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"Isolierglascheibe" Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierglasscheibe
mit Innenscheibe, Außenscheibe und mindestens einer Zwischenscheibe und einem einfassenden
Verbundelement und mit unter Normaldruck stehender Gas füllung in den Zwischenräumen
zwischen Inner scheibe bzw. Außenscheibe und Zwischenscheibe(n), - wobei zumindest
eine der Scheiben auf einer inneren Oberfläche eine int frarotreflektierende Beschichtung
aufweist. Vorzugsweise besitzt die Zwischenscheibe auf einer ihrer Oberflächen die
infrarotreflektierende Beschichtung. - Der Ausdruck Isolierglasscheibe bezeichnet
wie üblich die Tatsache, daß die Scheibe Wärmedämmung und ~~~ ~~~~ ~ .~
Schalldämmung
aufweist. Das Verbundelement ist bei solchen Scheiben ein den Zwischenraum bzw.
die Zwischenräur.e abschließende Abstandhalter, der beispielsweise aus einem besonderen
Metallprofil, einem Kunststoffprofil, einer Klebermasse oder dergl. besteht. Als
Verbundelement können jedoch auch abgebogene Randteile von Innenscheibe und/oder
Außenscheibe eingesetzt werden, die aliteinander bzw. mit der gegenüberliegenden
Scheibe verschmolzen sind. - Bei den Isolierglasscheiben, auf die sich die Erfindung
bezieht, entsprechen Länge und Breite sowie die Dicke von Innenscheibe,Außenscheibe
und Zwischenscheibe den Gepflogenheiten.
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Isolierglasscheiben der vorbeschriebenen Gattung sind in den verschiedensten
Ausführungsformen bekannt (vergl. z.B. DT-Gbm 1 695 387, - mit Kunststoff als Zwischenscheibe
DT-OS 2 263 353).
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Sind solche Isolierglasscheiben für die Wärmedämmung ausgelegt, so
befriedigen sie in bezug auf die Schalldämmung nicht und umgekehrt. Der Erfindung
liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine allgemein gültige Regel zum technischen Handeln
anzugeben, die es erlaubt, einegattungsgernäße Isolierglasscheibe in bezug auf sowohl
Schalidämmung als auch Wärmedämmung zu verbessern.
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Im einzelnen ist zum Stand der Technik zu bemerken, daß bei den bekannten
Isolierglasscheiben der beschriebenen Gattung, die für Schaildämmung ausgelegt sind,
die GasfÜllung regelmäßig eine Luftauffüllung ist. Ausreichende Schalld.Rmmung erreicht
man durch hinreichend großes Flächengewicht der Scheiben und hinreichend große Zwischenräume.
So gilt als günstig für die Schalldämmung z.B. eine isolierglasscheibe, deren Außenscheibe
eine Dicke von 12 mm, deren Innenscheibe eine Dicke von 4 mm aufweist und deren
Abstand bei einer Tiefe von wiederum 12 mm durch eine Zwischenscheibe in der Dicke
wieder von 4 irm etwa mittig in zwei Zwischenräume
geteilt ist.
Der Vergrößerung des Flächengewichtes und der der Zwischenräume sind Grenzen gesetzt.
Die erste Maßnahme kann nur solange sinnvoll angewandt werden, sie die gleichzeitige
Zunahme der Biegesteifigkeit, über die sogenannte Spuranpassungsresonanz, nicht
den Gewinn wieder auf zehrt. ie zweite Maßnahme filhrt bei Isolierglasscheiben zu
einer Verminderung der Alterungsbeständigkeit und zu einer Vergrößerung der optischen
Fehler. -Allerdings sind für Isolierglasscheiben, die für Wärmedämmung ausgelegt
sind, allgemein die verschiedensten Gase als Füllgase vorgeschlagen worden, wobei
man auf schlechte Wärmeleitung abstellt und wobei man die erreichte, nur mehr oder
weniger befriedigende Schalldämmung so in Kauf genommen hat wie sie sich ergab.
Lm die Schalldäiiznung zu verbessern ist zwar vorgeschlagen worden, (vergl. DT-OS
2 235 452) den Zwischenraum mit einem Gas zu füllen, in dem Reaktionen ablaufen,
die sich in einem druckabhängigen chemischen Gleichgewicht befinden. Das mag theoretisch
tatsächlich für die Schallabsorption günstig sein. Die Maßnahmen, die diesen Forderungen
genügen, sind jedoch aus optischen Gründen nicht geeignet für transparente Sichtverschlüsse.
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In der Theorie der Schaldämmung kennt man die Ansätze von CREMER (Lothar
Cremer "Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik", Band III, Hirzel-Verlag
Leipzig 1950, .ellentheoretische Raumakustik, Seite 204). Bei diesen ist vereinfachend
angenommen, daß eine ebene Schallwelle der KreSsfrequenz w senkrecht auf eine unendlich
ausgedehnte Wand trifft, die aus zwei biegeweichen Schalen mit den Flächengewichten
ml und m 2 im Abstand d, der klein gegen die Schallwellenlänge 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
= spozifische Wärme bei konstantem Druck, cv = spezifische Wärme bei konstanten
Volumen, po = Normaldruck). Daraus ergibt sich für das Verhältnis der Schalldrucke
Pe von der Wand und Pd hinter der Wand die Gleichung
und daraus das Schalldämmaß Z nach DIN 52210:
Das gilt ohne weitere für Isolierungsscheiben. Die durch die Gleichung dargestellte
Kurve zeigt für praktische Werte den Resonanzeinbruch, der auf der Scheibenresonanz
des "Zweimassen-"systeme" beruht. Der Ansatz von CREMER kann auf Wunde erweitert
werden, die aus n Schalen mit den Flächengewichten n1 bis 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, wie sie gattungsgemäß
als bekannt vorausgesetzt wird, , ergibt sich folglich
Die Gleichung (2) führt auf die der Zweischeibne-Isolierglasscheibe wenn m3 und
d2 verschwinden. Sie läßt sich auf Lehre scheiben-Isolierglasscheiben mit mehr als
einer Zwischenscheibe oder mehr als zwei Zwischenräumen erweitern. - Mit Hilfe der
obigen Gleichungen kann das nach CREMER zu erwartende Schalldärnmaß in Abhängigkeit
von der Fxequenz aufgezeichnet werden.
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Diese Kurve wird im folgenden kurz CREMER-Kurve genannt.
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Die durch die angegebenen Gleichungen bestimmte CREMER-Rurve für die
Schalldänunung erleichtert dem Theoretiker zwar das Verständnis der physikalischen
Zusammenhänge, gibt dem Praktiker jedoch bisher keine hrauchbare Hilfe für die Lösung
der Aufgabe, bei einer vorgegebenen Isolierglasscheibe drei Glasscheiben zur Verbesßerung
der Schalldämmung einzusetzen. Tatschlich
weichen nämlich die an
einer vorgegebenen Isolierlasscheibe durchgeführten Messungen der Schalldämmung
von der theoretischen CREMER-Kurve beachtlich ab, und zwar auch von Gasfüllung zu
Gas füllung und oft unverständlich.
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Um eine Isolierglasscheibe der eingangs beschriebenen Gattung in bezug
auf Schalldämmung und Wärmedämmung zu optimieren sind nach der Lehre der Erfindung
in Kombination die folgenden Maßnahmen zu verwirklichen: a) die Gasfüllung besteht,
chne Pücksicht auf einen im Frequenzbereich von 100 bis 3150 Hz sich einstellenden
Resonan2einbruch, aus einem Gas, messen Abseichung von einer unter der Annahme senkrechten
Einfalls und unendlicher Erstreckung ermittelten CREMER-Kurve für die Isolierglasscheibe
im Frequenzbereich 104 von 100 Hz bis w = s-1 etwa und zumindest um d(cm) einen
Faktor 0,95 kleiner als die Abweichung von Luft von dieser CEEMER-Kurve (w = Frequenz,
d = Dicke des Zwischenraumes, s - Sekunde), b) die Zwischenräwne stehen in druckleitender
vorzugsweise gasleitender Verbindung, c) die Zwischenräume besitzen jeder eine Dicke,
die nahebei, aber unterhalb der Konvektionsgrenze liegt, wobei das Gas für die Gasfüllung
außerdem so gewählt ist, daß es geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. - Konvektionsgrenze
bezeichneet diejenige Dicke (oder Tiefe) eines Zwischenraumes zwischen zwei Glasscheiben,
ei der der Wärmeübergang durch Konvektion beginnt, dessen Einfluß mit zunehmender
Dicke des
Zwischenraumes größer wird. Dieser Wärmeübergang durch
Konvektion beeinträchtig bekanntlich in störendem Maße die Wärmedämmung. Er wird
also erfindungsgemäß eliminiert. - Ist die Gasfüllung ein leichtes Gas, so entstehen
im Rahmen der Erfindung keine störenden Resonanzeinbrüche. ist die Gasfüllung ein
schweres Gas, so können störende Resonanzeinbrüche entstehen.
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lUr diesen Fall lehrt die Erfindung, daß sich einstellende Resonanzeinbrüche
durch zusätzliche Bedämpfungsmaßnahmen zuindest teilweise kompensiert werden.
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Die Erfindung verwendet mit dem Merkmal a) die CREMER-Kurve als ein
Kriteriun, welches es erlaubt, bei einer vorgegebenen Isolierglasscheibe die Schalldämmung
zu verbessern. as merkmal c) brinyt gleichzeitig die angestrebte Verbesserung der
Wärmehemmung, da zusätzlich das Gas für die Gasfüllung in zumindest eine, Zwischenraum
so gewählt wird, daß es geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Geometrie und die
Dicke der Scheiben entspricht den Gepflogenheiten und kann irn Pahinen der herrschenden
Eaulehren beliebig gewählt werden. Regelmäßig wird mit stark unterschiedlichen Massen
(Faktor z.B. 2 bis 4) für Innenscheibe und Außenscheibe bzw. Zwischenscheibe gearbeitet.
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Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang der weitere Vorschlag
der Erfindung, daß die zusätzlichen Bedämpfungsmaßnahmen, ie unter Umständen erforderlich
sind, in der Beimischung eines stark dämpfenden Gases zur Gasfüllung bestehen, welches
außerdem geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Als Gas für die Gasfüllung eignen
sich im Rahmen der Erfindung z., die Gase Ar, SF6, He. Als beizumischendes Bedämpfungsgas
eignet Sich insbesondere auch Luft. Die zusätzlichen Bedämpfungsgemaßnahen , die
bei der erfindungsgemäßen Kombination zweckmäßig sind, können auch in der Ausbildung
des Verbundelementes als
Dämpfungsglied ebstehen, wobei erfindungsgemäß
das Dämpfungsglied zugleich schlecht wärmeleitend aufgebaut wird. Ein anderer Vorschlag
der Erfindung geht dahin, mit einer Verbundglasscheibe zu arbeiten, und diese als
zusätzliches Dämpfungsglied einzusetzen. V8azu kann mit einer Kunststoffzwischenschicht
bei der Verbundglasscheibe gearbeitet werden, cXie entsprechend ausgelegt ist. Im
allgemeinen ist die Kunststoffzwischensicht eine Kunststoffolie. Das Merkmal b)
ist vorteilhaft, wenn (was nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Fall
ist) die Zwischenscheibe eine Beschichtung, z.t. eine infrarotreflektierende Beschichtung,
trägt. Das Merkmal b) stellt sicher, daß die Zwischenscheibe durch unterschiedliche
Gasdrücke der Gasfüllung in den Zwischenräunien keine optisch störenden Verformungen
erfährt. Andererseits beeinträchtigt die druck- oder gasleitende Verbindung weder
die Wärmedämmung noch die Schalldämmung. Die Wärmedämmung wird im übrigen dadurch
unterstützt, daß die Außenscheibe beidseitig, die Zwischenscheibe auf ihrer nicht
mit infrarotreflektierender Beschichtung versehenen Oberfläche eine Entspiegelungsbeschichtung
aufweist, und zwar zua.indest dann, wenn sich die infrarotreflektierende Beschichtung
auf der der innenscheibe zugewandten Oberfläche der Zwischenscheibe befindet. Das
ist aber gleichzeitig in optischer h1insicht vorteilhaft, weil störende Doppelreflektionen
verhindert werden. Zum Zwecke der Verbesserung der Wärmedämmung kann die Innenscheibe
auf ihrer dem Zwischenraum abgewandten Oberfläche eine zusätzliche infrarotreflektierende
Beschichtung aufweisen.
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Als Beschichtungswerkstoffe sowohl fSlr die infrarotreflektierende
Beschichtung als auch für die Entspiegelungsbeschichtung können die dafür bekannten
Stoffe eingesetzt werden. Es versteht sich von selbst, daß evtl. Trocknungsmittel
so auszuwählen sind, daß sie die Gasfüllung oder die Gas füllungen nicht beeinträchtigen.
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Verwirklicht man die Lehre der Erfindung, so liegt zunächst die Schalldämmung
beachtlich niedriger als an sich bei Isolierglasscheiben aus Innenscheibe, Außenscheibe
und Zwischenscheibe zu erwarten. 'iberraschenderweise liegt aber gleichzeitig auch
die Wärmedämmung extrem niedrig, was darauf zurückgeführt wird, daß in dem erfindungsgem!h
vorgeschriebenen Abstandbereich dr Wärmeübergang durch Konvektion in den Zwischenräumen
nicht beeinträchtigt wird, und daß mit einem Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit
gearbeitet wird. Die erfindungsgenäß zusätzlich vorgesehene Entspiegelungsbeschichtung
unterstützt gleichzeitig die Infrarotreflektion an der infrarotreflektierenden Schicht,
die ohnehin bereits die Wärmedämmung unterstützt. Im Ergebnis wird eine weitgehende
Optimierung sowohl in bezug auf Wärmedämmung als auch gleichzeitig in bezug auf
Schalidämmung erreicht. Wenn zusätzlich die sogenannte Behaglichkeit optimiert werden
soll, wird in der beschriebenen Weise die Innenscheibe auf ihrer dem Zwischenraum
zugewandten Oberfläche mit einer zusatzlichen infrarotreflektierenden Beschichtung
versehen. Bedingt durch die Temperaturdifferenz zwischen Innenraum eines Gebäudes
einerseits mit kälterer Außenatmosphäre in Verbindung stehender Fensterscheibe eines
üblichen Fensters anderertests entsteht in der Nähe eines Fensters regelmäßig ein
unangenehm empfundenes Temperaturdefizit. Das gilt auch für den Einsatz von üblichen
Isolierglasscheiben als Fenster. Dieses Temperaturdefizit ist regelmäßig proportional
der Temperaturdifferenz. Zwar wird durch die zusätzliche infrarotreflektierende
Beschichtung der Innenscheibe auf ihrer dem Zwischenraum abgewandten Oberfläche
die wahre Temperaturdifferenz zum Innenraumwieder erhöht (d.h. es wird der Effekt
ein wenig verschlechtert, Wer auf dem Einsatz von Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit
beruht), die von einer Person im Raum effektiv empfundene Temperaturdifferenz ist
jedoch überraschenderweise so niedrig, daß
praktisch die Anpassung
an die Innentemperatur erreicht ist, -solange man die Innenscheibe der erfindungsgeina..ßen
Isolierglascheibe nicht berührt. Las wird im Rahmen der Erfindung als Verbesserung
der Behaglichkeit bezeichnet und beruht auf den vorgeschlagenen Beschichtungen.
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Um die erfindungsgemäße Lehre zum technischen Handeln bei einer vorgegebenen
Isolierglasscheibe (d.h. eine Isolierglasscheibe vorgegebener Größe mit Scheiben
vorgegebener Dicke, deren Dicken z.B. nach der klassischen Lehre der Schaildämmung
eingerichtet sind) anzuwenden, ermittelt man zunachst alle aus Gründen der Wärmedämmung
brauchbaren Gase. Insoweit hat bei der praktischen Durchführung der Erfindung der
Kälteschutz gleichsam Priorität. anach werden diese Gase im Sinne des Merkmals 1)
untersucht und es wird ein Füligas ausgesucht, welches im Sinne des Merkmals a)
auch in bezug auf die Schaildämmung befriedigt. Damit sind bereits zwei wesentliche
Voraussetzungen für die gleichzeitige Optimierung von Wärmedämmung einerseits und
Schalldämmung andererseits erreicht. Wird nun zusätzlich das Merkmal c> verwirklicht
und wählt man einen Abstand für die Zwischenräume, d.h. eine Dicke für die Zwischenräume,
die nahebei aber unterhalb der Konvektionsgrenze liegen, so kann man in Verbindung
mit den Beschichtungen einen WErmedurchgangskoeffizienten (kcal/m2h grad) von ungefähr
1 erreichen, während die schon definierte Schalldämmung auf größer als 35 dB im
Hittel eingestellt werden kann. Die beschriebene Beschichtung funktioniert außerdem
als Sonnenschutz und Kälteschutz, und zwar insbesondere dann, wenn mit emmisionsarmen
Beschichtungen gearbeitet wird. Gleichzeitig unterstützen diese Beschichtungen die
Behaglichkeit.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher ertert.
Es zeigen in schematischer
Darstellung Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Isolierglasscheibe,
£ig. 2 die CREMER-Kurve für die Isolierglasscheibe nach Fig. 1 mit der Abweichungskurve
für Luft und der Abweichungskurve für die ausgewählte Gasfüllung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Isolierglasscheibe besteht aus drei mit
Abstand voneinander angeordneten Glasscheiben, nämlich der Außenscheibe 1, derc
Zwischenscheibe 2 und der Innenscheibe 3. Die Außenscheibe 1 weist im eingeicauten
Zustand zur Außenatmosphäre hin, die Innenscheibe 3 zum angeschlossenen Raum eines
Gebäudes. In den Zwischenräurnen zwischen den Glasscheiben befindet sich ein Gas.
Die Zwischenscheibe 2 trägt im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung auf einer ihrer dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche eine infrarotreflektierende
Beschichtung 4, die im Ausführungsbeispiel übertrieben dick gezeichnet worden ist.
Im Ausführungsbeispiel befindet sich diese infrarotreflektierende Beschichtung 4
auf der der Innenscheibe 3 zugewandten Oberfläche.
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Man entnimmt aus der Fig. 1 zunächst, daß die Zwischenräume wegen
der Durchtritte 5 in gasleitender Verbindung stehen. Sie sind im übrigen mit einem
Füllgas geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Außerdem trägt die Außenscheibe 1 beidseitig,
die Zwischenscheibe 2 auf ihrer nicht. mit infrarotreflektierender Beschichtung
4 versehenen Fläche eine Entspiegelungsbeschichtung 6, die in der Fig. 1 als strichpunktierte
Linie, und ebenfalls übertrieben, dargestellt worden ist. iese Entspiegelungsbe-
Beschichtung
6 ist zumindest dann vorhanden, wenn, wie im Ausführungsbeispiel, die infrarotreflektierende
Beschichtung 4 auf der der Innenscheibe 3 zugewandten Oberflache der Zwischenscheibe
2 sich befindet. Die infrarotreflektierende Beschichtung 4 kann aber auch auf der
der Außenscheibe 1 zugewandten Oberfläche der Zwischenscheibe 2 angeordnet sein.
Im übrigen zeigt das Ausführungsbeispiel, daß die Innenscheibe 3 auf ihrer dem Zwischenraum
abgewandten Oberfläche eine zusätzliche infrarotreflektierende Beschichtung 7 aufweist.
Die Außenscheibe 1 und/oder die Innenscheibe 3, aber auch die Zwischenscheibe 2,
können Sicherheitsscheiben sein, z.B. als Verbundsicherheitsscheiben ausgeführt
sein. r>ie Maßstäbe in Fig. 1 entsprechen in etwa einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die in Fig. 2 dargestellte CREMER-Kurve für die Scheibe nach Fig.
1 gibt als Abszisse die Frequenz einer auftreffenden, ebenen Schallwelle an, während
die Ordinate Gleichung für die in Fig 1 dargestellte Isolierglasscheibe. Die gestrichelte
Kurve II mit den kreisfömig eingetragenen Meßwerten gibt die Abweichung von der
CREMER-Kurve an, wenn die Gasfüllung als Luft füllung ausgeführt ist. Demgegenüber
wird erfindungsgernäß mit einer Gasfüllung gearbeitet, deren Kurve III in Fig. 2
strichpunktiert mit den als Kreuz eingetragenen Meßwerten dargestellt ist. Man erkennt,
daß die negative durchschnittliche Abweichung dieser Kurve von der CREMER-Kurve
im Frequenzbereich von 100 bis 1250 Bz um etwa einen Faktor 0,71 kleiner ist als
die Atweichung von Luft von dieser CREMER-Kurve. Allerdings stellt sich im Ausführungsbeispiel
ein beachtlicher Resonanzeinbruch P. bis R m 15 dB ein, der bei tieferen Frequenzen
neben dem Resonanzeinbruch der CREMER-Kurve I liegt. Das ist typisch für viele Gasfüllnungen
die aus einem schweren Gas bestehen. Durch zusätzliche Bedämpfungsmaßnehmen
läßt
sich dieser Resonanz einbruch bis über 20 dB ohne Schwierigkeiten kompensieren,
die in der punktierten Kurve IV mit dicken Meßpunkten dargestellt worden ist. ;ie
Bedämpfung kann z.B. dadurch geschehen, daß die Verbundelemente als Dämpfungsglieder
ausgebildet sind oder eine der Scheiben als dämpfende Verbundscheibe ausgeführt
ist. Man kann aber auch der Gasfüllung ein stark dämpfendes Gas, beispielsweise
ein Edelgas oder auch nur Luft beimischen. Eine enteprechende Verbesserung erreicht
man auch bei dem zweiten Resonanzeinbruch.