a thickness of 60 mm being well suited for the production of absorption panels that are retrofitted to existing walls or the like, while thicknesses above 60 mm are suitable for the construction of noise protection walls are particularly suitable.
- the distance a between the back 04 and the erasure profiles is preferably 15 to 25 mm.
- the lateral distance between the extinction profiles is preferably between 200 and 350 mm, based on their respective longitudinal axes.
- the cancellation profile shown there on the right has an essentially triangular cross-section, the inlet surface 06 is at an angle of approximately 45° to the sound entry surface 02, a reflection surface 08 shaped as a collar surface runs approximately parallel to the sound entry surface 02 and another reflection surface 08 runs at an angle of approximately 45° to the sound entry surface 02.
- the cancellation profile shown on the left has three inlet surfaces 06, two of them at an angle of approximately 45° to the sound entry surface 02, and the reflection surfaces 08, which are designed as collar surfaces, run approximately parallel to the sound entry surface 02.
- the cancellation profile shown there on the right has an essentially U-shaped cross section, the collar surfaces 08 on both sides lie at an angle of approximately 45° to the sound entry surface 02, all surfaces of the profile act as reflection surfaces.
- the extinction profile shown on the left is hollow and is therefore integrated into the absorber layer in a manner which is not according to the invention.
- the collar surfaces run approximately parallel to the sound entry surface 02.
- FIG. 5 shows an exemplary cancellation profile 05 both in cross section and in plan view.
- the Figures 6 to 9 show several measurement curves of the course of the absorption coefficient ⁇ over the frequency f, the special effect of the components according to the invention being visible from the comparison of the curves.
- FIG. 6 shows a measurement curve of the absorption coefficient ⁇ over the frequency f of an absorber layer consisting only of expanded glass (grain size 1-2 mm) with a layer thickness of 60 mm. Evaluated according to EN 1793-1, the attenuation in this case is 11.3 dB. In comparison, shows 7 a measurement curve of the absorption coefficient ⁇ over the frequency f of the same absorber layer made of expanded glass, several extinction profiles (made of sheet metal, hat-shaped cross-section, hollow profile interior) being integrated in a manner not according to the invention. It can be seen that, particularly in the frequency range from about 250 Hz to about 2000 Hz, there is a significant increase in the absorption coefficient, which proves the effectiveness of the design according to the invention. Evaluated according to EN 1793-1, it complies with the test setup 7 to an attenuation of 14.2 dB, which corresponds to an increase of 26%.
- a preferred application is a noise protection wall that is composed of numerous sound-absorbing components.
- sound-absorbing components can be used for sound absorption in vehicles, ships or aircraft.
- the sound-absorbing components can be specially shaped for this purpose, for example to follow the contours of car bodies.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Bauelement, welches bevorzugt eine plattenartige Grundform besitzt aber auch in anderen Formgebungen hergestellt sein kann. Das schallabsorbierende Bauelement umfasst eine Absorberschicht sowie darin eingelassene, vollständig in das Material der Absorberschicht eingeschlossene Löschungsprofile, die sich ebenfalls auf die akustischen Eigenschaften des Bauelements auswirken und in besonders überraschender Weise zur Erhöhung der Absorptionswirkung beitragen.
- Mit wachsender Lärmbelastung, insbesondere in der Nähe von Verkehrswegen, ist in den letzten Jahren der Bedarf nach der Errichtung von Schallschutzwänden im Außenbereich erheblich gestiegen. Schallabsorbierende Bauelemente werden aber nicht nur an Straßen und Bahnstrecken benötigt, sondern beispielsweise auch in Gewerbebereichen mit erhöhter Lärmbelastung eingesetzt. Eine akustische Zielstellung ist dabei die möglichst umfassende Absorption von Schall bzw. Lärm in einem breiten Frequenzbereich. Die im Außenbereich eingesetzten schallabsorbierenden Bauelemente müssen darüber hinaus über lange Zeit witterungsbeständig sein und auch mechanischen Anforderungen genügen, die beispielsweise aus einer hohen Windbelastung oder möglicherweise vandalistischen Attacken resultieren können. Es stehen heutzutage faktisch keine Materialien zur Verfügung, die sowohl eine hohe mechanische Festigkeit und Resistenz gegen Umwelteinflüsse als auch einen hohen Schallabsorptionsgrad über einen breiten Frequenzbereich aufweisen.
- In Scholl, W.: "Entwicklung und Anwendung von Lärmschutzwänden", Fraunhofer Institut Bauphysik, IBP-Mitteilung 234, 20 (1993) sind Grundlagen der an Lärmschutzwänden zu realisierenden Absorptionseigenschaften erläutert.
- Aus der
EP 0 417 049 A1 ist ein Plattenelement für eine Lärmschutzwand bekannt, welches aus mehreren Materialschichten zusammengesetzt ist. Dabei wird eine Trägerschicht durch miteinander verbundene Holzbretter gebildet, auf welcher in Richtung zur Schallquelle eine durchgängige Schicht aus Steinwolle oder vergleichbarem Fasermaterial aufgebracht ist. Diese Lärm absorbierende Schicht ist ganzflächig von einer weiteren Schicht aus einem zementgebundenen, porösen Werkstoff abgedeckt. Der Material- und Herstellungsaufwand für solche Plattenelemente ist hoch. Die Gesamtstärke des Plattenelements muss groß gewählt werden, wenn brauchbare Absorptionseigenschaften erzielt werden sollen. Insgesamt zeigt dieses Plattenelement nur in bestimmten Frequenzbereichen geeignete Absorptionseigenschaften, da wesentliche Frequenzbereiche entweder bereits an der durchgehenden Deckschicht reflektiert werden oder von der eingeschlossenen Steinwollschicht nicht ausreichend absorbiert werden können, sodass es zu einer unerwünschten Reflektion des Schalls an der rückwärtigen Holzwand kommt. Die eingeschlossene Steinwolle ist zudem feuchtigkeitsempfindlich, sodass die Plattenelemente entweder aufwändig abgedichtet werden müssen oder die schallabsorbierenden Eigenschaften mit der Zeit nachlassen. - In der
EP 1 508 650 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lärmschutzwand aus schallabsorbierenden Bauelementen beschrieben. Eine Ausführungsform des danach hergestellten Bauelements besitzt eine Tragplatte aus Beton, an welcher ein- oder zweiseitig Vorsatzschalen angebracht sind, die gesintertes Blähglas enthalten. Zwar ist gesintertes Blähglas grundsätzlich gut witterungsbeständig, jedoch ist es gegenüber mechanischen Beanspruchungen sehr anfällig. Die an der Außenseite des schallabsorbierenden Bauelements befindliche Vorsatzschale aus gesintertem Blähglas wird daher bereits bei mäßiger mechanischer Beanspruchung, wie sie schon im Montageprozess auftreten kann, beschädigt. - Aus der
DE 197 12 835 C3 ist ein Formkörper aus einem Leichtwerkstoff bekannt, welcher schalldämmende Eigenschaften besitzt. - Die
EP 0 548 856 B1 zeigt eine Sicht- und Lärmschutzwand mit Stützträgerkonstruktion. In einer speziellen Ausführungsform werden stark profilierte Schallschluckprofile auf einer Betontragwand befestigt. Die Schallschluckprofile bestehen aus haufwerksporigem Magerbeton und besitzen einzelne Hohlräume, die teilweise in die Magerbetonlage der Schallschluckprofile hineinragen. Zur Verbesserung der Schalldämmung können diese Hohlräume mit Mineralwolle gefüllt sein. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in der erheblichen Profilierung der nach außen gerichteten Fläche des Schallschluckprofils, die zwar zu verbesserten Absorptionseigenschaften führt, einen Einsatz bei starken Luftströmungen, beispielsweise in unmittelbarer Nähe von Schienenwegen für Hochgeschwindigkeitszüge, unmöglich macht. Dies führt außerdem zu einer großen Gesamtdicke der Wand und zu hohem Gewicht. - In der
DE 42 31 487 A1 ist ein schallabsorbierendes Wandelement offenbart, welches eine Tragschicht aus Beton besitzt. In die Tragschicht ist eine großflächige Vertiefung eingearbeitet, in welche flächendeckend eine Deckschicht aus einzelnen plattenförmigen Elementen, bestehend aus haufwerksporigem Beton, eingesetzt ist. Die haufwerksporigen Betonplatten verbessern die Absorptionseigenschaften, während die mechanische Stabilität der dahinterliegenden Tragschicht verschlechtert wird. Zur weiteren Verbesserung der Schallabsorption befinden sich flächig ausgebildete Schallabsorptionsplatten zwischen den haufwerksporigen Betonelementen und der Tragschicht. Die zwischenliegenden Schallabsorptionsplatten füllen im Wesentlichen die gesamte Fläche in der Vertiefung aus, abgesehen von geringfügigen freibleibenden Bereichen an den Kanten der einzelnen haufwerksporigen Betonplatten. - Aus der
US 6 021 612 A1 ist eine schallabsorbierende Hohlkernbauplatte bekannt, welche insbesondere als Wandpaneel verwendet werden kann. Das Wandpaneel umfasst einen externen Helmholtz-Akustikresonator, umfassend eine vordere Haut und eine hintere Haut sowie eine zwischen den beabstandeten Häuten angeordnete Umfangsstruktur. Die vordere Haut ist einer Geräuschquelle zugewandt und weist Öffnungen auf, sodass Schallwellen in einen zwischen den Häuten befindlichen Hohlraum eintreten können. Weiterhin umfasst das Wandpaneel eine Vielzahl an internen Helmholtz-Akustikresonatoren, welche in dem Hohlraum befindlich sind. - In der
WO 85/02640 A1 - Die
DE 25 24 906 A1 beschreibt eine Schutzwand gegen Lärmimmissionen. Die Schutzwand umfasst eine tragende, gleichzeitig schalldämmende Stahlbetonwand und eine Absorptionsschicht, welche miteinander durch Klebung oder Vernadelung verbunden sind. Die Absorptionsschicht besteht aus offenporigen und mit Gewebeeinlagen verstärkten Platten aus kunststoffgebundenen Elastomerfasern. Die Stahlbetonwand weist im Grenzbereich zur Absorptionsschicht eine Profilierung mit Nuten auf. Die Nuten können teilweise oder vollständig mit einem sekundären Absorptionsmaterial gefüllt sein. Alternativ kann das Absorptionsmaterial auch nur als Belag in den Nuten aufgebracht sein. Als sekundäre Absorptionsmaterialien eignen sich vorzugsweise weicheingestellte fein- und offenporige Schaumstoffe. - In der nachveröffentlichten Internationalen Patentanmeldung
WO 2016/203057 A1 der selben Anmelderin ist ein schallabsorbierendes Bauelement beschrieben, welches sich ebenfalls für den Außenbereich eignet. Dieses Bauelement umfasst eine schallabsorbierende Deckschicht sowie darin eingelassene Schallabsorberelemente mit gegenüber der Deckschicht erhöhtem Absorptionsgrad. Die in Richtung zur Schallquelle gerichtete Oberfläche der Deckschicht ist eben ausgebildet, die Schallabsorberelemente sind voneinander beabstandet angeordnet und eine Absorptionsfläche der Schallabsorberelemente liegt in einer Ebene parallel zu der Deckschicht. In dieser Ebene ist die von den Schallabsorberelementen eingenommene Fläche kleiner als die nicht von Schallabsorberelementen eingenommene Fläche. Das gut Schall absorbierende Material der Schallabsorberelemente ist teuer, sodass die Gesamtkosten des Bauelements immer noch relativ hoch sind, wenngleich im Vergleich zu älteren Anordnungen bereits deutlich günstiger. Außerdem ist das Einbringen der Schallabsorberelemente technologisch anspruchsvoll. - Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit ausgehend vom genannten Stand der Technik darin, ein nochmals verbessertes schallabsorbierendes Bauelement bereitzustellen, welches vor allem preiswert und einfach herstellbar ist, vorzugsweise auf der Basis poröser Schallabsorptionsmaterialien. Bevorzugt soll das Bauelement den im Außenbereich herrschenden Umwelteinflüssen und Einsatzbedingungen genügen und dennoch einen deutlich verbesserten Absorptionsgrad als frühere Lösungen aufweist, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 250 und 2.000 Hz, um das schallabsorbierende Bauelement im Lärmschutz effizient einsetzen zu können. Eine weitere Aufgabe wird in der Bereitstellung einer verbesserten Schallschutzwand gesehen.
- Diese Aufgabe wird durch ein schallabsorbierendes Bauelement gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bzw. durch eine Schallschutzwand gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass sich die Schallabsorption in einer Absorberschicht, sprunghaft verbessern lässt, indem geformte und mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen versehene Profile aus hartem und damit selbst nicht schallabsorbierendem Material in die Absorberschicht eingelegt werden. Die Absorptionsverbesserung ist insbesondere in Absorptionsschichten aus einfachen, relativ schlecht absorbierenden Materialen besonders bemerkenswert. Das Befüllen der nachfolgend als Löschungsprofil bezeichneten Profile mit teurem, gegenüber der Absorberschicht besser Schall absorbierendem Material - wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist - kann entfallen, sodass die Löschungsprofile entweder einen Hohlraum aufweisen oder mit dem Material der Absorberschicht befüllt sind. Erklärbar ist das durch die Erfindung genutzte Phänomen damit, dass es an den Profilkanten und im Innenraum des Profils zur Reflexion, Beugung und Überlagerung der Schallwellen kommt, die letztlich zu einer Auslöschung der Schallenergie führen. Durch die Nutzung der Löschungsprofile können die resultierenden Laufwege der Schallwellen im Absorbermaterial deutlich verlängert werden, was die Absorptionswirkung ebenfalls verbessert.
- Das erfindungsgemäße schallabsorbierende Bauelement besitzt eine schallabsorbierende Absorberschicht mit einer Schalleintrittsfläche sowie mehrere in der Absorberschicht vollständig eingeschlossene, voneinander beabstandet angeordnete Löschungsprofile. Jedes Löschungsprofil besteht aus einem schallreflektierenden Material, beispielsweise Stahlblech, Aluminium oder Kunststoff, und begrenzt einen teilweise geöffneten Profilinnenraum, der eine von der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite aufweist. Der Profilinnenraum ist mit dem Material der Absorberschicht ganz oder teilweise befüllt.
- Das Löschungsprofil besitzt bevorzugt mindestens eine Einlassfläche mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen und mindestens eine an die Einlassfläche anschließende geschlossene Reflexionsfläche. Die Schalleinlassöffnungen können bevorzugt regelmäßig aber auch unregelmäßig in der Einlassfläche verteilt angeordnet sein. Die Reflexionsfläche und die offene Seite des Löschungsprofils sind von der Schalleintrittsfläche der Absorberschicht weiter beabstandet als die Einlassfläche. Die Reflexionsfläche kann senkrecht zur Schalleintrittsfläche oder parallel zu dieser oder in einem spitzen oder stumpfen Winkel verlaufen. Ziel ist es jeweils, die Laufwege der reflektierten Schallwellen möglichst lang im Absorbermaterial verlaufen zu lassen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Einlassfläche des Löschungsprofils beabstandet und parallel zur Schalleintrittsfläche. Vorteilhafte Abwandlungen verwenden stattdessen Einlassflächen, die winklig zur Schalleintrittsfläche verlaufen, insbesondere in einem Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche. Bevorzugt schließen sich beidseitig an die Einlassfläche winklig zu dieser verlaufende Reflexionsflächen an.
- Eine zweckmäßige Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements zeichnet sich dadurch aus, dass die auf die Schalleintrittsfläche projizierte Fläche aller Löschungsprofile kleiner ist als der nicht von der projizierten Fläche eingenommene Flächenanteil der Schalleintrittsfläche. In alternativen Ausführungsformen stehen diese Flächen etwa im selben oder in einem umgekehrten Verhältnis, wobei die resultierenden Absorptionseigenschaften auch vom jeweils eingesetzten Material der Absorptionsschicht abhängig ist.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzt das Löschungsprofil mindestens eine Kragenfläche, die parallel oder auch winklig zur Schalleintrittsfläche verläuft und sich außerhalb des Profilinnenraums erstreckt. Die Kragenfläche kann stumpfwinklig oder spitzwinklig zur Schalleintrittsfläche verlaufen. Die Kragenfläche hat ebenfalls akustische Wirkungen und führt durch Reflexionen an ihr zur Verlängerung der Laufwege (und damit der Laufzeit) der reflektierten Schallwellen im Absorbermaterial. Die Kragenfläche dient außerdem der Positionierung des Löschungsprofils im Herstellungsprozess. Schließlich kann die Kragenfläche die statischen Eigenschaften des schallabsorbierenden Bauelements verbessern, sodass seine mechanische Stabilität steigt.
- Es ist vorteilhaft, wenn die offene Seite der Löschungsprofile von der Schalleintrittsfläche weiter entfernt ist als von der der Schalleintrittsfläche gegenüberliegenden Rückseite der Absorberschicht. Vorzugsweise beträgt der Abstand der Schalleintrittsfläche der Profile zur Rückseite der Absorberschicht zwischen 10 und 30mm, besonders bevorzugt zwischen 15 und 25 mm.
- Vorteilhafte Ausführungsformen des schallabsorbierenden Bauelements verwenden Löschungsprofile mit U-förmigem, V-förmigem, hutförmigem oder pyramidenstumpfförmigem Querschnitt. Andere Querschnittsformen sind ebenso möglich.
- Vorzugsweise sind die Schalleinlassöffnungen an der Einlassfläche als Perforation ausgebildet, d. h. die Öffnungen sind im wesentlichen gleichförmig über die Einlassfläche verteilt, wobei die Schalleinlassöffnungen vorzugsweise 5% bis 20% der Oberfläche der Einlassfläche einnehmen. Vorzugsweise besitzen die Schalleinlassöffnungen eine kreisrunde Form mit einem Öffnungsdurchmesser zwischen 6 und 10 mm. Alternativ können aber auch längliche Schlitze mit Kantenlängen im Bereich (5-10) × (10-30) mm oder andere Formen für die Schalleinlassöffnungen genutzt werden.
- Eine bevorzugte Gestaltung des schallabsorbierenden Bauelements verwendet eine Absorberschicht mit einer Dicke von 40 bis 80 mm, bevorzugt 50 bis 70 mm, insbesondere 60 mm. Die Absorberschicht besteht vorzugsweise aus porösem Absorbermaterial, insbesondere aus Blähglas, Blähton, Bims, Gesteinskörnung, Holzbeton, Mineralfaser oder einer Mischung aus diesen Materialien. Dabei können die Materialien durch ein Bindemittel zusammengehalten werden, z.B. Zement, Polyurethan, Epoxidharze oder andere. Vorzugsweise ist die Absorberschicht ein poröser Absorber und besteht bevorzugt aus haufwerksporigem Material.
- Zweckmäßigerweise besitzt der Profilinnenraum des Löschungsprofils eine Querschnittsfläche zwischen 600 und 3000 mm2. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Löschungsprofile eine in sich in der Dicke der Absorberschicht erstreckende Höhe aufweisen, die größer als ihre Breite ist, was insbesondere dann zu guten Absorptionsergebnissen führt, wenn die Absorberschicht eine Dicke von mehr als 60 mm aufweist.
- Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die in Richtung zur Schallquelle gerichtete Schalleintrittsfläche der Absorberschicht eben ausgebildet ist.
- Für die Erfindung von Bedeutung ist die Erkenntnis, dass es an den Grenzflächen zwischen absorbierenden Materialen und reflektierenden Materialien zu akustischen Grenzflächeneffekten kommt, die die Absorptionswirkung begünstigen. Insbesondere treten Schallwellenbeugung, Phasenverschiebung, Überlagerung von Schallwellen und Absorption auf verlängerten Laufwegen auf. Durch Nutzung dieser Effekte lassen sich zielgerichtet höhere Absorptionswerte, eine breitbandigere Absorption und eine Erhöhung der Absorption im tieffrequenten Bereich erreichen. Solche Grenzflächen bestehen zwischen aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlicher Materialien (Luft - Absorberschicht im Löschungsprofil) und entlang der bereits genannten Beugungskanten von in eine Absorberschicht eingelegten Löschungsprofilen.
- An den Grenzlinien zwischen einem absorbierenden Material und einem nicht absorbierenden oder reflektierenden Material kommt es insbesondere zu einer Beugung der dort eintreffenden Schallwellen, wobei der gebeugte Schallwellenanteil mit den zu absorbierenden Schallwellen überlagert wird, um eine teilweise oder im günstigsten Fall vollständige Auslöschung der Schallwellen zu erreichen, was zu einer deutlich erhöhten Absorptionsrate führt. Solche Grenzlinien werden nachfolgend auch als Beugungskanten bezeichnet.
- Das Löschungsprofil besteht aus einem schallreflektierenden Material. Die Schallwellen, welche zunächst einen Weg in der Absorberschicht durchlaufen haben, dringen in das Löschungsprofil über die zahlreichen Schalleinlassöffnungen in der Einlassfläche ein, und/oder z. B. nach Reflexion an der Grenzfläche zur Trägerschicht über die der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite des Profils. Durch die zahlreichen, nebeneinander, vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Löschungsprofile kommt es darüber hinaus zu Schallreflexionen zwischen den Profilen. An den Grenzflächen zwischen Absorberschicht und Löschungsprofil werden besonders wirksam die erwähnten Beugungskanten ausgebildet.
- Durch die erfindungsgemäße Gestaltung lassen sich somit schlanke, glatte, witterungsbeständige, schlagfeste schallabsorbierende Bauelemente erzeugen, unter Verwendung preiswerter Materialien als Absorberschicht und mit preiswerten Löschungsprofilen, unter vollständigem Verzicht auf teure, hochabsorbierende, empfindliche Materialien. Damit können die erfindungsgemäßen Bauelemente beispielsweise besonders vorteilhaft zur Schallabsorption an Bahnstrecken eingesetzt werden, wo regelmäßig nur wenig Abstand zu Hochgeschwindigkeitszügen zur Verfügung steht, sodass starke Luftverwirbelungen und hohe Lärmbelastungen auftreten. Ebenso eignen sich die erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelemente für die nachträgliche Realisierung von Schallschutzmaßnahmen an und in Bauwerken, die ursprünglich nicht in Bezug auf Schallabsorption optimiert wurden.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die schallabsorbierende Absorberschicht einen Absorptionsgrad α = 0,3 bis 0,75 aufweist.
- Besonders bevorzugt nehmen die Löschungsprofile in der Absorberschicht eine Fläche von 30% bis 70% ein und besitzen eine Höhe von 25% bis 80% der Dicke der Absorberschicht. Weiterhin ist für die Erfindung wesentlich, dass die einzelnen Löschungsprofile voneinander beabstandet angeordnet sind, sodass möglichst viele der genannten Beugungskanten und Reflexionsflächen entstehen.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform verwendet Löschungsprofile, die eine Fläche von etwa 50% der Fläche der Absorberschicht bedecken. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, U-förmige Löschungsprofile einer Breite von etwa 30 bis 60 mm zu verwenden, die an beiden Rändern eine Kragenfläche mit einer Breite von 15 bis 25 mm aufweisen und voneinander jeweils einen Achsabstand von 200 bis 350 mm einhalten. Dies führt zu einer optimierten Absorptionsrate bei Frequenzen im Bereich zwischen 250 und 2.000 Hz. Diese Gestaltung führt zu einer zielgerichteten Verbesserung der Absorptionsrate speziell für Anforderungen im Schienenverkehr (vgl. z. B. Richtlinien für Lärmschutzanlagen an Eisenbahnstrecken - RLE).
- Es hat sich gezeigt, dass größere Abstände zwischen den Löschungsprofilen zu einer verbesserten Absorption im höherfrequenten Bereich führen, sodass auf diese Weise das schallabsorbierende Bauelement an ein bevorzugt zu absorbierendes Spektrum angepasst werden kann. Dies führt zu einer zielgerichteten breitbandigen Verbesserung im Bereich 500 bis 3.000 Hz für die Anforderung "hochabsorbierend" im Straßenverkehr (vgl. Zusätzliche Technische Vorschriften und Richtlinien für die Ausführung von Lärmschutzwänden an Straßen - ZTV-Lsw 06). Natürlich können durch entsprechende Anordnung und Kombination von mehreren auch unterschiedlichen Löschungsprofilen mit unterschiedlichen Abständen zueinander auch verbesserte Absorptionswerte sowohl im Bereich unter 500 Hz als auch im Bereich bis 3.000 Hz erzielt werden.
- Die erfindungsgemäße Einbettung von Löschungsprofilen in ein absorbierendes Material der Absorberschicht führt zu einem überraschend deutlich gesteigerten Gesamtabsorptionsgrad. Dies ist für die Verwendung der schallabsorbierenden Bauelemente an Lärmschutzwänden bedeutsam.
- Besonders bevorzugt grenzen die Absorberschicht und die Trägerschicht ohne Belassung von Hohlräumen aneinander, gegebenenfalls vermittelt über eine Klebeschicht, wenn die Absorberschicht und die Trägerschicht zusammengeklebt sind.
- Beispielsweise besteht die Absorberschicht aus einem Blähglasgranulat, welches schon von Haus aus einen hohen Absorptionsgrad aufweist, beispielsweise im Bereich α = 0,8 - 1,0. Es können aber auch andere Materialien mit gutem oder mittelmäßigem Absorptionsvermögen verwendet werden.
- Für die Verbindung zwischen der ggf. vorgesehenen Trägerschicht und der Absorberschicht können außer der bereits erwähnten Klebeverbindung auch andere Hilfs- und Verbindungsmittel verwendet werden, insbesondere Halteklammern, Rahmenelemente oder mechanische Verbindungselemente, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
- Bei einer abgewandelten Ausführungsform besitzt die Absorberschicht stattdessen einen Absorptionsgrad α = 0,3 - 0,65. Dennoch sind mithilfe der eingebetteten Löschungsprofile für das gesamte schallabsorbierende Bauelement hohe Gesamtabsorptionswerte erreichbar.
- Abgewandelte Ausführungsformen können weniger gut schallabsorbierende Materialien verwenden. Die Absorberschicht kann an ihrer zur Schallquelle gerichteten Schalleintrittsfläche eben sein oder auch eine Profilierung aufweisen, wenn dies für den jeweiligen Einsatzzweck nützlich ist. Hohe Gesamtabsorptionswerte lassen sich aber auch mit einer ebenen Oberfläche erreichen.
- Das Löschungsprofil ist bevorzugt aus Stahl- oder Zinkblech mit einer Dicke < 1mm oder einem anderen harten Material, z. B. Kunststoff oder Faserzement gefertigt.
- Die ggf. vorgesehene Trägerschicht besteht besonders bevorzugt aus nicht schallabsorbierendem Material mit hoher Tragfähigkeit, beispielsweise Beton oder Mauerwerk. Für die Trägerschicht eignen sich in abgewandelten Ausführungen aber auch Materialien mit geringem Absorptionsgrad.
- Unter Verwendung der beschriebenen schallabsorbierenden Bauelemente schlägt die vorliegende Erfindung auch eine Schallschutzwand vor, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Trägerschicht besitzt, an welcher eine Vielzahl von schallabsorbierenden erfindungsgemäßen Bauelementen angebracht ist. In herkömmlicher Weise können Tragkonstruktionen zur Halterung und/oder Verbindung der einzelnen schallabsorbierenden Bauelemente eingesetzt werden.
- Die Absorberschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 5 und 10cm auf. Eine Verbindung des schallabsorbierenden Bauelements mit einer Trägerschicht zum Aufbau einer Schallschutzwand besitzt bevorzugt eine Gesamtdicke zwischen 8 und 12 cm.
- Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelements mit einer Absorberschicht;
- Fig. 2:
- eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit einer zusätzlichen Trägerschicht;
- Fig. 3:
- eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements mit Trägerschicht;
- Fig. 4:
- eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements;
- Fig. 5:
- zwei Ansichten eines Löschungsprofils mit beispielhaften Maßangaben;
- Fig. 6:
- eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten αS über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähglas;
- Fig. 7:
- eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten αS über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähglas mit erfindungsgemäßen Löschungsprofilen;
- Fig. 8:
- eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten αS über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähton;
- Fig. 9:
- eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten αS über die Frequenz f einer Absorptionsschicht aus Blähton mit erfindungsgemäßen Löschungsprofilen .
- In
Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines schallabsorbierenden Bauelements in einer vereinfachten Querschnittsansicht dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst das schallabsorbierende Bauelement eine Absorberschicht 01 aus einem schallabsorbierenden Material, beispielsweise mit einem Absorptionsgrad α = 0,3 - 0,65. Die Absorberschicht 01 ist vollflächig ausgebildet und hat in der Praxis beispielsweise eine Dicke von 60 mm. Die Absorberschicht besitzt eine Schalleintrittsfläche 02, über welche Schallwellen 03 eintreten können. Außerdem besitzt die Absorberschicht 01 eine Rückseite 04, welche der Schalleintrittsfläche vorzugsweise parallel gegenüberliegt. In die Absorberschicht 01 sind mehrere Löschungsprofile 05 eingelassen, die vollständig vom Material der Absorberschicht umgeben sind. Jedes Löschungsprofil 05 besteht aus einem schallreflektierenden Material, beispielsweise dünnem Blech, Kunststoff oder dergleichen. Das Löschungsprofil 05 besitzt mindestens eine offene Seite und bevorzugt eine oder mehrere Einlassflächen 06 mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen 07. - Die Einlassfläche 06 verläuft bei dem in
Fig. 1 rechts dargestellten Löschungsprofil parallel zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01, kann aber auch im Winkel zu dieser stehen. Bei dem inFig. 1 links dargestellten Löschungsprofil verläuft eine erste Einlassfläche parallel zur Schalleintrittsfläche 02 und zweite Einlassflächen 06b verlaufen senkrecht zur ersten Einlassfläche. - Weiterhin besitzt das Löschungsprofil 05 vorzugsweise mindestens eine geschlossene Reflexionsfläche 08, die an die Einlassfläche 06 anschließt. Die Reflexionsfläche 08 kann z. B. etwa senkrecht zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01 verlaufen (rechtes Profil in
Fig. 1 ) oder aber auch als eine Kragenfläche ausgebildet sein, die parallel zur Schalleintrittsfläche 02 der Absorberschicht 01 (rechtes Profil inFig. 1 ) oder etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02 (linkes Profil inFig. 1 ) liegt. Das Löschungsprofil beschreibt im Querschnitt einen Profilinnenraum 09, der eine von der Schalleintrittsfläche abgewandte offene Seite aufweist. Der Profilinnenraum 09 ist ganz oder teilweise mit dem Material der Absorberschicht befüllt (rechtes Profil inFig. 1 ). Das inFig. 1 gezeigte linke Profil ist in nicht erfindungsgemäßer Weise in die Absorberschicht integriert. - Die Löschungsprofile 05 können in einer Ebene nebeneinander oder mit einem Ebenenversatz zueinander (wie in
Fig. 1 gezeigt) angeordnet sein. - In den
Fig. 1 und 2 sind beispielhaft unterschiedliche Bauformen der Löschungsprofile 05 gezeichnet. Weitere Abwandlungen, beispielsweise gewölbte oder zylindrische Querschnitte der Löschungsprofile sind möglich.Fig. 1 zeigt zwei vollständig in der Absorberschicht 01 eingeschlossene U-förmige Löschungsprofile 05, welche jeweils seitliche Kragenflächen 08 aufweisen. Die Kragenflächen wirken als Reflexionsflächen 08 und dienen außerdem der mechanischen Halterung der Löschungsprofile in der Absorberschicht. - In
Fig. 2 sind stattdessen Löschungsprofile mit pyramidenstumpfförmigen Querschnitt gezeigt, deren Profilinnenraum jeweils mit Material der Absorberschicht gefüllt ist. Diese beiden beispielhaft gezeigten Profile besitzen jeweils nur an einer Seite eine Kragenfläche. -
Fig. 2 zeigt außerdem eine Trägerschicht 10, auf welcher die Absorberschicht 01 angebracht ist. Die Trägerschicht 10 besteht aus einem harten, schallreflektierenden Material. - Besonders bevorzugt besitzt die Absorberschicht 01 eine Dicke von 50 bis 70 mm, wobei sich eine Dicke von 60 mm gut für die Herstellung von Absorptionsplatten eignet, die an vorhandene Wände oder dergleichen nachträglich angebaut werden, während Dicken oberhalb von 60 mm für den Aufbau von Lärmschutzwänden besonders geeignet sind.
- Der Abstand a zwischen der Rückseite 04 und den Löschungsprofilen beträgt vorzugsweise 15 bis 25 mm. Der seitliche Abstand zwischen den Löschungsprofilen beträgt bevorzugt zwischen 200 und 350 mm, bezogen auf ihre jeweiligen Längsachsen.
-
Fig. 3 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements. Das dort rechts dargestellte Löschungsprofil besitzt einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt, die Einlassfläche 06 liegt etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, eine als Kragenfläche ausgeformte Reflexionsfläche 08 verläuft etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02 und eine weitere Reflexionsfläche 08 verläuft etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02. Bei dem inFig. 3 links dargestellten Löschungsprofil sind drei Einlassfläche 06 vorgesehen, zwei davon etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, die als Kragenflächen ausgeformten Reflexionsfläche 08 verlaufen etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02. -
Fig. 4 zeigt eine besonders einfach gestaltete Ausführungsform des schallabsorbierenden Bauelements, wobei die Löschungsprofile zwar eine offene Seite aber keine Einlassfläche mit Perforationen aufweisen. Das dort rechts dargestellte Löschungsprofil besitzt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, die beidseitigen Kragenflächen 08 liegen etwa im Winkel von 45° zur Schalleintrittsfläche 02, alle Flächen des Profils wirken als Reflexionsflächen. Bei dem inFig. 4 links dargestellten Löschungsprofil ist der Profilinnenraum hohl, und somit in nicht erfindungsgemäßer Weise in die Absorberschicht integriert. - die Kragenflächen verlaufen etwa parallel zur Schalleintrittsfläche 02.
- Weiter bevorzugte Abmessungen der Löschungsprofile sind in
Fig. 5 angegeben, welche ein beispielhaftes Löschungsprofil 05 sowohl im Querschnitt als auch in der Draufsicht zeigt. - Die
Fig. 6 bis 9 zeigen mehrere Messkurven des Verlaufs des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f, wobei aus dem Vergleich der Kurven die besondere Wirkung der erfindungsgemäßen Bauelemente sichtbar wird. -
Fig. 6 zeigt eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f einer Absorberschicht, die nur aus Blähglas (Körnung 1-2mm) mit einer Schichtdicke von 60 mm besteht. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es in diesem Fall zu einer Dämpfung von 11,3 dB. Im Vergleich dazu zeigtFig. 7 eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f derselben Absorberschicht aus Blähglas, wobei hier in die Absorberschicht mehrere Löschungsprofile (aus Blech, hutförmiger Querschnitt, Profilinnenraum hohl) in nicht erfindungsgemäßer Weise integriert sind. Es ist ersichtlich, dass insbesondere im Frequenzbereich ab etwa 250 Hz bis etwa 2000 Hz eine deutliche Erhöhung des Absorptionskoeffizienten auftritt, womit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung belegt ist. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es beim Versuchsaufbau nachFig. 7 zu einer Dämpfung von 14,2 dB, was einer Zunahme von 26% entspricht. -
Fig. 8 zeigt eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f einer Absorberschicht, die nur aus Blähton (Körnung 2-4 mm) mit einer Schichtdicke von 60 mm besteht. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es in diesem Fall zu einer Dämpfung von 6,2 dB. Im Vergleich dazu zeigtFig. 9 eine Messkurve des Absorptionskoeffizienten α über die Frequenz f derselben Absorberschicht aus Blähton, wobei hier in die Absorberschicht mehrere Löschungsprofile (aus Blech, hutförmiger Querschnitt, Profilinnenraum mit Blähton gefüllt) in der oben beschriebenen Weise integriert sind. Es ist ersichtlich, dass insbesondere im Frequenzbereich ab etwa 250 Hz bis etwa 2000 Hz eine deutliche Erhöhung des Absorptionskoeffizienten auftritt, womit die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Gestaltung belegt ist. Bewertet nach EN 1793-1 kommt es beim Versuchsaufbau nachFig. 9 zu einer Dämpfung von 10,4 dB, was einer Zunahme von 68% entspricht. - Mit den erfindungsgemäßen schallabsorbierenden Bauelementen lassen sich unterschiedliche Anwendungen aufbauen. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Schallschutzwand, die aus zahlreichen schallabsorbierenden Bauelementen zusammengesetzt ist.
- Ebenso können schallabsorbierende Bauelemente zur Schallabsorption in Fahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen eingesetzt werden. Die schallabsorbierenden Bauelemente können dafür speziell geformt sein, beispielsweise um den Konturen in Karosserien zu folgen.
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- 01 -
- Absorberschicht
- 02 -
- Schalleintrittsfläche
- 03 -
- Schallwellen
- 04 -
- Rückseite
- 05 -
- Löschungsprofile
- 06 -
- Einlassfläche
- 07 -
- Schalleinlassöffnungen
- 08 -
- Reflexionsfläche / Kragenfläche
- 09 -
- Profilinnenraum
- 10 -
- Trägerschicht
Claims (10)
- Schallabsorbierendes Bauelement, insbesondere für den Außenbereich, umfassend eine schallabsorbierende Absorberschicht (01) mit einer Schalleintrittsfläche (02) sowie mehrere in der Absorberschicht (01) vollständig eingeschlossene, voneinander beabstandet angeordnete Löschungsprofile (05), wobei das Löschungsprofil (05) aus einem schallreflektierenden Material besteht und einen Profilinnenraum (09) besitzt, der eine von der Schalleintrittsfläche (02) abgewandte offene Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilinnenraum (09) mit dem Material der Absorberschicht ganz oder teilweise befüllt ist.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) mindestens eine Einlassfläche (06) mit zahlreichen Schalleinlassöffnungen (07) und mindestens eine an die Einlassfläche anschließende geschlossene Reflexionsfläche (08) aufweist, wobei die Reflexionsfläche (08) und die offene Seite des Löschungsprofils (05) von der Schalleintrittsfläche (02) weiter beabstandet sind als die Einlassfläche (06).
- Schallabsorbierendes Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassfläche (06) des Löschungsprofils (05) beabstandet und parallel zur Schalleintrittsfläche (02) verläuft, und dass sich beidseitig an die Einlassfläche (06) winklig zu dieser verlaufende Reflexionsflächen (08) anschließen.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalleinlassöffnungen (07) die Einlassfläche (06) perforieren und einen Flächenanteil von 5-20% der Einlassfläche einnehmen.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) mindestens eine Kragenfläche (08) aufweist, die parallel oder winklig zur Schalleintrittsfläche (02) verläuft und sich außerhalb des Profilinnenraums (09) erstreckt.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Seite der Löschungsprofile (05) von der Schalleintrittsfläche (02) weiter entfernt ist als von einer der Schalleintrittsfläche (02) gegenüberliegenden Rückseite (04) der Absorberschicht (01), wobei der Abstand (a) zur Rückseite (04) der Absorberschicht (01) vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm beträgt.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschungsprofil (05) einen U-förmigen, V-förmigen, hutförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Querschnitt besitzt.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (01) eine Dicke von 50 bis 70 mm besitzt und aus einem porösen Absorbermaterial, insbesondere aus Blähglas, Blähton, Bims, Gesteinskörnung, Holzbeton, Mineralfaser oder eine Mischung aus diesen Materialien besteht.
- Schallabsorbierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilinnenraum (09) eine Querschnittsfläche zwischen 600 und 3000 mm2 besitzt.
- Schallschutzwand mit einer Trägerschicht (10), dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerschicht (10) zahlreiche schallabsorbierende Bauelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 angebracht sind.
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