DE2559720A1

DE2559720A1 - Schalldaemmende isolierglaseinheit mit leichtem gas im zwischenraum

Info

Publication number: DE2559720A1
Application number: DE19752559720
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Phys Dr Derner; Hans Sonntag
Original assignee: BFG Glassgroup GIE
Current assignee: BFG Glassgroup GIE
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-09-13
Publication date: 1977-08-04
Also published as: DE2559589A1; BE833206A; DE2559589B2; DE2540997B2; DE2540997A1; LU70915A1; BE833205A

Description

Ändrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte

Diplom-Physiker η Dr. Walter Ändrejewski

Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: 43 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 789

49 190/Jn- 23. November 1976

Patentanmeldung

BFG GLASSGROüP

43 Rue Caumartin,

75009 Paris / Frankreich

"Schalldämmende Isolierglaseinheit mit leichtem Gas im Zwischenraum"

(Ausscheidung aus P 25 40 997.6-45)

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Isolierglaseinheit mit Innenscheibe, einem geschlossenen Zwischenraum, Außenscheibe und Abstandshalter, wobei der Zwischenraum mit unter Normaldruck stehendem leichten Gas gefüllt ist. - Der Ausdruck. Gas umfaßt dabei auch Gasmischungen. Leichtes Gas meint Gase, die leichter sind als Luft.

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Bei den bekannten gattungsgemäßen Isolierglaseinheiten ist die Gasfüllung nicht nach schalldämmtechnischen Gesichtspunkten ausgewählt. Regelmäßig ist die Gasfüllung im Zwischenraum nach warmedammtechnischen Gesichtspunkten ausgewählt (DT-OS 22 63 354, insbesondere S. 1, Zeile 11 - 18), und zwar so, daß ihre Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von Luft. Zwar haben wärmedämmende Isolierglaseinheiten stets auch eine Schalldämmung, diese hat man jedoch so in Kauf genommen, wie sie sich ergab. Sie ist nicht ohne weiteres befriedigend und nicht ohne weiteres besser als die einer Luftfüllung. Wie bei einer gattungsgemäßen Isolierglaseinheit die Schalldämmung verbessert werden kann, läßt sich aus den bekannten Maßnahmen und den allgemeinen Kenntnissen um die Mechanismen der Wärmedämmung nicht ableiten. Bei bekannten gattungsgemäßen Isolierglaseinheiten hat man jedoch die Gasfüllung auch schon nach thermodynamisehen Gesichtspunkten ausgewählt (GB-PS 518 381, und zwar um bei einer Gasfüllung aus trockener Luft durch Zumischung von beispielsweise Wasserstoff den Taupunkt zu erniedrigen. Insoweit ist also die Füllung des Zwischenraumes mit einem leichten Gas bekannt. Auch aus der Thermodynamik dieser Zusammenhänge läßt sich nicht ableiten, wie bei einer gattungsgemäßen Isolierglasscheibe die Schalldämmung verbessert werden kann.

Bei (aus der Praxis) bekannten schalldämmenden Isolierglaseinheiten des beschriebenen Aufbaus, jedoch mit Luftfüllung, erreicht man ein sogenanntes bewertetes Schalldämmaß R„ nach DIN 52210 von etwa 37 dB, und zwar durch hinreichend großes Flächengewicht der Scheiben und hinreichend großen Zwischenraum bzw. hinreichend große Zwischenräume. So gilt als günstig für die Schalldämmung z. B. eine Isolierglaseinheit, deren

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Λ-

Außenscheibe eine Dicke von 12 nun, deren Innenscheibe eine Dicke von 4 rain und deren Zwischenraum eine Dicke von wiederum 12 mm aufweist. Der Vergrößerung des Flächengewichtes und der des Zwischenraumes sind Grenzen gesetzt. 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 zweite führt bei Isolierglaseinheiten zu einer Verminderung der Alterungsbeständigkeit und zu einer Vergrößerung der optischen Fehler. Um die Schallabsorption zu verbessern, ist vorgeschlagen worden (DT-OS 22 35 452), 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 diese Forderungen erfüllen, sind jedoch aus optischen Gründen nicht geeignet für transparente Sichtverschlüsse, und als solche werden schalldämmende Isolierglaseinheiten hauptsächlich eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine allgemein gültige Lehre zum technischen Handeln anzugeben, die es erlaubt, eine gattungsgemäße Isolierglaseinheit so einzurichten, daß sie Schalldämmwerte von über R-. = 37 dB erreicht.

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 Kreisfrequenz w senkrecht auf eine unendlich ausgedehnte Wand trifft, die auf zwei biegeweichen Schalen mit den Flächengewichten m.

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und iruim Abstand d, der klein gegen die Schallwellenlänge ist, mit einem gasförmigen Zwischenmedium von dem Kompressionsmodul K besteht und das umgebende Medium den Schallwellenwiderstand ζ hat. Bei Zahlenrechnungen wird hier K = p_o χ c / c gesetzt (c = spezifische Wärme bei konstantem Druck, c = spezifische Wärme bei konstantem Volumen, p_o = Normaldruck) . Daraus ergibt sich für das Verhältnis der Schalldrücke ρ vor der Wand und p, hinter der Wand die Gleichung

^L'd 2Kz

__ < |2 Kz - W²Zd (IH₁ + m₂)! + iv/ Γκ (m.,

- d (w"m.m₂ - ζ ')

und daraus das Schalldämmaß R nach DIN 52210:

R = 20 log

Pr

= 20 log -ö-

beruht.

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log 2^- \/ J2z-w²2|(m₁+m₂) J + w² I I₁^m₂-Jr(w²m₁m₂-z²)J

Das gilt ohne weiteres für Isolierglaseinheiten aus Außenschei- j

be, Innenscheibe und Abstandshalter. Die durch die Gleichung ι

dargestellte Kurve zeigt für praktische Werte den Resonanz- \

einbruch, der auf der Scheibenresonanz des Zweimassensystems ■

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Mit Hilfe der obigen Gleichung für R kann das nach CREf-ER zu erwartende Schalldämmaß in Abhängigkeit von der Frequenz aufgezeichnet werden. Diese Kurve wird im folgenden kurz CREMER-Kurve genannt. Die CREMER-Kurve für die Schalldämmung erleichtert dem Theoretiker zwar das Verständnis der physikalischen Zusammenhänge, gibt dem Praktiker bisher jedoch keine brauchbare Hilfe für die Lösung der Aufgabe, bei einer gattungsgemäßen Isolierglasscheibe die Schalldämmung zu verbessern. Tatsächlich weichen nämlich die an einer vorgegebenen Isolierglaseinheit durchgeführten Messungen der Schalldämmung von der theoretischen CREMER-Kurve beachtlich ab, und zwar auch von Gasfüllung zu Gasfüllung und oft unverständlich. Demgegenüber verwendet die Erfindung die CREMER-Kurve als Kriterium für die Auswahl einer Gasfüllung aus leichten Gasen, die bei gattungsgemäßen Isolierglaseinheiten in Kombination mit einer anderen Maßnahme die angestrebte Verbesserung der Schalldämmung bewirkt.

Mit dieser Definition der CREMER-Kurve lautet die Lösung der vorstehend angegebenen Aufgabe, daß zum Zwecke der Erreichung hoher Schalldämmwerte von über R_w = 37 dB nach DIN 52210 die Massen von Innenscheibe einerseits und Außenscheibe andererseits stark unterschiedlich sind, daß die Gasfüllung, ohne Rücksicht auf einen im Frequenzbereich von 100 - JJ150 Herz sich einstellenden Resonanzeinbruch, aus einem Gas besteht, bei dem die gemessene negative Abweichung von einer unter der Annahme senkrechten Einfalls und unendliche Erstreckung ermittelten CREMER-Kurve für die Isolierglaseinheitmit Luftfüllung im Frequenzbereich von 100 Herz - w = (10 / d) · s zumindest um einen Faktor 0,95 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgefüllten Isolierglaseinheit von dieser CREMER-Kurve (w = Frequenz, d = Dicke des Zwischenraumes

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in cm, s = Sekunde). Überraschenderweise stört bei einem so ausgewählten leichten Gas der Resonanzeinbruch oder stören die Resonanzeinbrüche nicht.

Erfindungsgemäß wird die CREMER-Kurve 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. Diese Differenzierungsregel sortiert die brauchbaren Gase. Die günstigen Mischungsverhältnisse findet der Fachmann durch Probieren unter Beachtung der Regel, daß die Abweichung von der CREMER-Kurve möglichst gering sein soll.

Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Maßstab 1 : 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Isolierglaseinheit,

Fig. 2 die CREMER-Kurve für die Isolierglaseinheit nach Fig. 1 mit der Abweichungskurve für Luft und der Abweichungskurve für die ausgewählte Gasfüllung.

Die in Fig. 1 dargestellte Isolierglaseinheit besteht aus Innenscheibe 1, geschlossenem Zwischenraum 2, Außenscheibe und mittels Lötung 4 angeschlossenem Verbundelement 5 für den Verbund von Innenscheibe 1 und Außenscheibe 3. Bezüglich der Dicke von Innenscheibe 1, Außenscheibe 3 und Zwischenraum 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 be-

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zug auf Länge bzw. Breite ist die dargestellte Isolierglasscheibe abgebrochen. Sie mag eine Länge von I5OO mm, eine Breite von 2000 mm aufweisen. Der Zwischenraum besitzt eine unter Normaldruck stehende Gasfüllung. In Fig. 1 deutet der geschlängelte Pfeil das Einfallen einer ebenen Schallwelle an.

Die in Pig. 2 dargestellte CREMER-Kurve für die Scheibe nach Fig. 1 gibt als Abszisse die Frequenz einer auftretenden ebenen Schallwelle an, während die Ordinate einen Maßstab für die Schalldämmung R tj%t. In Fig. 2 ist die ausgezogene Kurve I die sogenannte CREMER-Kurve nach der eingangs behandelten Gleichung. Die gestrichelte Kurve II mit den kreisförmig eingetragenen Meßwerten gibt die Abweichung von der GREMER-Kurve an, wenn die Gasfüllung als Luftfüllung ausgeführt ist. Demgegenüber wird erfindungsgemäß 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 Kurv^ von der GREMER-Kurve im Frequenzbereich von 100 bis I250 Hz um etwa einen Faktor 0,64 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgefüllten Isolierglaseinheit von dieser CREMER-Kurve. Ein störender Resonanzeinbruoh liegt offenbar nicht vor. Die Gasfüllung ist eine Heliumfüllung. Das führt bei der Isolierglasscheibe mit einer Scheibenanordnung entsprechend Fig. 1 zu den sehr günstigen Ergebnissen, die die folgende Tabelle zeigt:

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Gasfüllung	^RW	^Ja
100 fo Luft	37	Ύ(
100 io Helium		47

Die Pig. 1 zeigt, daß die Außenscheibe j5 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 gleich der Wellenlänge der freien Biegeschwingungen in der Scheibe ist. Die niedrigste Schallfrequenz, bei der diese Koinzidenz eintritt, wird als kritische Frequenz bezeichnet und ist dadurch bestimmt, daß die Schallwellenlänge gleich der freien Biegesohwingungs-Wellenlänge ist. Diese hängt wiederum von der Masse je Flächeneinheit und damit von der Dicke der Scheibe ab. Werden daher Innensoheibe und Außenscheibe mit unterschiedlichen Dicken ausgeführt, so weisen sie verschiedene kritische Koinzidenz-Frequenzen auf, so daß die Koinzidenz-Schallübertragungsmaxima der bzw. einer Scheibe bei verschiedenen Frequenzen liegen. Das führt zu einer verbesserten Schalldämmung im mittleren und insbesondere im oberen Bereich der hörbaren Schallfrequenzen. Dieser Effekt ist bei Mehrscheibenanordnungen grundsätzlich vorhanden, er

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tritt jedoch besonders stark ausgeprägt dann auf, wenn die Gasfüllung in der beschriebenen V/eise eingestellt ist. In diesem Fall erweist es sich weiter als vorteilhaft, daß in dem Maße, in dem die Gesamtmasse der Isolierglaseinheit 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 höher als drei wählen. Wie üblich 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 Gasfüllung reagieren und das Gas nicht absorbieren. In dieser Hinsicht haben sich Trocknungsmittel aus der Gruppe Calciumsulfat (CaSO₁J.), Calciumchlorid (CaCl₂)* Calciumhydrid (CaH₂), Phosphorpentoxid (PpO₁-) und Molekularsiebe mit Poren kleiner als oder gleich K R bewährt.

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I e e r s e i t e

Claims

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Patentanspruch :

Isolierglaseinheit mit mnenscheibe, einem geschlossenen Zwischenraum, Außenscheibe und Abstandshalter, wobei der Zwischenraum mit unter Normaldruck stehendem leichten Gas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Erreichung hoher Schalldämpferte von über R_x, = 37 ^B nach DIN 522IO die Kassen von Innenscheibe einerseits und Außenscheibe andererseits stark unterschiedlich sind, und daß die Gasfüllung ohne Rücksicht auf einen Frequenzbereich von 100 5150 Herz sich einstellenden Resonanzeinbruch aus einem Gasbesteht, bei dem die gemessene negative Abweichung von einer unter der Annahme senkrechten Einfalls und unendlicher Erstrekkung ermittelten CREMER-Kurve für die Isolierglaseinheit mit Luftfüllung im Frequenzbereich von 100 Herz - w (10 / d) · s~ zumindest um einen faktor 0,S>5 kleiner ist als die Abweichung bei der luftgefüllten Isolierglaseinheit von dieser CREt-ER-Kurve (w = Frequenz, d = Dicke des Zwischenraumes in cm, s = Sekunde) .

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