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"Isolierglasscheibe" Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierglasscheibe
handelsüblicher Abmessungen mit Innenscheibe, zumindest einem geschlossenem Zwischenraum,
Außenscheibe und Verbundelement fUr den Verbund von Innenscheibe und Außenscheibe,
wobei der Zwischenraum oder die mehreren Zwischenräume praktisch
unter
Normaldruck stehende Gasfüllung aufweisen. - In der Formulierung zumindest einem
Zwischenraum kommt zum Ausdruck, daß die Erfindung sich auf Zweischeiben-Isolierglasscheiben
und Mehrscheiben-Isolierglasscheiben bezieht, -welch letztere zwischen Innenscheibe
und Außenscheibe eine oder mehrere feste Zwischenscheiben aufweisen. Der Ausdruck
Isolierglasscheibe bezeichnet wie ueblich die Tatsache, daß die Scheibe neben der
bekannten Wärmedäiumung besondere Schalldämmung aufweist. Das Verbundelement ist
bei solchen Scheiben ein den Zwischenraum bzw. die Zwischenräume hermetisch abschließender
Abstandhalter, der beispielsweise aus einem besonderen Metallprofil, einem Kunststoffprofil,
Klebermassen o. dgl. besteht.
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Als Verbundelement können jedoch auch abgebogene Randteile von Innenscheibe
und/oder Außenscheibe angesetzt werden, die miteinander bzw. a.it der gegenüberliegenden
Scheibe verschmolzen sind.
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Bei den (aus der Praxis) bekannten Isolierglasscheiben der beschriebenen
Gattung ist die Gas füllung regelmäßig eine Luftfüllung. Ausreichende Schalldämmung
erreicht man durch hinreichend großes Flächengewicht der Scheiben und hinreichend
großen Zwischenraum bzw. hinreichend große Zwischenräume. So gilt als günstig für
die Schalidämmung z.B. eine Zweischeiben-Isolierglasscheibe, deren Außenscheibe
eine Dicke von 12 nun, deren Innenscheibe eine Dicke von 4 rnm und deren Zwischenraum
eine Dicke von wiederum 12 mm aufweist. Der Vergrößerung des Flächengewichtes und
der des Zwischenraumes sind Grenzen gesetzt.
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Die erste Maßnahme kann nur so lange sinnvoll angewandt werden, wie
die gleichzeitige Zunahme der Biegesteifigkeit, über die sogenannte Spuranpassungsresonanz,
nicht den Gewinn wieder aufzehrt. Die :v'eite Maßnahme führt bei Isolierglasscheiben
zu einer Verminderung der Alterungsbeständigkeit und zu einer Vergr
5ßerung
der optischen Fehler. - iEus Gründen der Wärmedämmung sind für Isolierglasscheiben
die verschiedenen Gase - mit schlechter Wärmeleitung - vorgeschlagen worden, wobei
man die Schalldämmung in Kauf genommen hat, die sich ergab. Um die Schallabsorption
zu verbessern ist zwar vorgeschlagen worden tvergl. DT-OS 2 235 452) den Zwischenraiun
mit einem Gas zu füllen, in dem Reaktionen ablaufen, die sich in einem druckabgängigen
chemischen Gleichgewicht befinden. as mag theoretisch tatsächlich für die Schallabsorption
günstig sein. Die Maßnahmen, die diese Forderungen erfüllen, sind jedoch aus optischen
Gründen nicht geeignet für transparente Sichtverschlüsse.
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och fehlt eine allgemein geltende Lehre zum technischen Uandeln, die
es erlaubt, bei Isolierglasscheiben vorgegebenen Aufbaus, insbesondere vorgegebener
Abmessungen, die Schalldämmung ohne Beeinträchtigung der optischen Forderungen zu
verbessern.
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Diese Lehre zum technischen Banden anzugeben, ist Aufgabe der Erfindung.
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In der Theorie der Schalldämmung kennt man die Ansätze von CREMER
(Lothar Cremer .Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik", Band III, Hirzel-Verlag
Leipzig 1950, Wellentheoretische Raumakustik, Seite 204>. Bei diesen ist vereinfachend
angenommen, daß eine ebene Schallwelle der Kreisfrequens w senkrecht auf eine unendlich
ausgedehnte Wand trifft, die auf zwei biegeweichen Schalen mit den Flächengewichten
mi und im Abstand d, der klein gegen die Schallwelenlänge ist, mit einem gasförmigen
Zwischenmedium von dem Kompressionsmodul K besteht und das umgebende Medium den
Schallwellenwiderstand z hat. Bei Zahlenrechnungen wird hier K " pO x cp / Cv gesetzt
(cp = spezifische Wärme bei konstantem Druck, Cv = spezifische Wärme bei konstantem
Volumen, PO = Normaldruck). Daraus ergibt sich für das Verhältnis der Schalldrücke
po vor der Wand und
Pd hinter der Wand die Gleichung
und daraus das Schalldämmaß R nach DIn 52210:
Das gilt ohne weiteres für Isolierglasscheiben. Die durch die Gleichung dargestellte
Kurve zeigt für praktische Werte den Resonanzeinbruch, der auf der Scheibenresonanz
des "Zweimassensystems" beruht. Der Ansatz von CREMER kann auf Wände erweitert werden,
die aus n Schalen mit den Flächengewichten m1 bis mn bestehen und deren Zwischenräume
mit den Dicken d1 bis dn-1 mit Gasen mit den Kompressionsmodulen K1 bis Kn-1 gefüllt
sind.
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Angewandt auf eine Dreischeiben-Isolierglasscheibe ergibt sich folglich
Die Gleichung (2) fUhrt auf die der Zweischaiben-Isolierglasscheibe wenn m3 und
d2 verschwinden. Sie läßt sich auf Mehrscheiben-Isolierglasscheiben mit mehr als
einer Zwischenicheibe oder mehr als mei Zwischenräumen erweitern Mit Hilfe der obigen
Gleichungen kann das nach CREMER zu erwartende Schalldämmaß in Abhängigkeit von
der Frequenz aufgezeichnet werden. Diese Kurve wird im folgenden kurz CREMER-Kurve
genannt.
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Die durch die angegebenen Gleichungen bestimmte CREMER-Kurve fUr die
Schalldämmung erleichtert dem Theoretiker zwar das Verständnis der physikalischen
Zusammenhänge, gibt dem Praktiker jedoch bisher keine brauchbare Hilfe für die Lösung
der Aufgabe, bei einer vorgegebenen Isolierglasscheibe mit zweiGlasscheiben, dreißlasscheiben
oder mehr als drei Glasscheiben die Schalldämmung zu verbessern. Tatsächlich weichen
nämlich die an einer vorgegebenen Isolierglasscheibe durchgeführten Messungen der
Schaildaamung von der theoretischen CREMER-Kurve beachtlich ab, und zwar auch von
Gasfüllung zu Gas füllung und oft unverständlich. - Demgegenüber verwendet die Erfindung
die CREMER-Kurve als Kriterium in der angestrebten allgemeinen Lehre aum technischen
Handeln, die es erlaubt, bei einer vorgegebenen
Isolierglasscheibe
die Schalldämmung zu verbessern.
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Die Erfindung betrifft eine Isolierglasscheibe handelsüblicher Abmessungen
mit Innenacheibe, zumindest einem geschlossenen Zwischenraum, Außenscheibe und Verbundelement
für den Verbund von Innenscheibe und Außenscheibe, wobei der Zwischenraum oder die
Zwischenräume eine praktisch unter Normaldruck stehende Gasfüllung aufweisen. Die
Erfindung besteht darin, daß die Gasfüllung ohne Rücksicht auf einen im Frequenzbereich
von 100 bis 3.150 Hz sich einstellenden Resonanzeinbruch au einem Gas besteht, bei
dem die (nach DIN 52210 bei diffusem Schalleinfall gemessene) negative Abweichung
von einer unter der Annahme senkrechten Einfalls und unendlicher Erstreckung ermittelten
CREMER-Kurve im Frequenzbereich von 104 100 Hz bis w = S-1 um zumindest einen Faktor
0,95 kleiner d (cm) ist als die Abweichung von dieser CREMER-Kurve bei Luftfüllung.
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- Besteht die Gasfüllung aus einem leichten Gas, so stört bei erfindungsgemaßen
Isolierglasscheiben der Resonanzeinbruch regelmäßig nicht Besteht die Gasfüllung
aus einem schweren Gas, so empfiehlt sich eine weitere Maßnahme, Jie dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein sich einstellender Resonanzeinbruch bzw.
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sich einstellende Resonanzeibrüche durch zusätzliche Beaämpfungsmaßnahmen
zumindest teilweise kompensiert werden.
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Erfindungsgemäß wird die CREMER-gurve eingesetzt, um zwischen Gasen
für die Gasfüllung, die im Sinne einer Verbesserung der Schalldämmung brauchbar
sind, und solchen, die im Sinne einer Verbesserung der Schalldämmung nicht brauchbar
sind, zu differenzieren, wobei die Luftfüllung gleichsam als Maßstab erscheint.
Diese Differenzierungsregel sortiert gleichsam die brauchbaren leichten Gase. Diese
Differenzierunqsregel kann bei schweren Gasen zunSchst zu Gasfüllungen führen, die
man wegen
starker Resonanzeinbrüche durch Bcheibenresonanz im hauptsEchlieb
interessierenden Frequenzbereich ohne weiteres ablehnen würde, da sie nicht zu optimalen
Schalldämmaßnahmen führen würden, gleichgUltig nach welcher in der Praxis Ubliohen
Norm (z. B. VDI-Richtlinien 2719 oder ISO/R717) die Schalldämmaße definiert sind.
Überraschenderweise läßt sich dieser Resonanzeinbruch oder lassen sich diese Resonanzeinbrüche
jedoch durch zusätzliche Bedämpfungsmaßnahmen ausreichend und weitgehend kompensieren.
Die zusätzlichen Bedümpfungsma Bnahmen können in der Ausbildung des Verbundelementes
als Dämpfungsglied bestehen und z. B. kann man Abstandhalter aus starlc schalldämmenden
Werkstoffen und/oder Abstandhalter entsprechender Gestaltung und Belegung vorsehen.
Ein anderer Vorschlag zur zusktzlichen Bedämpfung besteht darin, Innenscheibe und/oder
Außenscheibe als Verbundglasscheibe mit Zwischenschicht aus Kunststoff, z. B.
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auch ia Form einer Folie, auszufUhren. Nach bevorzugter AusfUhrungsform
der Erfindung sind im Ubrigen die müsse der Aussenscheibe einerseits, die der Innenscheibe
andererseits unterschiedlich und sogar stark unterschiedlich (Faktor s. B. 2 bis
4). Die zusätzlichen Bedämpfungsmaßnahmen können aber auch in der Beimischung eines
stark dämpfenden Gases zur Gasfüllung bestehen und gerade dieser Ausführungsform
kommt im Rahmen der Erfindung besondere und selbständige Bedeutung zu. Tatsächlich
läßt sich durch Beimischung eines stark dämpfenden Gases zur Gasfüllung erreichen,
daß Mehrscheibenresonanzeinbrüche auf maximal 8 dB beschränkt werden. Man kann aber
auch die beschriebenen Bedämpfungsmaßnahmen kombinieren. Die Wirkung ist übrigens
nicht auf die Mehrscheibenresonanz beschränkt. Teilweise werden auch die spurenanpassungsresonanzen
bedämpft. - Wird mit einem Trocknungsmittel gearbeitet, so ist es zweckmäßig so
gewählt, daß es die Gasfüllung nicht verändert.
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ei einer erfindungsgemäßen Isolierglasscheibe besteht die Gasfüllung
z.B. aus Helium, enn es sich um ein leichtes Gas handelt. handelt es sich um ein
schweres Gas, so wird nach bevorzugter Ansfffhrungsform mit drei- und mehratomigen
Gasen gearbeitet. Die Gasfüllung besteht dann z.B. und insbesondere aus Kohlenwasserstoffen
und deren Abkdmalflngen, sonstigen Kohlenstoffverbindungen, Schwefelverbindungen,
Stickstoffverbindungen oder aus Mischungen davon. Als Beimischung zur Bedämpfung
eignen sich z.B. zwei- und einatomige Gase und Mischungen, u.a. und hauptsächlich
auch Luft. Die günstigsten Mischungsverhältnisse findet der Fachmann durch Probieren
unter Beachtung der Regel, daß durch die Beimischung des stark dämpfenden Gases
zur Gasfüllung die Mehrscheiben-Resonanzeinbrüche möglichst klein gemacht werden
(jedenfalls auf höchstens 8 dB beschränkt werden), und zwar bei gleichzeitig möglichst
geringer Abweichung der CREMER-Kurve. i-ür die Ermittlung des günstigsten Kompromisses
zwischen diesen beiden Forderungen kann die Bewertung nach der VDI-Richtlinie 2719
oder ISO/R717 herangezogen werden.
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Im folgenden werden die beschriebenen und weitere Merkmale der Erfindung
durch Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Maßstab 1:; einen Schnitt
durch eine erfindungsgemäße Isolierglasscheibe, Fig. 2 die CREMER-Kurve für die
Isolierglasscheibe nach Fig. 1 mit der Abweichungskurve für Luft und der Abweichungskurve
fUr die ausgewählte Gas füllung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Isolierglasscheibe ist eine Zweischeiben-Isolierglasscheibe
und besteht folglich aus Innenscheibe
1, geschlossenem Zwischenraum
2, Außenscheibe 3 und mittels Lötung 4 angeschlossenem Verbundelement 5 ftir den
Verbund von Innenscheibe 1 und Außenscheibe 3. BezUglich der Dicke von Innenscheibe
1, Außenscheibe 3 und Zwischenraum 2 sind die Maßstabverhältnisse 1 : 1. Die Außenscheibe
3 hat z. B. eine Dicke von 12 mm, die Innenscheibe 1 eine solche von 4 mm. Der Zwischenraum
2 ist dann ebenfalls 12 mm. In bezug auf Länge bzw.
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Breite ist die dargestellte Isolierglasscheibe abgebrochen. Sie mag
eine Länge von 1500 mm, eine Breite von 2000 mm aufweisen.
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Der Zwischenraum besitzt eine unter Normaldruck stehende GasfUllung.
In Fig. 1 deutet der geschlängelte Pfeil das Einfallen einer ebenen Schallwelle
an.
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Die in Fig. 2 dargestellte CREMER-Kurve für die Scheibe nach Fig.
1 gibt als Abszisse die Frequenz eine auftretenden ebenen Schallwelle an, während
die Ordinate einen Maßstab fttr die Schalldämmung R trägt. In Fig. 2 ist die ausgezogene
Kurve I die sogenannte CREMER-Kurve nach der eingangs behandelten Gleichung fUr
n n 2. Die gestrichelte Kurve II mit den kreisförmig eingetragenen Meßwerten gibt
die Abweichung von der CREMER-Kurve an, wenn die Gasfüllung al Luftrüllung ausgeführt
ist. Demgegenüber wird erfindungsgemäß mit einer GasfUllung gearbeitet, deren Kurve
III in Fig. 2 strichpunktiert mit den als Kreuz eingetragenen MeBwerten dargestellt
ist.
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Man erkennt, daß die negative durchschnittliche Abweichung dieser
Kurve von der CREMER-Kurve im Frequenzbereich von 100 bis 1250 Hz um etwa einen
Faktor 0,71 kleiner ist als die Abweichung von Luft von dieser CREMER-Kurve. Allerdings
stellt sich ein beachtlicher Resonanzeinbruch B bis R = 13 dB ein, der bei tiefen
Frequenzen neben dem Resonanzeinbruch der CREMER-Kurve I liegt. Durch zusätzliche
Bedmpfungsmaßnahmen
läßt sich dieser Resonanzeinbruch bis zu Linie
R = 24 dB ohne Schwierigkeiten kompensieren, wie in der punktierten Kurve IV mit
dicken Meßpunkten dargestellt worden ist. Das ist eine Verbesserung um etwa 100
*. rXie BedAmpfung kann z.B. dadurch geschehen, daß die Verbundelemente als Dämpfungsglieder
ausgebildet sind. Man kann aber auch der Gasfüllung ein stark dämpfendes Gas, beispielsweise
ein Edelgas oder auch nur Luft beimischen.
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Ist das Mischungsverhältnis z.B. 3,75 Teile Luft zu 1,0 Teile C C1ZF2
(Frigen 12), so wird der Resonanzeinbruch bei 160 Hz gegenüber der Verwendung von
reinem C C12F2 von 12 dE auf 4 dB (mittlere Differenz zwischen dem MinimaLwert und
den beiden Nachbarwerten) vermindert. Die Abweichung von der CREMER-Kurve ist jetzt
um den Faktor 0,74 kleiner als die Abweichung von Luft. Die Folge beider Maßnahmen
für das bewertete Schalldämmmaß Rw und den Schallisolationsindex 1a geht aus der
folgenden Tabelle hervor.
| Gas R 1 |
| w a |
| Luft 37 dB 38 dB |
| C Cl2F2 40 dB 34 dB |
| 3,75 T. Luft 42 dB 42 dB |
| 1,0 T. C Cl2F2 |
Vergleichsmessungen mit anderen Gasfüllungen, wie Propan und Kohlendioxid
in geeigneten Mischungen mit z, B. Luft, liefern bei der in Fig. 1 dargestellten
Isolierglasscheibe ähnlich positive Ergebnisse. Das gilt auch für Mehrscheiben-Isolierglasscheiben,
wo alle Mehrscheiben-Resonanzeinbrüche dadurch die erfindungsgemäßen Maßnahmen weitgehend
sich kompensieren lassen.
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Bei Mehrscheiben-Isolierglasscheiben kann im Rahmen der Erfindung
jeder Zwischenraum eine andere GasfUllung aufweisen, was einen zusätzlichen Optimierungsparameter
schafft.
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Der erfindungsgemäßen Lehre zum technischen Handeln genügt auch Helium
als teichtgasfUllung. Das führt bei der Isolierglasscheibe mit einer Scheibenanordnung
entsprechend Fig. 1 ebenfalls zu sehr günstigen Ergebnissen, wie folgende Tabelle
zeigt:
| Gasfüllung RWDIN Ia Verbesserungs |
| faktor |
| 100 % Luft 39 39 1 |
| 100 ffi Helium 47 47 o,64 |
Die CREMER-Kurve dieser Isolierglasscheibe und die Abweichungskurve fUr diese Leichtgasfüllung
verlaufen ähnlich günstig wie die in Fig. 2 dargestellte.
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Die Fig. 1 zeigt, daß die Außenscheibe 3 größere Dicke aufweist als
die Innenscheibe 1. Diese Asymmetrie bezüglich der Massenverteilung von Außenscheibe
und Innenscheibe führt zu einem besonderen Effekt. Es hat sich gezeigt, daß eine
einzelne Scheibe ein Maximum der Schallübertragung bei einer solchen Schallfrequenz
aufweist, bei der die projizierte einfallende Wellenlänge auf der Scheibe glelch
der Wellenlänge der freien Biegeschwingungen in der Scheibe ist. ie niedrigste Schallfrequenz,
bei der diese Koinzidenz eintritt, wird als kritische Frequenz bezeichnet und ist
dadurch bestimmt, daß die Schallwellenlänge gleich der freien Biegeschwingungs-Wellenlänge
ist.
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Diese hängt wiederum von der Masse je Flächeneinheit und damit von
der Dicke der Scheibe ab. Werden daher Innenscheibe und Außenscheibe mit unterschiedlichen
Dicken ausgeführt, so weisen sie verschiedene kritische Koinzidenz-Frequenzen auf,
so daß die Koinzidenz-Schallübertragungsmaxima der bzw. einiger Scheiben bei verschiedenen
Frequenzen liegen, Das führt zu einer verbesserten Schalldämmung im mittleren und
insbesondere im oberen Bereich der hdrbaren Schallfrequenzen. Dieser Effekt ist
bei Mehrscheibenanordnungen grundsätzlich vorhanden, er tritt jedoch besonders stark
ausgeprägt dann auf 1 wenn die Gasfüllung in der beschriebenen Weise eingestellt
ist. abei ist die durch diesen asymmetrischen Aufbau erreichte Verbesserung der
Schalldäimung dann besonders hoch, wenn in der Gas füllung die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit
niedriger ist als in Luft. In diesem Fall erweist es sich weiter als vorteilhaft,
daß in dem Maße, in dem die Gesamtmasse der Scheihe je Flächeneinheit zunimmt, auch
das Verhältnis zwischen den Massen der einzelnen Scheiben erhöht wird. Aus herstellungstechnischen
Gründen wird man jedoch das Massenverhältnis zwischen der schwersten und der leichtesten
Scheibe einer Einheit im allgemeinen nicht hoher als drei wählen.
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Im übrigen empfiehlt es sich, die Gasfüllung trocken zu halten, um
eine Kondensation im Zwischenraum bzw. in den Zwischenräumen zu vermeiden. Dabei
ist selbstverständlich darauf zu achten, daß zu diesem Zweck vorgesehene Trocknungsmittel
nicht mit der Gas füllung reagieren. In dieser Hinsicht haben sich Trocknungsmittel
aus der Gruppe Calciumsulfat (CaSO4 (, Calciumchlorid (CaCl2), Calciumhydrid (CaH2),
Phosphorpentoxid (P205) und Molekularsiebe mit Poren kleiner als oder gleich 4 Å
bewährt.