NO793716L - Lydisolerende byggelement. - Google Patents

Description

Lydisolerende byggelement

Isolasjonsevnen av en ugjennomtrengelig plate mot luftlyd blir hovedsakelig bestemt av massen, dvs. vekten pr. flateenhet av platen.

En konstruksjon som består av to ugjennomtrengelige plater som er anordnet i avstand fra hverandre med et luftrom mellom, svarer i prinsippet til en mekanisk oscillasjons-krets bestående av to masser som er koblet sammen ved hjelp av en fjær. Jo bredere luftrommet er, jo mer ettergivende er fjæren, og lydisolasjonsevnen blir desto større i den sammensatte konstruksjon.

Dette fjær- og massesystem har en markert resonans

ved en bestemt lydfrekvens, den såkalte grunnresonansfrekvens, som bestemmes av massen pr. arealenhet for platene og bredden av luftrommet. Ved frekvenser godt under grunnresonansfrekvensen oppfører konstruksjonen seg som en.enkelt plate med en masse og stivhet lik den totale masse og stivhet for de to plater.som danner nevnte konstruksjon. Ved frekvenser

godt over grunnresonansfrekvensen vil imidlertid dobbelt-

r~

veggen gi en mye bedre lydisolasjon enn en enkelt plate som har nevnte totalmasse. I frekvensområdet nær grunnresonansfrekvensen gir dobbeltkonstruksjonen en dårligere lydisolasjon, og av denne grunn er.det viktig at grunnresonansfrekvensen arrangeres så lavt som mulig, fordelaktig under 250 Hz og fortrinnsvis under 100 Hz. En betydelig ulempe med

en dobbeltvegg av kjent konstruksjon som har gode lydisolerende egenskaper er at stivheten og den mekaniske styrke av konstruksjonen blir meget liten i forhold til tykkelsen av konstruksjonen, og ofte mindre enn stivheten og styrken for en enkelt homogen plate med den samme vekt pr. flateenhet.

Hvis luftrommet i en konstruksjon med doble plater erstattes med et lett, men stivt materiale som binder sammen, de to plater, f.eks. ved hjelp av et bindemiddel, vil stivheten og styrken økes radikalt, men samtidig vil lydisolasjonsevnen bli mindre fordi konstruksjonen da i akustisk henseende vil virke nesten som en enkelt plate.

Foreliggende oppfinnelse angår byggeelementer som kombinerer stor stivhet og styrke med gode isolasjonsegen-skaper mot luftlyd. Et bygge- eller konstruksjonselement ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedet første indre, tykt plateelement som har.en betydelig stivhet i det minste mot krefter som er rettet på tvers av elementets hovedflate, der dette første indre element har et stort antall indre hulrom, et antall indre, stivt plateelement som er tynt, som er'i det vesentlige luftgjennomtrengelig og har en E-modul større enn 10<9>og som er forbundet med den ene hovedflate på det første, indre element, samt et ytre, hovedsakelig ugjennomtrengelig plateelement som er plassert nær, men i en liten avstand fra det nevnte andre, indre element, på en slik måte at så og si hele det ytre element kan oscillere nesten fritt i forhold til det andre indre element, og at den andre hovedflate på det første indre element er for-

9 bundet med et platemateriale med en E-modul større enn 10 og kan være i det vesentlige luftugjennomtrengelig eller kan i likhet med det andre indre element være luftgjennomtrengelig og blir da forbundet med et ytre, hovedsakelig luftugjennomtrengelig plateelement med et mellomliggende luftrom..

I byggeelementet ifølge oppfinnelsen vil det første indre element og de elementer som har en høy E-modul og er forbundet med hver side på det første indre element, sammen danne et grunnelement med stor stivhet slik at byggeelementet gis den ønskede styrke og stivhet. Det første og fortrinnsvis lette indre element kan bestå av en plate eller et lag av mineralfibre hvor hoveddelen av fibrene strekker seg hovedsakelig perpendikulært på byggeelementets plan, men det kan også fremstilles av en plate av stiv skumplast eller lignende som har forbindelsesporer, f.eks. polyuretanskum, eller av en plate eller et lag med en struktur som ligner eller er analog til en• honeycomb-struktur.. I det siste tilfellet kan hulrommene i honeycomb-strukturen være tomme (fylt med luft), eller de kan være fylt med et passende po-røst materiale med forbindelsesporer, fortrinnsvis et ettergivende eller bløtt materiale med stor lydabsorpsjonsevne, f.eks. et ettergivende plastskum.

Bygeelementet kan sies å tilsvare en I-bjelke hvor det første indre elelemt representerer steget på bjelken og at de .to plater, en på hver side av det første indre element, representerer flensene på bjelken.

Hulrommene i det første indre element hvis totalvolum er minst 90% av totalvolumnet av elementet, bør stå i forbindelse med luftpassasjene i den luftgjennomtrengelige plate, slik at luften i hulrommene utnyttes i lydisolasjons-funksjonen for byggeelementet. I en mekanisk oscillerende krets som tilsvarer byggeelementet ifølge oppfinnelsen, representerer luften i hulrommene i det første indre element en fjær som er koblet i serie med en fjær som tilsvarer luften i luftrommet mellom det luftgjennomtrengelige element og det ytre ugjennomtrengelige element. Dette luftrom kan være relativt smalt, vanligvis ikke større enn 10 mm, fortrinnsvis ikke mer enn 5 mm. Det er en fordel om det første indre element i seg selv også har stor lydabsorpsjonsevne.

Det ytre ugjennomtrengelige elementet kan være for-bundét med det luftgjennomtrengelige elementet via stive eller ettergivende avstandsstykker som ligger i stor avstand fra hverandre og sammen opptar bare en liten flate sammenlignet med totalflaten av byggeelementet. Forbindelsen kan være lagt punktvis eller langs forbindelseslinjer. Mellom forbindelsespunktene eller -linjene kan nevnte luftrom være tomt eller fylt med et bløtt, porøst, luftgjennomtrengelig materiale, f.eks. et ettergivende plastskum med åpne forbindelsesporer . I dette siste tilfelle unngår man bl.a. direkte kontakt mellom det ytre element og det luftgjennomtrengelige element, f.eks. når elementet utsettes for et ytre trykk. Det er også mulig at det i stedet for å benytte avstandsstykker som sammen opptar en liten flate i forhold til den totale hovedflate på byggeelementet, kan benyttes et tynt lag av et porøst bløtt, luftgjennomtrengelig materiale som forbinder det ytre ugjennomtrengelige element med det luftgjennomtrengelige element, f.eks. et ettergivende plastskum som har åpne porer.

Oppfinnelsen skal beskrives mer detaljert med henvis-ning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1-3 representerer kjente byggeelementer,

Fig. 4 og 5 representerer en første og

Fig. 6 en andre utførelse av et bygge- eller vegg-element ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er det vist et kjent byggeelement bestående av en tynn, enkel og stiv plate 1 som er tett eller ugjennomtrengelig, dvs. den mangler gjennomgående luftpassasjer i et større antall. Systemet blir vanligvis betegnet som en lett enkeltvegg. I forhold til den innfallende lyd Pl ved en hovedflate av elementet får den utgående lyd P2 fra den motstående hovedflate bare en litt mindre amplityde,

og dette betyr at lydisolasjonsevnen for elementer er liten eller middels. Et mekanisk oscillerende system som tilsvarer dette element omfatter hovedsakelig bare en masse som tilsvarer vekten pr. flateenhet av elementet.

På fig. 2 er det vist et veggsystem som omfatter to tynne, tette (ugjennomtrengelige) plater 1 og 2 som er anordnet med et mellomrom 3 fylt med luft.. Dette system tilsvarer en mekanisk oscillerende krets, omfattende to masser som er koblet til hverandre via en bløt fjær, representert av luften som er innesluttet mellom platene. Dette dobbelt-veggelement har stor lydisolasjonsevne sammenlignet med énkeltveggen ifølge fig. 1, dvs. at P3 er betydelig mindre enn Pl ved frekvenser som ligger over grunnresonansfrekvensen for systemet. Stivheten og styrken for dette element er imidlertid ikke tilfredsstillende for mange anvendelser.

En forbedring i så henseende oppnås med konstruksjonen ifølge fig. 3, hvor luftrommet 3 er erstattet med et relativt tykt lag eller en plate 4 av stivt plastskum som ligger mot og er forbundet med hovedflåtene på tynne tette og stive plater 1 og 2. Det system som fås på denne måte tilsvarer et oscillerende system, bestående av to masser som er forbundet med hverandre via en parallellforbindelse av to fjærer, der den ene representerer luftinnholdet i platen 4 av skumplast og den andre representerer selve plast-skummet i platen 4. Forbedringen i stivheten og styrken er imidlertid forbundet med en forringelse av den lydisolerende evne for konstruksjoner, dvs. at P4 ikke er vesentlig lavere enn Pl, og dette skyldes det faktum at den sammensatte konstruksjon i realiteten vil oppføre seg som en stiv enkelt-plate.

På fig. 4 og 5 er det vist en utførelse av et repre-sentativt snitt av et konstruksjons- eller byggeelement

i

ifølge oppfinnelsen, og dette element kombinerer stor stivhet og styrke med god isolasjonsevne mot luftlyd. Dette element kan benyttes, bl.a. som eller i en veggkonstruksjon, og det omfatter et første indre, tykt element 10 som er utfor-met med indre hulrom. I den viste utførelse består dette element av mineralfibre som er orientert perpendikulært på hovedplanet for elementet, men det kan også bestå av en stiv . porøs plastplate eller et lag som har indre forbindelsesporer, f.eks. polyuretanskumplast, en honeycomb-konstruksjon slik som vist på fig. 6 eller lignende. På en side av elementet 10 er det limt eller klebet en tynn, tett og stiv plate 2,

mens det på den motstående hovedside på elementet 10 er limt eller klebet en stiv plate 5 som omfatter et stort antall av passende jevnt fordelte perforeringer 6.

En tynn, tett ytre plate 7 er ved hjelp av en rekke avstandsstykker 9 forbundet med platen 5 via et lite luftrom eller luftgap 8 som kan være fra 1 til noen få mm.. Avstands-stykkene 9 har form av i avstand fra hverandre anordnede ribber eller strimler som er jevnt fordelt over hovedflaten på veggelementet, men de kan også gis en annen form. De kan f.eks. bestå av smale, langstrakte eller korte elementer som danner forbindelsessoner eller -punkter i et stort antall forskjellige avstander. Forbindelse mellom avstandsstyk-kene 9 og den stive platen 5 og platen 7 kan f.eks. utføres ved liming. Plateelementet 7 kan etter valg bestå av et stivt eller bøyelig materiale, fortrinnsvis et materiale som har stor tetthet.

Den mekaniske oscilleringskrets som tilsvarer et byggeelement ifølge fig. 4 og 5 omfatter to masser som tilsvarer platene 2 og 7, og disse masser er koblet sammen ved en serieforbindelse av en første fjær som tilsvarer luften i luftgapet 8 og en annen fjær som tilsvarer luften i det indre element 10, der de indre hulrom eller porer står i forbindelse med luftgapet 8.

Grunnresonansfrekvensen for systemet blir lav og lyd-isolas jonsevnen blir god, dvs. P4 er mye mindre enn Pl innenfor et bredt frekvensområde.

Hvis platen 5 hadde vært tett (ugjennomtrengelig for luft), ville bare det smale luftgap 8 være bestemmende for

. grunnresonansfrekvensen, og i dette tilfelle ville denne bli mye større... ■ I

Hva angår den stive plate 5, skal det påpekes at selv om den på fig. 4 er ment å være en metallplate kan den også fremstilles av mange alternative sammensetninger, avhengig av de krav som stilles. Den kan f.eks. fremstilles av en plast eller harpiks, spesielt en plast eller harpiks som er armert med en metallnetting, etc.

På fig. 6 er det vist en annen utførelse av byggeelementet ifølge oppfinnelsen,som.avviker fra utførelsen ifølge fig. 4 og 5 ved at det første.indre element 10 i sistnevnte utførelse, som består av et glassfiberlag, er blitt erstattet med en honeycomb-struktur 10', hvis hulrom kan være fylt med luft eller et porøst materiale som har stor lysabsorpsjonsevne, slik som før nevnt, og at strim-lene 9 ifølge fig. 4 og 5 er erstattet av korte adskilte avstandsstykker 9', som er jevnt fordelt over elementets hovedflate.

Både for elementet 2 og elementet 5 bør E-modulen (målt i elementets.plan) minst være 10 9 N/m 2, fordelaktig minst IO"*"0 N/m<2>og fortrinnsvis 2 x 10"^° N/m<2>. Tykkelsen av de forskjellige plater eller elementer i veggelement-konstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan velges innenfor de . områder som er angitt nedenfor, idet disse områder spesielt gjelder i det tilfelle elementene 2,5 og 7 er fremstilt av metallplater, f.eks. jern- eller-stålplater.

Element 2: 0,5 til.5 mm, fortrinnsvis 1 til 2 mm Element 5: 0,5 til 5 mm, fortrinnsvis 1 til 2 mm. Element 7: 0,5 til 5 mm, fortrinnsvis 2 til 4 mm. Element 10: 20 til 150 ■ mm , fortrinnsvis 25 til 100 mm.

Hvis det i elementene 2,5 og 7 benyttes et lettere materiale enn metall, kan tykkelsen av de respektive elementer være større. Dette gjelder spesielt det ytre element 7, idet det;i dette kan benyttes mange forskjellige materialer. Elementet 7 kan f.eks. bestå av en plastplate eller par-tikkelplate, tykk papp eller kartong, fiberplater, mørtel-plater eller gipsplater, en fleksibel plastfilm eller -folie, etc. Konstruksjonene ifølge fig. 4, 5 og 6 er ikke sym-metriske, dvs. at de to halvdeler på hver side av midtplanet 11 på fig. 4 gjennom det indre element og parallelt

I.

med konstruksjonens hovedflate er gjensidig fundamentalt forskjellige. For visse anvendelser kan det imidlertid fore-trekkes.en symmetrisk konstruksjon, dvs. en konstruksjon som består av to identiske halvdeler, en på hver side av midtplanet, der'hver halvdel er fundamentalt like og lik den til venstre for midtplanet 11 på fig. 4 viste konstruksjon.

Byggeelementet eller konstruksjonselementet ifølge oppfinnelsen kan benyttes i forskjellige forbindelser, f.eks.

i eller som en veggkonstruksjon i en bygning, i skip, i kjøretøyer, i apparat- og maskininstallasjoner etc. der det stilles store krav til god lydisolasjon og stor styrke.

Claims (8)

1. Lydisolerende byggeelement bestående av to luftgjennomtrengelige ytre plateelementer med mellomliggende lydabsorberende sjikt eller lag, karakterisert ved at de lydabsorberende lagene innbefatter et første, indre tykt plateelement (10,10') med to hovedflater som er hovedsakelig stivt, i det minste like overfor krefter som er rettet på tvers av elementets to hovedflater og oppviser et antall hulrom, at en av hovedflåtene av det indre plateelementet (10,10') er forbundet med den indre overflaten av et av de ytre plateelementene (2) og den andre hovedflaten er forbundet med et andre, indre, stivt og hovedsakelig luftgjennomtrengelig plateelement (5), at det andre, ytre plateelementet (7) strekker seg parallelt med og i avstand fra det andre, indre plateelementet (5) og er forbundet med dette over en mindre del av dets overflateareal under dannelse av en luftspalte (8), at det andre, ytre plateelementet (7) er fritt oscillerbart i forhold til det andre, indre plateelementet (5), og ved at det andre, indre plateelementet (5) og det ytre plateelementet (2) består av et materiale hvis 9 2 elastisitetsmodul er større enn 10 N/m •

2. Lydisolerende byggeelement som angitt i krav 1, karakterisert ved at det andre, indre plateelementet (5) oppviser en mangfoldighet av jevnt fordelte åpninger eller hull (6).

3. Lydisolerende byggeelement som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det andre, ytre plateelementet (7) er forbundet med det andre, indre plateelement (5) ved hjelp av et antall, med innbyrdes avstand anordnede avstandselementer (9,9'), hvorved avstandselementene (9,9') tilsammen oppviser en overflate som kun utgjør en liten del av overflaten til det andre, ytre plateelementet.

4. Lydisolerende byggelement som angitt i krav 3, karakterisert ved at mellom avstandselementene (9,9') er anordnet porøst kunststoffmateriale.

5. Lydisolerende element som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det andre, ytre plateelementet (7) er festet til det andre, indre plateelementet (5) i alt vesentlig ved hjelp av et lag av et bløtt, porøst kunnstoffmateriale.

6. Lydisolerende byggelement som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første, indre plateelementet (10) består av et lag mineralfibre som i alt vesentlig strekker seg vinkelrett på plateelementets overflate.

7. Lydisolerende byggelement som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første, indre plateelementet (10) består av stivt, porøst kunststoffmateriale hvis porehulrom kommuniserer innbyrdes.

8. Lydisolerende byggelement som angitt i krav 1, karakterisert ved at det første, indre plateelementet (10') oppviser en bikakestruktur.