DE2725156C2

DE2725156C2 - Mehrschichtiges Bauelement zur Schalldämpfung und -dämmung

Info

Publication number: DE2725156C2
Application number: DE2725156A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Chofu Tokyo Kobayashi; Nobuyoshi Yokohama Kanagawa Kuwabara
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1976-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS52148917A; US4094380A; JPS5442729B2; DE2725156A1

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In neuerer Zeit haben verschiedene Geräuscharten, wie Verkehrsgeräusche von Automobilen und Geräusche von Fabriken zu Problemen geführt Diese Geräusche haben einen weiten Frequenzbereich.

Beispiele für herkömmliche Materialien zur Schalldämpfung bzw. -dämmung sind Produkte, die einen Zuschlagstoff wie Sand und Kies und ein Bindemittel, wie ein Kunstharz und einen Asphalt enthalten, sowie Produkte aus Glasfasern. Diese herkömmlichen schalldämpfenden Materialien sind jedoch für die Dämpfung von Geräuschen mit weitem Frequenzbereich von niedrigen bis hohen Frequenzen nicht gut geeignet, da einige nur hohe Frequenzen und andere nur niedrige Frequenzen dämpfen können.

In der DE-OS 25 09 360 wird ein Helmholtz-Resonator beschrieben, der aus einem Hohlraum besteht, der in seiner Vorderwand einen oder mehrere Schlitze aufweist

Der Hohlraum wird durch eine Trennwand in zwei Räume aufgeteilt Diese Trennwand soll Schallwellen mit einer höheren Frequenz reflektieren, jedoch niederfrequente Schallwellen in den rückwärtigen Teil des Hohlraums übertragen. Die beiden Teile des Hohlraums können ein faserartiges Füllmaterial, wie Glasfasern oder Steinwolle oder einen porösen Schaum enthalten. Dieser bekannte Helmholtz-Resonator zeigt jedoch eine hinreichende Schalldämpfung nur bei Frequenzen bis zu etwa 1000 Hz. Hohe Frequenzen jenseits von 1000 Hz werden, bedingt durch die Konstruktionsart, nicht absorbiert, sondern im wesentlichen reflektiert Der in der DE-AS 23 22 780 beschriebene Schichtverbundwerkstoff zur Schalldämpfung, bestehend aus Blei und porösen Schichten aus Kunststoffen bzw. Mineralwolle ist relativ schwer und dementsprechend schwierig bei der Verarbeitung zu handhaben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben s beschriebenen Nachteile zu überwinden und Bauelemente zur Verfugung zu stellen, die ausgezeichnete schalldämpfende und schalldämmende Eigenschaften für einen weiten Frequenzbereich haben und bei geringem'Gewicht leicht handhabbar sind,
ίο Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebene mehrschichtige Bauweise für Bauelemente gelöst Ein solchermaßen aufgebautes Bauelement absorbiert, verglichen mit den bekannten Lösungen, Schallwellen eines sehr viel breiteren Frequenzbereichs von 100 bis 4O0O Hz bei geringem Gewicht und leichter Handhabbarkeit

In dem erfindungsgemäßen Bauelement können die Schichten 2 und 3 gleich oder verschieden sein.

In der Zeichnung werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert Und zwar zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelements,

Fig.2 einen Querschnitt des Bauelements nach

Fig.3 einen Querschnitt eines Bauelements gemäß der Erfindung, bei dem die vierte Schicht eine Metallplatte ist,

Fig. 4,5,7,8 und 9 Diagramme, die die Schallabsorptionskoeffizienten der Bauelemente bei verschiedenen Frequenzen angeben und

F i g. 6 ein Diagramm, das den Permeationsverlust des erfindungsgemäßen Bauelements angibt

In den F i g. 1 und 2 ist ein Bauelement mit einer dem Patentanspruch 1 entsprechenden Zusammensetzung dargestellt Die erste Schicht 2 ist aus einem Material hergestellt, das die Fähigkeit hat, Schallwellen mit relativ hoher Frequenz zu dämpfen und solche mit relativ niedriger Frequenz unbeeinflußt durchzulassen. Ein Hohlkörper 1 ist vorgesehen, um »!'- Qbsi flächen aer erst?... einer initiieren Schicht 4 und einer dritten Schicht 3 mit Ausnahme der vorderen Oberfläche der genannten ersten Schicht 2 zu bedecken. Die vordere Oberfläche, d. h. die nicht bedeckte Oberfläche ist die dem Schalleinfall zugewandte Fläche. Die erste, die mittlere und die dritte Schicht bilden vorzugsweise ein Laminat. Das Bauelement ist als Baublock dargestellt, wobei der Hohlkörper 1 aus Beton besteht Er ist beispielsweise rechteckig. Jedoch kann das Bauelement auch beliebige andere Formen haben. Die Herstellung der ersten, mittleren und dritten Schicht und der Hohlkörper werden nachstehend anhand eines Beispiels erläutert:

Die erste und die dritte Schicht 2 und 3 werden hergestellt unter Verwendung von Perlit mit einer Schüttdichte von 0,2 g/cm³ und einer Teilchengröße von 2 bis

4 mm als Zuschlagstoff und von geblasenem Asphalt mit einer Durchdringung von 100 (in 0.1 mm; Eindringungstiefe einer Standardnadel belastet mit 100 g über

5 s bei 25° C) als Bindemittel. Diese Materialien werden vermischt und verformt Das Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) beträgt 200 Teile geblasener Asphalt zu 100 Teile Perlit. Die Dicke der ersten Schicht 2 beträgt 50 mm und diejenige der dritten Schicht 3 beträgt 40 mm.

Die so erhaltenen porösen Schichten 2 und 3 haben jeweils eine Schüttdichte von 0,35 g/cm³ und einen Hohlraumanteil von 30%.
Ein Polyäthylenblatt mit einer Dicke von 0.1 mm. das

auf beiden Seiten mit nicht gewebtem Polypropylen (Dicke 2 mm) bedeckt ist wird als mittlere Schicht 4 verwendet Die erste Schicht 2, die mittlere Schicht 4 und die dritte Schicht 3 werden in dieser Reihenfolge laminiert und sodann zu einer Platte mit einer Seitenlänge von 300 mm verformt Hierauf wird die Schalldämpfung der Platte gemessen.

Danach wird die Platte in einen rechteckigen Hohlkörper 1 aus Beton (390 χ 190 χ ί50 mm) eingelegt, dessen innere und äußere Formen quadratisch sind Der dadurch erhaltene schalldichte Block wird einer Messung des Schalldämpfungükoeffizienten unterworfen.

In Fig.3 ist ein Hohlkörper 1 aus Metallplatten dargestellt

Fig.4, 5, 7, 8 und 9 zeigen Schalldämpfungskoeffizienten von Beispielen für Bauelemente bei verschiedenen Frequenzen. Die Fig.4 zeigt die Ergebnisse der Messung der Schalldämpfung der vorstehend als Beispiel angegebenen Platte aus den Schichten 2, 3 und 4. Die Fi g. 5 und 6 zeigen die Ergebnisse der Messungen an dem aus der vorstehenden Platte erhaltenen Block, wobei in F i g. 6 der Permeationsverlust (entspricht dem Transmissionsverlust TL oder Durchlässigkeitsverlust, TL = 10log (l/t); τ= Durchlässigkeit) dargestellt ist Die Maßeinheit der Ordinate ist dB.

In F i g. 7 sind die Ergebnisse der Messung der Schalldämpfung am gleichen Block gezeigt, wobei dieser jedoch eine perforierte Platte (Dicke 4 mm, Lochabstand 15 mm, Durchmesser des Lochs 8 mm) auf der vorderen Seite der ersten Schicht 2 aufweist, so daß eine Luftzwischenschicht mit 30 cm vorhanden ist

Die Fig.8 zeigt die Ergebnisse der Messung des Schalldämpfungskoeffizienten an dem gleichen Block bei Verwendung einer perforierten Platte mit unterschiedlichem Lochdurchmesser, nämlich einer Platte mit einer Dicke von 4 mm, einem Lochabstand von 15 mm und einem Lochdurchmesser von 5 mm.

Die Fig.5 zeigt die Ergebnisse der Messung der Schalldämpfung des als Beispiel angegebenen Bauelements, wobei jedoch das Bindemittel für die Schichten 2 und 3 aus Portland-Zement besteht Das Mischungsverhältnis (Gewichtsverhältnis) beträgt 200 Teile Portland-Zement und 150 Teile Wasser pro 100 Teile des Zuschlagstoffs. Die Dicke der Schichten 2 und 3 beträgt 45 mm bzw. 40 mm. Die Schüttdichten beider Schichten betragen 0,4 g/cm³. Der Hohlraumanteil beträgt 35%.

Wenn bei der Herstellung der ersten Schicht 2 und der dritten Schicht 3 Asphalt als Bindemittel verwendet wird, dann wird eine Emulsion des Asphalts durch Vermischen von Asphalt und Wasser hergestellt und die Emulsion und der Zuschlagstoff werden im vermischten Zustand bei Raumtemperatur verformt Die erwünschte Porosität wird dadurch erhalten, daß Wasser daraus verdampft wird. Es ist möglich, die Biegefestigkeit und die Zugfestigkeit der Schicht zu erhöhen, wenn eine geeignete Menge eines Füllstoffs, z. B. von Kalksteinpulver, Glasfasern, Asbest oder Metallfasern, den Mischungen für die den Schichten 2 und/oder 3 zugegeben wird. Der Zuschlagstoff und das Bindemittel für die er§te Schicht 2 und die dritte Schicht 3 können beliebig im Rahmen der anspruchsgemäßen Definition ausgewählt weidea Wenn zum Beispiel das Bauelement zur Herstellung einer schalldichten Wand verwendet werden soll, dann sollte das Bindemittel der ersten Schicht 2 ein wasserabstoßendes Bindemittel, wie zum Beispiel Asphalt, und dasjenige der dritten Schicht 3 Zement sein. Bei Verwendung als flammbeständiges Bauelement sollte das Bindemittel für beide Schichten Zement sein.

Die mittlere Schicht 4 enthält ein Material, das die Eigenschaft hat, Schallwellen mit relativ hoher Frequenz zu dämpfen und solche mit relativ niedriger Frequenz unbeeinflußt durchzulassen. Die mittlere Schicht 4 bewirkt eine Resonanzdämpfung von Schallwellen mit hoher Frequenz, die durch die erste Schicht 2 gelangen, und läßt solche mit niedriger Frequenz, die in der ersten Schicht 2 nicht gedämpft werden, zur dritten Schicht 3 durch, wo sie dann durch Resonanz gedämpft werden. Somit kann eine Absorption von Geräuschen mit einem weiten Frequenzbereich erreicht werden. Um Schallwellen mit hoher Frequenz zu dämmen und um solche mit niedriger Frequenz unbeeinflußt durchzulassen, kann zum Beispiel eine Kunststoffplatte oder ein Tuch verwendet werden. Wenn beispielsweise Platten aus Kunststoff, Asbestzement oder Metall, die relativ große Durchdringungsverluste (Dämpfungsvermögen) haben, verwendet werden, dann werden diese Platten in Form einer perforierten Platte mit einem Offenflächenverhältnis (oder Porosität) von 0,01 bis 0,5 verwendet Es ist weiterhin möglich, daß die mittlere Schient 4 aus dem gleichen iwatenal wie die erste Schicht 2 und die dritte Schicht 3 hergestellt wird, jedoch mit höherer Dichte oder geringerer Porosität Schließlich ist auch eine Kombination der oben beschriebenen Materialien möglich.

Die Dicke jeder Schicht wird in Abhängigkeit von der gemessenen Geräuschfrequenz, der Dichte und dem Hohlraumanteil des Materials bestimmt Wenn zum Beispiel Schallwellen mit einer Frequenz von 400 bis 1000 Hertz absorbiert werden sollen, dann beträgt die Dicke der ersten und der dritten Schicht 2 und 3 im allgemeinen 10 bis 100 mm, und diejenige der mittleren Schicht 4 beträgt 0,1 bis 20 mm.

Der Hohlkörper 1 besteht aus einem Material mit relativ hoher Dichte, z. B. Metall und Beton.

Die erfindungsgemäßen Bauelemente können zum Beispiel als Seitenwände für Straßen und Eisenbahnstrecken sowie für Gebäudewände verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrschichtiges Bauelement zur Schalldämpfung und -dämmung, wobei in einem vorderseitig offenen Hohlkörper zwischen zwei porösen Schichten eine mittlere Schicht aus einem Material mit hoher Schalldämmung für Schallwellen hoher Frequenz, das Schallwellen mit niedriger Frequenz hindurchläßr, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die porösen Schichten (2,3) aus Perlit, Bimsstein, Vulkankies und/oder Vermiculit mit einer Teilchengröße von 1 —20 mm, einer Schüttdichte von 0,1 bis 0,4 g/es«³ und aus Bitumen, Zement, Kunstharz und/oder Kautschuk als Bindemittel bestehen, wobei die Schichten (2,3) einen Hohlraumanteil von 15 bis 60% aufweisen, und

daß der Hohlkörper (1) vorderseitig ganzflächig offen ist, aus einem Material mit hoher Schalldämmung besteht und alle freien Oberflächen der porösen Schichten (2,3) und der mittleren Schicht (4) mit Ausnahme der zur Vorderseite des Hohlkörpers (1) weisenden Oberfläche der porösen Schicht (2) bedeckt

2. Mehrschichtiges Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine perforierte Platte im Abstand vor der porösen Schicht (2) angeordnet ist