[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Akustikelemente gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie Verfahren zur Herstellung von Akustikelementen gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
[0002] Von der Anmelderin werden seit Jahren sehr erfolgreich Akustikelemente mit schallabsorbierenden Eigenschaften aus grossflächigen, plattenförmigen Körpern hergestellt und vertrieben, die mit einer Vielzahl von Löchern oder Schlitzen versehen sind, um den Durchtritt des zu absorbierenden Schalls zu hinter den plattenförmigen Körpern angeordneten schallschluckenden Dämmmaterialien zu ermöglichen. Diese plattenförmigen Elemente sind oft aus Holz, Pressspan, Mehrkomponenten-Fasermaterialien, Gips oder Kunststoffen hergestellt und müssen die für den Baubereich geltenden Vorschriften, zum Beispiel hinsichtlich Bruchsicherheit und Brandschutz, erfüllen.
Die gebräuchlichen Materialien zur Herstellung der Akustikelemente sind praktisch ausschliesslich lichtundurchlässig und die Anzahl und Anordnung der Löcher und/oder Schlitze sowie die Verwendung der oft faserigen Dämmmaterialien schränkt Architekten und Bauherren in der Gestaltungsfreiheit erheblich ein. Die Architektur verlangt einerseits durch die offenen Räume und den vermehrten Einsatz von harten Baumaterialien wie Sichtbeton und Glas nach Schallabsorbern welche die Nachhallzeit verringern ohne dabei klare und transparente Baustrukturen zu durchbrechen. Es besteht daher das Bedürfnis nach transparenten oder zumindest transluzenten Akustikelementen, die den Bekannten in der Funktionalität und Praktikabilität nicht unterlegen sind.
[0003] In der DE4 315 759 ist zum Beispiel beschrieben, dass herkömmliche passive Schallabsorber, die poröses oder faseriges Material verwenden, um Luftschall-Schwingungen durch Reibung an ihrer feinstrukturierten, möglichst offenen Oberflächenstruktur in Wärme umzuwandeln (passive Absorber) oder so genannte reaktive Absorber bei denen durch Mitschwingen von Folien, Platten oder Membranen dem Schall Energie in einem relativ breiten Frequenzband entzogen wird, durch Schallabsorbern aus mechanisch und chemisch hochresistenten keramischen Materialien zu ersetzen, die zudem transparent sind.
[0004] Die in der DE4 315 759 vorgeschlagenen Absorber bestehen ausschliesslich aus einer oder mehreren völlig lichttransparenten Platten, die an sich durch Luftschallwellen kaum anregbar sind. Sie werden durch eine Vielzahl sehr kleiner durchgängiger Löcher in ihrer dem Raum zugewandten Oberfläche in Verbindung mit einem dahinter angeordneten Hohlraum zur Absorption von auftreffenden Schallwellen in einem breiten Frequenzband im Hörbereich befähigt. Der Einsatz solcher mikroperforierter Platten vor einer schallharten Begrenzung zur Schallabsorption wurde von D.-Y. Maa bereits 1975 in Scientia Sinica 18, H. 1, S. 55 bis 71 beschrieben. In der DE4 315 759 ist offenbart, dass die Löcher mittels Bohrer, Laser oder Plasmaschweissanlage gefertigt sein können.
Es sind planparallel, möglichst unmittelbar vor den reflektierenden Glasbauteilen nachträglich montierbare Schallabsorber vorgesehen, die den architektonischen Entwurf nicht beeinträchtigen. Für Räume mit vorwiegenden Sprachdarbietungen weisen diese ebenen, transparenten Absorber, insbesondere bei senkrecht auftreffenden Schallwellen im Frequenzbereich zwischen f = 125 und 1250 Hz einen Absorptionsgrad von grösser 0,5 bei 500 Hz nahe 1, auf. Als ideale Baustoffe für derartige Schallabsorber werden hochresistente Kunststoffe sowie Glas, aber im Innenraumbereich auch Acrylglas (glasklar oder eingefärbt) vorgeschlagen. Es ist ausgeführt, dass sich ganz erstaunlich breitbandige Schallabsorber entwickeln lassen, wenn man Platten aus diesem Material in einer Stärke zwischen etwa t = 2 und 12 mm mit einem Abstand zwischen D = 25 und 100 mm vor dem Glasbauteil anbringt.
Sie benötigen keinerlei poröse oder faserige Materialien, sondern nur relativ kleine Löcher mit Durchmessern d von 0.4 bis 0.8 mm. In mehrschichtigen Aufbauten lassen sich gemäss Patentanmeldung DE 4 312 886 auf diese Weise Resonanzabsorber aufbauen, die den gesamten interessierenden Frequenzbereich auf einer und derselben Absorberfläche mehr als 80% absorbieren. Für Glasbauteile fehlt bisher eine ausgereifte Technologie zum Mikroperforieren.
[0005] Die Anforderungen an transparente Absorber in Räumen sind nebst der Verringerung der Nachhallzeit die Unbrennbarkeit, die Kratzfestigkeit, die mechanische Festigkeit und die Sicherheit gegen Verletzung durch Glassplitter. Es sind zwar Sicherheitsgläser bekannt, das Bohren einer Vielzahl sehr kleiner durchgängige Löcher, in der Grössenordnung von zirka 40 000 Löcher oder mehr per m2 und einem Durchmesser von 0,2 bis 0,8 mm ist jedoch technisch und vor allem wirtschaftlich in solchen Gläsern bisher nicht erreichbar. Glas als amorpher Feststoff ist gegen Spannungsrisse, welche beim schnellen Durchbohren oder Durchschneiden einer 2 bis 12 mm dicken Platte ganz besonders empfindlich. Die Anforderungen an die Sicherheit durch chemisches oder thermisches Vorspannen der Gläser oder durch Verbundsicherheitsglas bleiben ungelöst.
[0006] In der unveröffentlichten Anmeldung EP 07 405 023.8 der Anmelderin sind Verfahren zum Erstellen von Mikroperforationen und Mikroschlitzen mittels abrasiver Wasserstrahltechnik in Glasplatten beschrieben. Diese Verfahren erlauben es, mittels abrasiver Wasserstrahltechnik auf Anlagen mit einer Mehrzahl von Düsenköpfen Löcher mit einem Durchmesser von 0,2 bis 0,8 mm in Glasscheiben anzubringen. Es wurde eine Prozesssteuerung entwickelt, die das Zerstörungsrisiko der zu perforierenden Glasscheiben zu Beginn des Perforationsvorganges minimiert.
Es wurde erkannt, dass a) auch ein kleines Risiko pro Loch beim Erstellen von 40 000 durchgehenden Mikrolöchern zu einer enormen Ausschussquote führt und wirtschaftlich nicht rentabel ist und b) die Prozesssicherheit in einem zwangsweisen "stop and go" Betrieb, bei einer solch hohen Anzahl von Mikroperforationen kaum beherrschbar ist und c) die Bohrzeiten in diesem "stop and go" Betrieb mit allen heute bekannten Verfahren erheblich zu lang sind, um grössere Glasbauteile in vertretbarer Zeit zu perforieren.
[0007] Da beim Durchbohren von Verbundgläsern mit innenliegenden Kunststoffmembran der Wasserstrahl beim Übergang vom Glas zur elastischen Kunststoffmembran kurzzeitig unscharf wird und dadurch ungewollte Kavitäten im Grenzbereich der Glasschichten zum Kunststoff entstehen, die wiederum zu ungewünschten optischen Effekten und Trübungen führen, wird in der EP 07 405 023.8 vorgeschlagen, die Gläser nach dem erfolgreichen Durchbohren, mittels des abrasiven Wasserstrahles mit erheblich gesenktem Zerstörungsrisiko zu schlitzen oder zu schneiden. Die unerwünschte Kavitätenbildung im Bereich der Kunststofffolie bei Verbundgläsern bleibt beim Schneiden nach dem Durchbohren aus und die Breite der Mikroschlitze lässt sich im Gegensatz zum Durchmesser der Löcher auf bis zu 0.1 mm senken.
Anstelle der Vielzahl von Bohrungen oder Mikroperforationen werden eine wesentlich reduzierte Anzahl von Schlitzen im Glas angebracht.
[0008] Die Vorteile eines solchen mikrogeschlitzten Schallabsorbers in Glas bestehen darin, dass die Verwirbelung und Reibung der Luft im Mikroschlitz, mit dahinter angeordnetem veränderbarem Hohlraum und schallharter Begrenzung durch beliebige Variierung der Schlitzlänge und Schlitzbreite sowie durch die beliebige Anordnung der Mikroschlitze in der Fläche herstellungstechnisch äusserst effizient erhöht oder verringert werden kann. Die Schallenergie wird in einstellbaren Frequenzbereichen in Wärmeenergie umgewandelt und die Nachhallzeit in einem breiten Frequenzbereich reduziert. Die erforderliche offene Fläche im Glas, im Ausmass von zirka 0,8 bis 3,0% der Beschallungsfläche, kann durch geeignete Schneidverfahren mit ausreichender Prozesssicherheit und mit einer, um den Faktor 10 verringerten Bearbeitungszeit gegenüber Bohrungen hergestellt werden.
Die Gefahr von Mikrorissen kann durch kontrolliertes Schlitzschneiden gegenüber dem Mikrolochbohren verringert werden. Durch eine offensichtliche Reduzierung, der "stop and go" Verluste, kann die Produktivität wesentlich gesteigert werden.
[0009] Für die Akustikelemente gilt im Innenraumbereich mit Personenaufenthalt das Erfordernis der Splitterfreiheit. Das Anbringen von Mikrolöchern oder Mikroschlitzen mit einer offenen Fläche von über 1% direkt in Trägerglasplatten verursacht oft Abplatzer und Muscheln im Glas, so dass das Trägerglas nicht als ESG oder VSG verwendet werden kann. Die Vielzahl von kleinen Mikrolöchern und schmalen Mikroschlitzen mit einer offenen Fläche von über 1% macht das Trägerglas zudem statisch unstabil. Da heutzutage in der Architektur grossflächige Akustikelemente gefragt sind, bei denen die Formate von 1 m<2>überschritten werden, müssen auch die Trägergläser entsprechend grossformatig sein. Dadurch werden direkt mit Mikroperforierung oder Mikroschlitzung versehene Gläser unwirtschaftlich.
Die Prozesse bei direkter Trägerglasbearbeitung werden durch die grosse Anzahl Mikroeingriffe unbeherrschbar und der zu erwartende Ausfall erheblich. Es ist daher bereits in der EP 07 405 023.8 vorgeschlagen, dass in bestimmten Ausführungsformen rondellenartige, mikrogeschlitzte Bauteile in entsprechende in eine Grundplatte eingeschnittenen Öffnungen eingesetzt sind. Es ist vorgeschlagen, die ausgeschnittenen Kreisscheiben oder Rondellen in einem separaten Bearbeitungsprozess vom äusseren Umfang her mit Mikroschlitzen zu versehen, so dass ein zentraler Steg entsteht, der die Zinken zweier Kämme trägt. Diese Kammscheiben werden anschliessend wieder in die Grundglasscheibe eingesetzt, respektive eingeklebt. Sie können auch mit separaten Haltern lösbar oder fest in die jeweiligen Öffnungen eingesetzt werden.
Die beim Erstellen der Aufnahmeöffnungen anfallenden Rondelle können auch verworfen werden, so dass in die Öffnungen Kammscheiben aus separater Produktion eingesetzt werden. Die Erstellung der Aufnahmeöffnungen muss nicht mit einem Mikroschneidprozess erfolgen, sondern kann mit herkömmlichen Verfahren mit hinreichender Toleranz erfolgen. Die Aufnahmeöffnungen lassen sich sogar schon während der Herstellung der Glasscheiben anbringen. Die Kanten der Aufnahmeöffnungen müssen im Gegensatz zu den Kanten der Mikroschlitze nicht scharf sein.
[0010] In der EP 07 405 023.8 ist ebenfalls offenbart, dass zwecks Erhöhung der mechanischen Stabilität und insbesondere beim Einsatz von Scheiben aus Sicherheitsglas zweiteilige Glasbausteine eingesetzt werden. Die Grundplatten aus Glas werden wie oben beschrieben mit grösseren Bohrungen/Aufnahmeöffnungen versehen und mit vorgefertigten mikrogeschlitzten Glaseinsätzen bestückt. Die bei der Absorption wirksamen Einsätze können gemäss der EP 07 405 023.8 in weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in unterschiedlichen Stärken aus Glas, aber auch aus anderen Materialien wie Kunstglas, anderen Kunststoffen oder Metall bestehen. Die mikrogeschlitzten Einsätze werden wie bereits erwähnt mit Einlagen, Haltern oder Verklebungen in die Aufnahmeöffnungen der Grundglasplatte eingepasst.
Diese Nicht-Glaseinsätze lassen sich zwar auch mit der abrasiven Wasserstrahltechnik herstellen, sie können aber im Gegensatz zum Glas auch mit anderen bekannten Schneid- oder Stanzverfahren hergestellt werden.
[0011] Insbesondere bei den Ausführungsformen, bei denen die Absorptions-Einsätze mittels Einlagen oder Haltern in den Aufnahmeöffnungen gehalten sind, ist das Verletzungsrisiko und die Bruchgefahr auf ein Minimum reduziert, da sich die Haltekraft auf die Stabilität des Absorptions-Einsatzes anpassen lässt. Fällt oder stösst jemand gegen den Einsatz, so löst sich dieser aus der Grundplatte bevor er bricht. Dieser Vorteil kommt vor allem bei Einsätzen aus Glas zum Tragen.
[0012] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative Bauteile für Schallabsorber und Verfahren zur Herstellung derselben zur Verfügung zu stellen, die es erlauben, solche Produkte effizient in grösseren Mengen und Dimensionen herzustellen und die oben genannten Nachteile nicht aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Akustikelemente zur Verfügung zu stellen, die hervorragende schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen, alle Sicherheitsanforderungen im Baubereich erfüllen, auf Wunsch zumindest teilweise transluzenz (Lichtdurchlässig) oder teilweise transparent (blickdurchlässig) sind und mit vertretbarem technischen Aufwand schnell und wirtschaftlich herstellbar sind und weitere Nachteile der bekannten Akustikelemente vermeiden.
[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Akustikelemente gemäss Anspruch 1 und die Herstellungsverfahren gemäss Anspruch 13 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0014] Die erfindungsgemässen Akustikelemente lassen sich auf verschiedenste Absorptionsanforderungen hin optimieren und erfüllen gleichzeitig die Voraussetzung der zumindest teilweisen Transparenz oder Transluzenz. Gemäss bevorzugter Ausführungsformen sind die erfindungsgemässen Akustikelemente, insbesondere die Absorber der Akustikelemente derart ausgebildet, dass sie im Sprachbereich von 125 Hz bis 1250 Hz besonders gut genügen. Die neuen Akustikelemente umfassen mindestens ein Tragelement mit mindestens einer, vorzugsweise einer Mehrzahl von Ausnehmung die jeweils entkoppelte schallabsorbierende Absorber aufnehmen. Um die gewünschte Transparenz und/oder Transluzenz zu erreichen, ist das Tragelement aus Glas oder Kunstglas, vorzugsweise aus Flachglas, Floatglas, Spiegelglas, Verbund-Sicherheitsglas, Einscheiben-Sicherheitsglas oder Spezialglas, gefertigt.
In die Ausnehmung sind die akustisch wirksamen Absorber eingesetzt, respektive gemäss weiterer Ausführungsformen vor diesen angeordnet. Die Fläche, die von der mindestens einen Ausnehmung im Tragelement eingenommen wird, hängt vom Typ und Aufbau des Absorbers ab. Es hat sich gezeigt, dass für eine erste Gruppe von Absorbern, die Mikroperforationen, Mikroschlitze, Mikrospalten oder eine Kombination davon umfassen, deren Anteil im Tragelement bei etwa 10 bis 60%, vorteilhafter Weise 20 bis 50% bezogen auf die gesamte Oberfläche der Akustikelemente ausmachen soll.
Basiert die Absorptionswirkung der Absorber auf passiven Absorptions-Materialien wie Vliesprodukten, das heisst aus faserigen gewebten oder nicht gewebten Materialien, oder auf offenporigen Schaumstoffen oder auf geblähten Baustoffen, so beträgt die akustisch wirksame Fläche, das heisst die in der Trägerglasplatte ausgebrochene und mit Absorbern bestückte Fläche vorteilhafter Weise zwischen 3 bis 60%, vorzugsweise zwischen 5 bis 20%.
[0015] Während die vorgenannten auf Mikroperforationen, Mikroschlitzen und Mikrospalten beruhenden Absorber anhand der Anzahl, der Dimensionierung respektive der daraus resultierenden wirksamen offenen Fläche charakterisiert werden, werden die auf faserigen, porigen oder geblähten Materialien beruhenden Absorber anhand des Strömungswiderstands charakterisiert.
[0016] Diese zweite Gruppe von Absorbern können unterschiedlichste längenspezifische Strömungswiderstände besitzen. Durch Einstellen der Dicke des Materials kann der wirksame Strömungswiderstand eingestellt werden, der sinnvollerweise nach dem erreichten spezifischen Strömungswiderstand (nach EN 29 053) vorgenommen wird. Vorzugsweise besitzen diese passiven Absorber einen spezifischen Strömungswiderstand von 500 bis 3000 Pa*s/m.
[0017] Die akustisch absorbierende Einsätze oder Absorber aus verschiedenen, Nicht-Glasmaterialien, wie Metall, Kunststoff, Holz, Membranen, gewebten und nicht gewebten Textilien, offenporigen Schaumstoffen oder geblähten Baustoffen und/oder Kombinationen davon können als entkoppelte Einsätze in Trägerelementen aus Glas, Transparenz und Absorption sowie Absorption und Ästhetik vereinen. Die Absorber können naturbelassen oder eingefärbt verwendet werden.
[0018] Anders als bei Absorbern aus Glas können Nicht-Glas-Absorber mit Mikroperforationen oder Mikroschlitzungen versehen werden, die nach den bekannten Verfahren wie Bohren, Fräsen, Stanzen, Nadeln oder Lasern hergestellt werden. Mit diesen Verfahren lassen sich hohe offene Flächen, und damit eine hohe akustische Absorption bei niedrigen Fertigungskosten erreichen.
[0019] Es hat sich gezeigt, dass die offene Fläche der akustisch wirksamen Mikroperforation, Mikroschlitze oder Mikrospalten eine wesentliche Rolle bei der Absorptionsleistung spielt. Mit der Anpassung der entsprechenden Parameter von kleineren Schlitzbreiten und mehr offener Fläche zeigte sich, dass mit dem Wasserstrahlverfahren diese Vorgaben nicht oder nur über aufwendige zusätzliche Operationen zu erreichen sind.
[0020] Für einen breitbandigen mikrogeschlitzten Absorber werden Schlitzbreiten von unter 0.3 mm benötigt und gleichzeitig muss die offene Fläche auf über 3% zur Grundfläche des Akustikelements erhöht werden. Als unerwartetes alternatives Verfahren zum abrasiven Wasserstrahlschneiden hat sich das Slurry-Drahtsägen erwiesen. Mit diesem Verfahren können die Schlitzbreiten gegenüber dem abrasiven Wasserstrahlschneiden massiv verkleinert werden und es lassen sich Schlitzbreiten von 0.1 bis 0.3 mm erreichen. Das wirtschaftlich interessante Slurry-Drahtsäge-Verfahren für solche Abmessungen ist vom Waferschneiden aus der Halbleiterindustrie bekannt. Mit diesem Verfahren lassen sich nicht nur sehr schmale Schlitze von bis zu 0.1 mm sägen, sondern es lassen sich auch schmale Stege von unter 2 mm Breite herstellen, ohne dass diese während dem Sägen brechen.
Die geforderte Leistung kann durch das Schichten von mehreren Glasplatten hintereinander zu Blöcken und das gleichzeitige Sägen von mehreren Blöcken erreicht werden.
[0021] Für dieses Slurry-Drahtsäge-Verfahren sind auf dem Markt Maschinen und Betriebsmittel, zum Beispiel für die Silizium-Waferfabrikation, erhältlich. Durch entsprechende Applikationsanpassungen können Glaseinsätze in Kammform derart gesägt werden, dass dieses Verfahren den Anforderungen für die effiziente Herstellung von entkoppelten Einsätzen mit einer hohen Dichte von feinen Schlitzen entsprechen kann, so dass die Kosten für die Maschineninvestition und vor allem die Betriebskosten für die Verschleissmaterialien Draht und Trennflüssigkeit gerechtfertigt sind. Die so gesägten filigranen entkoppelten Elemente müssen zum Einsetzen in das Trägerglas vorerst auf drei Seiten vorzugsweise mit Glasstäbchen verleimt und stabilisiert werden.
[0022] Als alternatives Verfahren zur Herstellung akustisch wirksamer Absorberelemente wird nun vorgeschlagen, Absorberelemente mit Mikrospalten aus einzelnen dünnen Glasstäbchen aufzubauen. Die einzelnen Stäbchen sind dabei vorzugsweise recht oder mehreckig und werden mit Abständen von zum Beispiel 0.2 mm zu einem Element zusammengesetzt und vorzugsweise verklebt, so dass Mikrospalten von 0.2 mm entstehen. Bei einer Stäbchenbreite von zum Beispiel 1.8 mm und einem Abstand von 0.2 mm zwischen den Stäbchen lassen sich Absorber mit einer offenen Mikrospaltfläche von 10% bezogen auf die Oberfläche des Absorberelements herstellen. Es hat sich gezeigt, dass die Spaltenbreite zwischen 0.1 und 0.8 mm liegen sollte. Breitere Spalten zeigen nur noch sehr unbefriedigende Absorptionsleistungen. Vorzugsweise liegen die Spaltbreiten bei 1.5 bis 3 mm.
Die Dicke der Stäbchen, und damit die Breite der Stege, sollte zwischen 1 und 8 mm gewählt werden, vorteilhafterweise liegt sie zwischen 1.5 und 3 mm. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist sie bei 1.8 mm gewählt.
[0023] Aus 100 Glasstäbchen mit rechteckigem Querschnitt und einer Grösse von 1.8 mm * 4 mm * 200 mm, welche am Markt erhältlich sind, lassen sich zum Beispiel Absorberelemente in der Grösse von 200 * 200 mm mit 99 Mikrospalten von 0.2 mm Breite wirtschaftlich effizient herstellen.
[0024] Die rationelle Herstellung feiner Glasstäbchen kann mittels Glasritzen und Brechen oder über andere bekannte Verfahren wie Ziehen, Pressen oder Giessen erfolgen. Wesentlich dabei ist, dass die Glasflächen ohne Muscheln und Abplatzer sowie vorzugsweise spiegelblank bleiben. Im Format der fertigen Glaselemente wird eine Rahmenkonstruktion aus Glas oder Kunstglas so verklebt, dass die feinen Glasstäbchen eine zusätzliche Stabilität erhalten, zum Beispiel durch einen Profilrahmen. Das Verleimen der Glasstäbchen mit Zwischenräumen, welche der geforderten Schlitzbreite entsprechen, erfolgt weitgehend vollautomatisch, mittels einem Montageroboter.
Die muschelfreien Glasstäbchen werden nach der Kalibrierung vorzugsweise chemisch oder thermisch gehärtet, so dass diese wie die Trägerplatten aus Glas splitterfrei den passiven Sicherheitsanforderungen in öffentlichen und privaten Räumen entsprechen. Im Weiteren wird damit eine Erhöhung der Schlagfestigkeit, Biegefestigkeit und Kratzfestigkeit erreicht. Die Vorteile dieser Aufbaumethode gegenüber der Mikroperforier- oder Mikroschlitzmethoden sind transparente Einsatzelemente ohne Trübung der Kantenflächen, eine höhere Festigkeit der gehärteten Stäbchen und eine Erhöhung der passiven Sicherheit der Absorber-Einsätze.
[0025] Die Tragelemente können, wie oben bereits erwähnt, in verschiedenen Formen hergestellt werden, üblicherweise werden sie jedoch als plattenförmige Bauteile mit einer annähernd planen ersten Oberfläche ausgebildet. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Tragelemente Trägerglasplatten aus Flachglas oder Spezialglas in Stärken zwischen 2 und 12 mm, die mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Absorber versehen werden. Die Ausnehmungen werden vorzugsweise in die Glasplatten geschnitten oder gefräst und wenn erforderlich anschliessend angefasst, geschliffen und/oder poliert, so dass sie sich problemlos sekurisieren und nach Bedarf zu Einscheibensicherheitsglas oder Verbundsicherheitsglas weiter verarbeiten lassen.
[0026] Die ausgebrochenen Flächen können regelmässig oder unregelmässig auf die Glasträgerfläche verteilt sein. Die Grössenordnung der ausgebrochenen Flächen korreliert mit der geforderten offenen Fläche der Absorberelemente und mit dem Verhältnis zur Gesamtfläche. Die ausgebrochene Fläche zur gesamten ersten Oberfläche der Trägerglasplatte liegt wiederum zwischen 10% und 60%, vorteilhaft zwischen 20% und 50%. Die Glasplatte als Trägerelement kann je nach Anwendung unterschiedliche Längen- und Breitendimensionen sowie unterschiedliche Glasdicken aufweisen.
[0027] Das Trägerglas kann in einem Rahmen oder rahmenlos mit entsprechenden Befestigungen am Montageort verwendet werden. Die erfindungsgemässen Akustikelemente können konstruktiv zu Wänden-, Decken- oder Kassettenelementen zusammengefügt werden und können flächig oder gebogen sein. Trägerglas wie auch die vorzugsweise eingeklebten akustisch wirksamen Glasabsorber können farbig, geätzt, foliert oder beschichtet sein.
[0028] Die Absorber können homogen oder unregelmässig auf die Fläche der Trägerelemente verteilt und mit runder, drei-, vier- oder mehreckiger, regelmässig oder unregelmässig polygoner, rechteckiger, quadratischer oder andersartiger Grundfläche ausgebildet sein. Bei Einhaltung eines ausreichenden Randabstandes lassen sich die Absorber praktisch in beliebiger Anordnung im Tragelement platzieren. Die von den Absorbern eingenommene Fläche in den transparenten oder transluzenten Tragelementen wird durch das Erfordernis der Lichtdurchlässigkeit und der Festigkeitsbeanspruchung respektive die Bruchsicherheit der Akustikelemente auf einen oberen Grenzwert von etwa 60% begrenzt. Die untere Grenze wird hingegen durch die Absorptionsleistung in dem zu absorbierenden Frequenzbereich bestimmt.
Um in einem breiten Frequenzbereich, zum Beispiel im Sprachbereich von 125 Hz bis 1250 Hz, besonders gute Absorptionsleistungen zu erreichen, werden gemäss erster Ausführungsformen der Erfindung Absorber eingesetzt, bei denen die akustisch wirksame offene Fläche durch Mikroperforation, Mikroschlitzen, Mikrospalten oder einer Kombination davon gebildeten wird, wobei diese akustisch wirksame offene Fläche 1 bis 12%, vorzugsweise 7 bis 12%, besonders bevorzugt 10% der Gesamtfläche einer ersten Oberfläche des Absorbers entspricht. Es lassen sich dabei sowohl verschiedene Absorptionselemente mit Mikroperforation, Mikroschlitzen oder Mikrospalten in einem Tragelement kombinieren, oder innerhalb eines Absorbers können Mikroperforationen, Mikroschlitze und/oder Mikrospalten kombiniert werden.
Sowohl Mikroperforation, Mikroschlitze wie auch Mikrospalten lassen sich mit verschiedenen Durchmessern und/oder Breiten im selben oder in verschiedenen Absorbern einsetzen. Die Breiten lassen sich auch innerhalb eines Mikroschlitzes oder innerhalb einer Mikrospalte variieren.
[0029] Die Absorber lassen sich als Einfachelemente oder als Sandwichkonstruktionen mit oder ohne Vliesmaterial herstellen. All diese Kombinationsmöglichkeiten erlauben es, die Bandbreite an wirksam absorbierten Schallfrequenzen zu verbreitern. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass unterschiedliche Schlitz- und Spaltbreiten und unterschiedliche Lochdurchmesser sowie Einfachelemente oder Sandwichkonstruktionen Absorptionsmaxima in unterschiedlicher Breite in unterschiedlichen Frequenzbereichen aufweisen. So werden zum Beispiel neben einlagigen mehrlagige Glasaufbauten mit Mikrospalten zu Sandwichkonstruktionen zusammengefügt. Durch solch einen mehrlagigen Aufbau entstehen zusätzliche Resonatoren, welche die Absorption verstärken und den Frequenzbereich verbreitern. Dadurch entstehen insgesamt breitbandigere Absorber.
[0030] Gemäss bevorzugter Ausführungsformen werden die Absorber schlitzfrei hergestellt. Bei den nicht Glasmaterialien haben sich Absorber mit Mikroperforationen oder Absorber mit akustisch wirksamen faserigen gewebten oder nicht gewebten Materialien, offenporigen Schaumstoffen oder geblähten Baustoffen als besonders vorteilhaft in der Herstellung erwiesen. Bei Absorbern aus Glasmaterialien hat es sich besonders hinsichtlich der Herstellung als vorteilhaft erwiesen, Absorber mit Mikrospalten, als ebenfalls schlitzfrei, einzusetzen.
[0031] Die Sandwichkonstruktionen werden wie die einlagigen Absorber in die Ausnehmungen des Trägermaterials, insbesondere des Trägerglases, flächenbündig oder überlagernd angeordnet, insbesondere eingeklebt oder kraft- und/oder formschlüssig gehalten.
[0032] Damit die oben beschriebenen Akustikelemente mit einlagigen Absorbern, insbesondere die plattenartigen Elemente, funktionieren können, ist ihre Montage beabstandet von einer schallharten Rückwand nötig. Die Akustikelemente gemäss der vorliegenden Erfindung werden hauptsächlich zur Verwendung als Vorsatzelemente oder zum Einbau in Kassetten eingesetzt. Bei der Verwendung als Vorsatzschalen oder Vorsatzelemente werden die Akustikelemente in einem Abstand von 5 bis 350 mm, vorzugsweise in einem Abstand von 10 bis 100 mm, beabstandet von Decken, Wänden, Fenstern, Türen und/oder anderen schallharten Flächen montiert.
In bautechnischen Varianten zur Erstellung von Kassetten, Zylindern, Quadern und Profilen werden sie vor eine entsprechend gestaltete Rückwand montiert oder können zum Beispiel als frei stehende Akustikelemente oder Raumteiler eingesetzt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
[0033] Anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, wird die Erfindung im Folgenden erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>eine Draufsicht auf eine erste Oberfläche eines Akustikelements gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit acht rechteckigen mikroperforierten Absorbern,
<tb>Fig. 2<sep>eine Teilansicht auf eine erste Oberfläche eines Akustikelements gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einem Eckbereich mit kreisrunden mikroperforierten Absorbern,
<tb>Fig. 3a<sep>eine perspektivische Teilansicht auf eine erste Oberfläche eines Eckbereichs eines Akustikelements gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit quadratischen mikroperforierten Absorbern,
<tb>Fig. 3b<sep>eine Seitenansicht auf das Akustikelement gemäss Fig. 3a, bei dem der Absorber über dem Tragelement und die Ausnehmung strichliniert dargestellt ist,
<tb>Fig. 3c<sep>einen Querschnitt durch ein Akustikelement gemäss Fig. 3a mit eingesetztem Absorber gemäss einer Ausführungsform der Erfindung in Sandwichbauweise,
<tb>Fig. 4<sep>einen Querschnitt durch ein Akustikelement gemäss Fig. 3a mit eingesetzten Absorber gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als Einfachelement,
<tb>Fig. 5a<sep>eine perspektivische Teilansicht auf eine erste Oberfläche eines Eckbereichs eines Akustikelements gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit kreisrunden Ausnahmeöffnungen im Tragelement und überlagernd angeordneten quadratischen Absorbern mit Mikrospalten,
<tb>Fig. 5c<sep>eine Seitenansicht auf das Akustikelement gemäss Fig. 5a, bei dem der Absorber über dem Tragelement gezeichnet und die Ausnehmung strichliniert angedeutet ist;
<tb>Fig. 5b<sep>einen Querschnitt durch ein Akustikelement gemäss Fig. 5a mit eingesetztem Absorber gemäss einer Ausführungsform der Erfindung als Einfachelement,
<tb>Fig. 6a<sep>eine Teilansicht auf einen Eckbereich einer ersten Oberfläche eines aus Stäbchen aufgebauten Absorbers mit Mikrospalten gemäss der Erfindung,
<tb>Fig. 6b<sep>eine perspektivische Ansicht auf einen ersten Endbereich eines einzelnen Stäbchens eines Absorbers gemäss Fig. 6a,
<tb>Fig. 7<sep>eine Teilansicht auf einen Eckbereich einer ersten Oberfläche eines aus Stäbchen aufgebauten Absorbers mit Mikrospalten gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
<tb>Fig. 8<sep>eine Teilansicht auf einen Eckbereich einer ersten Oberfläche eines aus Stäbchen aufgebauten Absorbers mit Mikrospalten gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
<tb>Fig. 9a<sep>ein Diagramm zur Absorptionsleistung eines schallabsorbierenden Akustikelements gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei Absorptionsmaxima, und
<tb>Fig. 9b<sep>ein Diagramm zur Absorptionsleistung eines schallabsorbierenden Akustikelements gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem breiten Absorptionsmaximum.
[0034] In der Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erste Oberfläche 7 eines rechteckigen Akustikelements 1 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung grob skizziert. Ausnehmungen für acht rechteckige mikroperforierte Absorber 2 in einem Tragelement 2 sind so dimensioniert, dass die eingesetzten Absorber 3 etwa 40% der Oberfläche des Akustikelementes einnehmen. Die Anordnung der Absorber 3 innerhalb des Trägerelementes 2 ist im Wesentlichen frei wählbar, aus Stabilitätsgründen empfiehlt es sich aber, zu den Rändern des Tragelementes 2 hin und zwischen den einzelnen Absorbern 3 jeweils einen ausreichend breiten Stegbereich vorzusehen.
[0035] In der Fig. 2 ist ein Eckbereich eines Akustikelements 4 gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei dem die Absorber 6 als kreisrunde Einsätze ausgebildet sind.
[0036] Auf den Aufbau einer ersten Ausführungsform erfindungsgemässer Akustikelemente soll im Folgenden anhand der Fig. 3a bis 3ceingegangen werden. In der Fig. 3a ist eine perspektivische Teilansicht auf eine erste Oberfläche 11 eines Eckbereichs eines Akustikelements 8 gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der quadratische mikroperforierte Absorber 9 in entsprechende Aufnahmeöffnungen einer Trägerglasscheibe 10 eingesetzt sind. In der Fig. 3b ist eine Seitenansicht auf einen Teilbereich des Akustikelements 8 gemäss Fig. 3a gezeigt. Ein Absorber 9 ist aus dem Tragelement 10 herausgelöst und über einer strichliniert angedeuteten Ausnehmung 12 in der Trägerglasscheibe dargestellt. Die Dicke dT der Trägerglasscheibe 10 entspricht im Wesentlichen der Dicke dA des quadratischen Absorberelementes.
Aus dem in Fig. 3c gezeigten Querschnitt des Trägerglases 10 mit eingesetztem Absorber 9 wird deutlich, dass sich das sandwichartig aufgebaute Absorberelement 9 flächenbündig in das Trägerglas 10 einsetzen lässt. Eine erste mikroperforierte Platte 13 schliesst flächenbündig mit der ersten Oberfläche 11 des Trägerglases 10 ab und die entsprechende zweite mikroperforierte Platte 15 bildet einen flächenbündigen Abschluss zur rückwärtigen Oberfläche 17 der Tragplatte 10. Die im Querschnitt rechteckigen Absorber 9 sind mit vier Seitenwänden 14 eingefasst, so dass sie als kompakte quaderförmige Einheiten problemlos in die entsprechend ausgebildeten Ausnehmungen 12 eingesetzt und dort verklebt 16 werden können.
[0037] Der sandwichartige Aufbau des in der Fig. 3 dargestellten Absorberelementes 9 mit von Stegen 18 gebildeten Hohlräumen 19 zwischen zwei mikroperforierten Platten 13, 15 ist im Wesentlichen in der EP 07 405 185.5 beschrieben und muss hier nicht weiter erläutert werden. Die beiden mikroperforierten Platten sind von einer Vielzahl von akustisch wirksamen Mikrolöchern mit einem Durchmesser von etwa 0.35 mm durchsetzt, so dass sie eine akustisch wirksame offene Fläche von 7% in Bezug auf die gesamte erste Oberfläche 20 der mikroperforierten Platte 13 aufweisen.
In der Trägerglasplatte 10 gemäss des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels summiert sich der Flächenanteil der Ausnehmungen 12 zu etwa 44% der Oberfläche der ersten Oberfläche des Trägerglases, so dass die akustisch wirksame offene Fläche der Mikroperforation der mikroperforierten Platte 13 in den Absorbern 9 einen Anteil von etwa 3.1% bezogen auf die gesamte erste Oberfläche 11, 20 des Akustikelementes 8 ausmacht. Da Trägerglasplatte 10 und Absorber 9 hinsichtlich ihrer ersten und zweiten Oberfläche symmetrisch aufgebaut sind, kann das Akustikelement mit einer Dicke dT von 12 mm und einer Dimensionierung von 1.4 m * 1 m zum Beispiel als Raumteiler eingesetzt werden.
[0038] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die erste 13 und die zweite mikroperforierte Platte 15 mit unterschiedlichen Mikroperforationen versehen, die bei der Schallabsorption unterschiedliche Absorptionsmaxima aufweisen, wie es in der Fig. 9a, auf die im Weiteren noch genauer eingegangen wird, dargestellt ist.
[0039] In der Fig. 4 ist angedeutet, dass sich in die quadratischen Ausnehmungen der Trägerglasplatte 10 auch passende einfache Absorber 21 mit nur einer mikroperforierten Platte 22 flächenbündig zur ersten Oberfläche 11 einsetzen lassen. Die Tragkonstruktion der mikroperforierten Platte 22 besteht zum Beispiel aus einer Pressspanplatte 23, die von einer Mehrzahl von regelmässig angeordneten kreiszylindrischen Hohlräumen 23 durchbrochen ist. Da das Absorptionselement 21 eine mikroperforierten Platte 25 mit einem einzigen Typ uniformer Mikrolöcher aufweist, weist auch das entsprechende Absorptionsmaximum des Absorbers 21 nur ein Maximum auf, wie es in der Fig. 9b, auf die im Weiteren noch genauer eingegangen wird, dargestellt ist.
[0040] Anhand der Fig. 5 bis 8sollen nun weitere vorteilhafte Absorber gemäss der vorliegenden Erfindung genauer erläutert werden, bei denen die akustisch wirksamen Strukturen mittels Aufbau von Mikrospalten hergestellt werden. In der Fig. 5aist eine perspektivische Teilansicht auf eine erste Oberfläche 32 eines Eckbereichs eines Akustikelements 25 gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit kreisrunden Ausnahmeöffnungen 28 im Tragelement 27 gezeigt. Die Absorber 26 zum Einsetzen in die kreisrunden Aufnahmeöffnungen weisen im Wesentlichen quadratische Absorberplatten 30 mit einer Vielzahl von Mikrospalten 31 auf, die von einem Haltering 29 getragen werden.
Beim Einsetzen des Absorbers 26 in die Tragplatte 27 wird, wie in der Fig. 5b gezeigt, der Haltering vollständig in der Ausnehmung der Trägerglasscheibe 27 versenkt, bis die Absorberplatte 30 auf der ersten Oberfläche 32 des Trägerglases aufliegt. Die quadratische Absorberplatte 30 mit der Vielzahl von Mikrospalten 31 wird wiederum vorzugsweise von einer im Absorber liegenden Stützkonstruktion 33 mit einer Vielzahl von Hohlräumen 34 stabilisiert. Die Fig. 5b und insbesondere 5c zeigen, dass die Absorberplatte 30 nicht nur die Ausnehmung 28, sondern in peripheren Bereichen auch Anteile der ersten Oberfläche 32 des Trägerglases 27 überdeckt oder überlagert.
Die Anteile der Mikroschlitze, die in diesen Überlagerungsbereichen direkt auf der Trägerglasplatte zu liegen kommen, weisen zwar kaum eine akustische Absorptionsleistung auf, angesichts der enorm gesteigerten gestalterischen Möglichkeiten sind solche überlagerten Ausführungsformen dennoch interessant. Obwohl in der Fig. 5b wiederum ein mit dem Haltering 29 in die Aufnahmeöffnung eingeklebter Absorber dargestellt ist, lässt sich einfach verstehen, dass sich die Absorber generell auch mittels klemmender Halterungen in die Aufnahmeöffnungen einsetzen lassen.
[0041] Der Aufbau eines mikrogeschlitzten Absorberelements gemäss einer Ausführungsform nach Fig. 5 ist in der Fig. 6a skizziert. In der Teilansicht auf einen Eckbereich einer ersten Oberfläche 35 ist dargestellt, wie von einer Vielzahl von beabstandet voneinander zusammengeklebten Stäbchen 36 eine entsprechende Anzahl von Mikrospalten 31 zwischen den Stäbchen 36 gebildet werden. Die im Querschnitt rechteckigen Stäbchen 36 sind zum Beispiel 200 mm lang und haben in den Endbereichen 38 einen quadratischen Querschnitt von 20 * 20 mm. Im Mittelbereich 37 ist einseitig eine 0.2 mm tiefe Nut eingeschliffen, so dass sich bei entsprechender Ausrichtung der Stäbchen durch Verkleben der Endbereiche 38 die Mikrospalten 31 ergeben.
Die Endbereiche sind nur wenige mm lang, so dass die dargestellte Absorberplatte bei einer Spaltenbreite von 0.2 mm eine akustisch wirksame offene Fläche von annähernd 10% bezogen auf die erste Oberfläche aufweist. Die Mittelbereiche lassen sich auch mit zwei oder mehr Nuten versehen, so dass die 1.8 mm breiten Stege 37 zwei oder mehr Mikrospalten bilden und zwischen diesen entsprechend zwei oder mehrfach abgestützt sind.
[0042] In den Fig. 7 und 8 sind weitere Ausführungsformen von Absorbern mit Mikrospalten dargestellt, bei denen im Querschnitt rechteckige Stäbchen 39 mit einer Höhe von 2.0 mm und einer Breite von 1.8 mm zu Absorberplatten mit einer Fläche von 200 * 200 mm, 0.2 mm breiten Mikrospalten 31 und einer akustisch wirksamen offenen Fläche von etwa 10% aufgebaut werden.
[0043] Beim Absorberelement gemäss der Fig. 7sind die Stäbchen 39 an den Endbereichen mit einem Spezialkleber 42, der kugelförmige Distanzelemente von 0.2 mm Durchmesser enthält, miteinander zu einem plattenförmigen Absorberelement verklebt. Die Distanzelemente stellen sicher, dass sich die Stäbchen 39 beim Verkleben auf nicht mehr als die gewünschte Mikrospaltbreite von 0.2 mm annähern können. Die engen Toleranzbereiche, mit denen die Distanzelemente hergestellt werden können, stellen sicher, dass die Spaltbreiten ebenfalls nur innerhalb eines schmalen Bereiches variieren und die Absorptionsleistung der Absorberplatten genau definiert eingestellt werden kann. Die Distanzelemente sind vorzugsweise aus Materialien, die im Klebstoff weder quellen, noch beim Aushärten oder Abtrocknen des Klebstoffes Schwund zeigen.
[0044] Bei der Absorberplatte 41, wie sie in der Fig. 8 gezeichnet ist, werden die Stäbchen 39, die sich in der Dimensionierung nicht von denen des vorhergehenden Beispiels unterscheiden, mit ihren Endbereichen in einen Kamm 44 eingelegt, der eine Vielzahl von Zähnen 45 mit einer Breite von 0.2 mm aufweist und damit die Breite der zu erstellenden Mikrospalten 31 vorgibt. Die Stäbchen 39 lassen sich direkt in den Kamm 44 einkleben oder einklemmen. Werden auf diese Weise 100 Stäbchen zu einer Absorberplatte zusammengefügt, so weist diese wieder eine Fläche von 200 x 200 mm und 99 Mikrospalten mit einer Breite von 0.2 mm auf, die sich zu einer akustisch wirksamen Fläche von annähernd 10% bezogen auf die erste Oberfläche der Absorberplatte addieren.
[0045] Die Masse, die in den Ausführungsbeispielen zu den Absorberplatten mit Mikrospalten gegeben sind, sollen den Vergleich dieser Platten erlauben und nicht den Eindruck erwecken, dass sich mittels der beschriebenen Methoden nur Platten mit den angegebenen Massen herstellen lassen. Die beschriebenen Herstellungsverfahren lassen dem Fachmann vielmehr eine grosse Freiheit bei der Dimensionierung und der Einstellung der Absorberleistung der Absorberplatten. Es versteht sich, dass die Platten sowohl allein in einfachen wie auch zu zweit oder zu mehreren in zusammengesetzten Sandwichelementen verwendet werden können. Gemäss bevorzugter Ausführungsformen werden diese Absorberplatten aus Glasstäbchen aufgebaut und ersetzen die verfahrenstechnisch aufwändigen Verfahren zum Mikroschlitzen oder Mikroperforieren von Glasplatten.
Um die Absorberplatten mit den vorzugsweise sekurisierten Glasstäbchen zusätzlich zu stabilisieren, werden zum Beispiel die Stäbchen an den Endbereichen stirnseitig oder umlaufend mit Rahmenelementen stabilisiert und gesichert.
[0046] Um trotz schmaler Mikrospalten hohe offene Flächen und damit gute Schallabsorptionswerte über breite Frequenzbereiche zu erreichen, haben sich sehr schmale Spalten mit Breiten von im Bereich von 0.05 bis 0.3 mm, vorzugsweise 0.2 mm als vorteilhaft erwiesen. Die schmalen Spaltenbreiten von unter 0.3 mm lassen sich gemäss weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung auch durch additive Verfahren, wie zum Beispiel das versetzte Übereinanderlagern von zwei Einsätzen mit Spaltbreiten von mehr als 0.3 mm, erreichen.
[0047] Werden Absorber mit breiteren Spalten gemäss der erfindungsgemässen Verfahren aufgebaut, so lässt sich die Spaltenbreite in nachfolgenden Verfahrensschritten zum Beispiel durch Tauchen in Klarlack verringern.
[0048] Im Diagramm der Fig. 9aist das die Absorptionsleistung Alpha (y-Achse) gegen die Frequenz (x-Achse) im Bereich von 62.5 bis 4000 Hz aufgetragen. Das sehr breite Absorptionsspektrum eines sandwichartig aus zwei Absorberplatten mit Mikrospalten zusammengesetzten Absorber weist zwei Absorptionsmaxima auf. Die Spalten der ersten Absorberplatte mit einer Dicke von 1 mm sind 0.2 mm breit und weisen eine Resonanzlänge (als Helmholtzresonator) von 12 mm auf. Sie bilden in der Absorberplatte eine akustisch wirksame offene Fläche von 10%. Die Spalten der zweiten, 5 mm dicken Absorberplatte sind ebenfalls 0.2 mm breit, weisen eine Resonanzlänge von 45 mm auf und bilden in der zweiten Absorberplatte eine akustisch wirksame offene Fläche von 10%. Die Stege sind jeweils 1.8 mm breit. Die zwei Absorptionsmaxima befinden sich bei etwa 1000 und 3500 Hz.
[0049] In der Fig. 9b ist zum Vergleich ein Absorptionsspektrum eines einfach aufgebauten Absorbers mit einer 5 mm dicken Absorberplatte mit 1,8 mm breiten Stegen und 0.2 mm breiten Mikrospalten mit einer Resonanzlänge von 40 mm, das heisst der Abstand von der schallharten Rückwand beträgt 40 mm. Das vermessene Akustikelement weist eine akustisch wirksame offene Fläche von 5% auf und absorbiert mit einem breiten Absorptionsspektrum, dessen Maximum im Bereich von etwa 800 Hz bei 1 liegt.
[0050] Angesichts der oben offenbarten Technischen Lehre der vorliegenden Erfindung ist es für den Fachmann offensichtlich, dass im Hinblick auf die Materialauswahl und bautechnische Varianten und insbesondere hinsichtlich der Art der Absorber enorme Variationsmöglichkeiten bestehen.
[0051] Die erfindungsgemässen Absorptionselemente lassen dem Hersteller ein Höchstmass an gestalterischer Freiheit. Sowohl die Art der Absorber wie auch deren Anordnung, wie auch die Form und Ausgestaltung der Absorbereinsätze kann in weiten Bereichen variiert werden.
[0052] Gemäss weiterer nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsformen werden die transparenten und/oder transluzenten Absorber mit Beleuchtungsmitteln kombiniert, um zusätzlich zur Schallabsorption noch Lichteffekte zu erzeugen. Absorbereinsätze aus Glas bieten sich in idealer Weise an, um in Kombination mit LEDs, Lichtleitern oder anderen Lichtquellen Lichtakzente im Akustikelement zu setzen. Die Leuchtmittel lassen sich derart anbringen, dass sie die Absorberleistung nicht negativ beeinflussen.
Liste der Bezugszeichen
[0053]
<tb>1<sep>Akustikelement
<tb>2<sep>Tragelement
<tb>3<sep>Absorber
<tb>4<sep>Akustikelement
<tb>5<sep>Tragelement
<tb>6<sep>Absorber
<tb>7<sep>erste Oberfläche
<tb>8<sep>Akustikelement
<tb>9<sep>Absorber
<tb>10<sep>Trägerglasscheibe
<tb>11<sep>erste Oberfläche
<tb>12<sep>Ausnehmung
<tb>13<sep>Mikroperforierte Platte
<tb>14<sep>Seitenwand
<tb>15<sep>Mikroperforierte Platte
<tb>16<sep>Verklebung
<tb>17<sep>zweite Oberfläche
<tb>18<sep>Steg
<tb>19<sep>Hohlraum
<tb>20<sep>erste Oberfläche
<tb>21<sep>Absorber
<tb>22<sep>mikroperforierte Platte
<tb>23<sep>Platte
<tb>24<sep>Hohlraum
<tb>25<sep>Akustikelement
<tb>26<sep>Absorber
<tb>27<sep>Tragplatte
<tb>28<sep>Ausnehmung
<tb>29<sep>Haltering
<tb>30<sep>Absorberplatte
<tb>31<sep>Mikrospalten
<tb>32<sep>erste Oberfläche
<tb>33<sep>Stützkonstruktion
<tb>34<sep>Hohlraum
<tb>35<sep>erste Oberfläche
<tb>36<sep>Stäbchen
<tb>37<sep>Mittelbereich
<tb>38<sep>Endbereich
<tb>39<sep>Stäbchen
<tb>40<sep>Absorberplatte
<tb>41<sep>Absorberplatte
<tb>42<sep>Klebstoff
<tb>43<sep>Distanzpartikel
<tb>44<sep>Kamm
<tb>45<sep>Zähne
The present invention relates to acoustic elements according to the preamble of independent claim 1 and to methods for producing acoustic elements according to the preamble of claim 13.
From the applicant for many years acoustic elements with sound-absorbing properties of large-area, plate-shaped bodies are produced and sold successfully, which are provided with a plurality of holes or slots to the passage of the sound to be absorbed behind the plate-shaped bodies arranged sound absorbing insulation materials to enable. These plate-shaped elements are often made of wood, pressboard, multi-component fiber materials, gypsum or plastics and must comply with the applicable regulations for the construction sector, for example in terms of resistance to breakage and fire protection.
The common materials for the production of the acoustic elements are virtually exclusively opaque and the number and arrangement of holes and / or slots and the use of the often fibrous insulation materials restricts architects and builders in the design freedom considerably. On the one hand, the architecture requires open spaces and increased use of hard building materials such as exposed concrete and glass for sound absorbers which reduce the reverberation time without breaking through clear and transparent building structures. There is therefore a need for transparent or at least translucent acoustic elements that are not inferior to the known in terms of functionality and practicability.
DE4 315 759 describes, for example, that conventional passive sound absorbers using porous or fibrous material to convert airborne sound vibrations by friction on their finely structured surface structure as open as possible (passive absorber) or so-called reactive absorber in which by resonating of films, plates or membranes the sound energy is removed in a relatively broad frequency band to replace by sound absorbers of mechanically and chemically highly resistant ceramic materials, which are also transparent.
The absorbers proposed in DE4 315 759 consist exclusively of one or more completely transparent plates, which are hardly excitable by airborne sound waves. They are enabled by a multitude of very small continuous holes in their space-facing surface in conjunction with a cavity arranged behind them for the absorption of incident sound waves in a wide frequency range in the audible range. The use of such microperforated plates in front of a soundproof boundary for sound absorption has been described by D.-Y. Maa already 1975 in Scientia Sinica 18, H. 1, P. 55 to 71 described. It is disclosed in DE4 315 759 that the holes can be made by means of a drill, laser or plasma welding machine.
There are plane-parallel, provided as directly as possible in front of the reflective glass components retrofitted sound absorbers that do not affect the architectural design. For rooms with predominant voice performances, these flat, transparent absorbers have an absorptivity of greater than 0.5 at 500 Hz near 1, especially for vertically incident sound waves in the frequency range between f = 125 and 1250 Hz. Highly resistant plastics as well as glass are proposed as ideal building materials for such sound absorbers, but also acrylic glass (crystal clear or colored) in the interior area. It is stated that it is possible to develop quite astonishingly broadband sound absorbers if plates of this material are applied in a thickness between approximately t = 2 and 12 mm with a distance between D = 25 and 100 mm in front of the glass component.
You do not need any porous or fibrous materials, but only relatively small holes with diameters d from 0.4 to 0.8 mm. In multilayer constructions, according to patent application DE 4 312 886, resonance absorbers can be built up in this way, which absorb more than 80% of the entire frequency range of interest on one and the same absorber surface. Until now, a sophisticated technology for microperforating is missing for glass components.
The requirements of transparent absorbers in rooms, together with the reduction of the reverberation time, the incombustibility, the scratch resistance, the mechanical strength and safety against injury from broken glass. Although safety glasses are known, the drilling of a large number of very small through holes, in the order of about 40 000 holes or more per m2 and a diameter of 0.2 to 0.8 mm is technically and above all economically in such glasses so far not available. Glass as an amorphous solid is particularly susceptible to stress cracking, which is particularly susceptible to rapid drilling or cutting through a 2 to 12 mm thick plate. The safety requirements due to chemical or thermal tempering of the glasses or through laminated safety glass remain unresolved.
In the unpublished application EP 07 405 023.8 of the applicant are described methods for creating micro-perforations and micro-slots by means of abrasive water jet technology in glass plates. These methods make it possible to apply holes with a diameter of 0.2 to 0.8 mm in glass sheets on systems with a plurality of nozzle heads by means of abrasive water jet technology. A process control has been developed which minimizes the risk of destruction of the glass sheets to be perforated at the beginning of the perforation process.
It has been recognized that a) even a small risk per hole in creating 40,000 continuous microholes results in an enormous scrap rate and is not economically viable and b) process safety in a forced stop-and-go operation with such a high number c) the drilling times in this "stop and go" operation are considerably too long with all methods known today to perforate larger glass components within a reasonable time.
Since when drilling through laminated glass with internal plastic membrane of the water jet at the transition from the glass to the elastic plastic membrane is momentarily out of focus and thereby unwanted cavities in the boundary region of the glass layers to plastic arise, which in turn lead to unwanted optical effects and opacities, in EP 07 405,023.8 proposed to slit or cut the glasses after successful piercing by means of the abrasive jet of water with greatly reduced risk of destruction. The unwanted cavity formation in the area of the plastic film in the case of laminated glass does not remain after cutting after cutting and the width of the micro-slits can be reduced to 0.1 mm, in contrast to the diameter of the holes.
Instead of the multiplicity of holes or microperforations, a significantly reduced number of slots are made in the glass.
The advantages of such a micro-slotted sound absorber in glass are that the turbulence and friction of the air in the micro slot, with arranged behind variable cavity and high-fidelity limitation by any variation of the slot length and slot width and by the arbitrary arrangement of the micro-slots in the surface manufacturing technology can be increased or decreased extremely efficiently. The sound energy is converted into heat energy in adjustable frequency ranges and the reverberation time is reduced over a wide frequency range. The required open area in the glass, to the extent of approximately 0.8 to 3.0% of the sound area, can be produced by suitable cutting processes with sufficient process reliability and with a 10 times shorter machining time compared to bores.
The risk of microcracks can be reduced by controlled slitting as opposed to microhole drilling. By an obvious reduction, the "stop and go" losses, the productivity can be substantially increased.
For the acoustic elements applies in the interior area with people stay the requirement of fragmentation freedom. Mounting microholes or micro-slits with an open area of over 1% directly in support glass panels often causes chipping and shells in the glass, so that the support glass can not be used as ESG or VSG. The multitude of small micro-holes and narrow micro-slots with an open area of more than 1% also makes the carrier glass unstable statically. Nowadays large-scale acoustic elements are in demand in architecture, where the formats of 1 m <2> are exceeded, the carrier glasses must be correspondingly large format. As a result, glasses provided directly with microperforations or micro-slits become uneconomical.
The processes in direct carrier glass processing are unmanageable due to the large number of micro-interventions and the expected failure considerably. It is therefore already proposed in EP 07 405 023.8 that in certain embodiments, rondelle-like, micro-slit components are inserted into corresponding openings cut into a base plate. It is proposed to provide the cut-out circular disks or roundels in a separate machining process from the outer periphery with micro-slots, so that a central web is formed, which carries the teeth of two combs. These comb discs are then inserted back into the base glass pane, respectively glued. They can also be used with separate holders releasably or firmly in the respective openings.
The resulting rondelles when creating the receiving openings can also be discarded, so that in the openings comb discs from separate production can be used. The creation of the receiving openings does not have to be done with a micro-cutting process, but can be done with conventional methods with sufficient tolerance. The receiving openings can even be attached during the production of the glass panes. The edges of the receiving openings need not be sharp, unlike the edges of the micro slots.
In EP 07 405 023.8 is also disclosed that two-part glass bricks are used to increase the mechanical stability and in particular when using glass panes of safety glass. The base plates made of glass are provided as described above with larger holes / receiving openings and equipped with prefabricated micro-slit glass inserts. The active in the absorption inserts can according to EP 07 405 023.8 in other preferred embodiments of the invention in different strengths of glass, but also from other materials such as art glass, other plastics or metal. As already mentioned, the micro-slit inserts are fitted with inserts, holders or adhesions into the receiving openings of the base glass plate.
Although these non-glass inserts can also be produced using abrasive water jet technology, they can also be produced using other known cutting or punching methods, in contrast to glass.
In particular, in the embodiments in which the absorption inserts are held by means of inserts or holders in the receiving openings, the risk of injury and the risk of breakage is reduced to a minimum, since the holding force can be adapted to the stability of the absorption insert. If someone hits or pushes against the insert, it will be released from the base plate before it breaks. This advantage is especially useful for inserts made of glass.
It is the object of the present invention to provide alternative components for sound absorbers and methods for producing the same, which make it possible to produce such products efficiently in larger quantities and dimensions and do not have the disadvantages mentioned above. It is a further object of the invention to provide acoustic elements which have excellent sound-absorbing properties, meet all safety requirements in the construction sector, if desired at least partially translucent (translucent) or partially transparent (translucent) and can be produced quickly and economically with reasonable technical effort are and avoid other disadvantages of the known acoustic elements.
This object is achieved according to the invention by the acoustic elements according to claim 1 and the manufacturing method according to claim 13, advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
The acoustic elements according to the invention can be optimized for a wide variety of absorption requirements and at the same time fulfill the requirement of at least partial transparency or translucency. According to preferred embodiments, the acoustic elements according to the invention, in particular the absorbers of the acoustic elements, are designed such that they are particularly well suited in the speech range from 125 Hz to 1250 Hz. The new acoustic elements comprise at least one support element with at least one, preferably a plurality of recess which receive respectively decoupled sound-absorbing absorber. In order to achieve the desired transparency and / or translucency, the support element is made of glass or art glass, preferably made of flat glass, float glass, mirror glass, laminated safety glass, toughened safety glass or special glass.
In the recess, the acoustically active absorber are used, respectively, according to further embodiments arranged in front of these. The area occupied by the at least one recess in the support element depends on the type and construction of the absorber. It has been found that for a first group of absorbers comprising microperforations, micro-slots, micro-gaps or a combination thereof, the proportion in the support element is about 10 to 60%, advantageously 20 to 50%, based on the total surface area of the acoustic elements should.
If the absorption effect of the absorbers is based on passive absorption materials such as nonwoven products, ie fibrous woven or nonwoven materials, or open-cell foams or expanded building materials, then the acoustically effective area, that is to say the openings which have broken open in the carrier glass plate and are equipped with absorbers Area advantageously between 3 to 60%, preferably between 5 to 20%.
While the foregoing absorbers based on microperforations, microslits and microcolumns are characterized by number, dimensioning and effective open area resulting therefrom, the absorbers based on fibrous, porous or expanded materials are characterized by flow resistance.
This second group of absorbers can have a wide variety of length-specific flow resistances. By adjusting the thickness of the material, the effective flow resistance can be set, which is usefully made according to the achieved specific flow resistance (according to EN 29 053). Preferably, these passive absorbers have a specific flow resistance of 500 to 3000 Pa * s / m.
The acoustically absorbent inserts or absorbers of various non-glass materials such as metal, plastic, wood, membranes, woven and nonwoven fabrics, open cell foams or expanded building materials and / or combinations thereof may be used as decoupled inserts in glass support members, Transparency and absorption as well as absorption and aesthetics unite. The absorbers can be used natural or dyed.
Unlike glass absorbers, non-glass absorbers can be provided with microperforations or micro-slits made by known methods such as drilling, milling, punching, needling or lasers. These methods can be achieved high open areas, and thus a high acoustic absorption at low manufacturing costs.
It has been found that the open area of the acoustically effective microperforation, micro-slots or micro-gaps plays an essential role in the absorption performance. With the adaptation of the corresponding parameters of smaller slot widths and more open area, it became apparent that with the water jet method these specifications can not be achieved or can only be achieved by means of complex additional operations.
For a broadband micro-slotted absorber slot widths of less than 0.3 mm are required and at the same time the open area must be increased to over 3% to the base of the acoustic element. As an unexpected alternative method of abrasive water jet cutting, slurry wire sawing has been demonstrated. With this method, the slot widths compared to the abrasive water jet cutting can be massively reduced and it can achieve slot widths of 0.1 to 0.3 mm. The economically interesting slurry wire sawing process for such dimensions is known from wafer cutting in the semiconductor industry. With this method, not only very narrow slits of up to 0.1 mm can be sawed, but also narrow webs of less than 2 mm in width can be produced without these breaking during sawing.
The required performance can be achieved by stacking several glass plates in succession into blocks and simultaneously sawing several blocks.
For this slurry wire sawing process, machines and equipment, for example for silicon wafer fabrication, are available on the market. By appropriate application adjustments, combed glass inserts can be sawed such that this method can meet the requirements for the efficient production of decoupled inserts with a high density of fine slots, so that the cost of machine investment and, above all, the operating costs of the consumables wire and Separating fluid are justified. The so sawn filigree decoupled elements must first be glued and stabilized for insertion into the carrier glass on three sides, preferably with glass rods.
As an alternative method for producing acoustically active absorber elements is now proposed to build absorber elements with micro-columns of individual thin glass rods. The individual rods are preferably rectangular or polygonal and are assembled at intervals of, for example, 0.2 mm into an element and preferably glued, so that micro gaps of 0.2 mm are formed. With a rod width of, for example, 1.8 mm and a distance of 0.2 mm between the rods, absorbers with an open micro-gap area of 10% based on the surface of the absorber element can be produced. It has been shown that the column width should be between 0.1 and 0.8 mm. Broader columns show only very unsatisfactory absorption performances. Preferably, the gap widths are 1.5 to 3 mm.
The thickness of the rods, and thus the width of the webs, should be chosen between 1 and 8 mm, advantageously between 1.5 and 3 mm. In preferred embodiments, it is selected at 1.8 mm.
From 100 glass rods with a rectangular cross-section and a size of 1.8 mm * 4 mm * 200 mm, which are available on the market, for example, absorber elements in the size of 200 * 200 mm with 99 micro-columns of 0.2 mm width economically efficient produce.
The efficient production of fine glass rods can be done by means of glass scratches and breaking or other known methods such as drawing, pressing or casting. It is essential that the glass surfaces without shells and chipping and preferably remain mirror-like. In the format of the finished glass elements, a frame construction made of glass or art glass is glued so that the fine glass rods receive additional stability, for example through a profile frame. The gluing of the glass rods with gaps, which correspond to the required slot width, is largely fully automatic, by means of a mounting robot.
The clam-free glass rods are preferably chemically or thermally cured after calibration, so that these, like the glass carrier plates, meet the passive safety requirements in public and private spaces without splintering. Furthermore, an increase in impact resistance, flexural strength and scratch resistance is achieved. The advantages of this construction method over microperforation or microslot methods are transparent inserts without edge surface haze, higher strength of the hardened rods, and increased passive safety of the absorber inserts.
The support elements can, as already mentioned above, be produced in various forms, but usually they are formed as plate-shaped components with an approximately plan first surface. In preferred embodiments, the support elements are carrier glass plates made of flat glass or special glass in thicknesses between 2 and 12 mm, which are provided with recesses for receiving the absorber. The recesses are preferably cut or milled into the glass plates and then, if necessary, touched, ground and / or polished, so that they can be easily seked and further processed as needed to toughened safety glass or laminated safety glass.
The erupted surfaces may be distributed regularly or irregularly on the glass carrier surface. The order of magnitude of the areas broken out correlates with the required open area of the absorber elements and with the ratio to the total area. The erupted area to the entire first surface of the carrier glass plate is again between 10% and 60%, advantageously between 20% and 50%. Depending on the application, the glass plate as a carrier element can have different length and width dimensions as well as different glass thicknesses.
The carrier glass can be used in a frame or frameless with appropriate fasteners at the installation site. The inventive acoustic elements can be structurally joined together to form walls, ceilings or cassette elements and can be flat or curved. Support glass as well as preferably glued acoustically effective glass absorber can be colored, etched, foiled or coated.
The absorbers may be distributed homogeneously or irregularly on the surface of the support elements and be formed with round, triangular, quadrangular or polygonal, regular or irregular polygonal, rectangular, square or other like base. By maintaining a sufficient edge distance, the absorber can be placed in virtually any arrangement in the support element. The area occupied by the absorbers in the transparent or translucent support elements is limited to an upper limit of about 60% by the requirement of light transmission and the strength load or the breaking resistance of the acoustic elements. The lower limit, on the other hand, is determined by the absorption power in the frequency range to be absorbed.
In order to achieve particularly good absorption performance in a wide frequency range, for example in the speech range from 125 Hz to 1250 Hz, according to the first embodiments of the invention, absorbers are used in which the acoustically effective open surface is formed by microperforations, micro-slots, micro-gaps or a combination thereof is, wherein this acoustically effective open area corresponds to 1 to 12%, preferably 7 to 12%, particularly preferably 10% of the total area of a first surface of the absorber. It is possible to combine both different absorption elements with microperforation, micro-slots or micro-gaps in a support element, or microperforations, micro-slits and / or micro-gaps can be combined within an absorber.
Both microperforations, micro-slots and micro-gaps can be used with different diameters and / or widths in the same or in different absorbers. The widths can also be varied within a micro-slot or within a micro-column.
The absorbers can be produced as single elements or as sandwich constructions with or without nonwoven material. All these combination possibilities make it possible to widen the bandwidth of effectively absorbed sound frequencies. It has been shown in experiments that different slot and gap widths and different hole diameters and single elements or sandwich constructions have absorption maxima in different widths in different frequency ranges. For example, in addition to single-layer multilayer glass structures with micro-gaps, they are joined together to form sandwich constructions. Such a multilayer construction creates additional resonators which enhance absorption and broaden the frequency range. This results in a total broadband absorber.
According to preferred embodiments, the absorbers are produced slot-free. In the non-glass materials, absorbers with microperforations or absorbers with acoustically active fibrous woven or non-woven materials, open-cell foams or expanded building materials have proved to be particularly advantageous in the production. In the case of absorbers made of glass materials, it has proved to be advantageous, particularly with regard to production, to use absorbers with microcolumns, which are likewise slot-free.
The sandwich structures are like the single-layer absorber in the recesses of the carrier material, in particular the carrier glass, arranged flush or superimposed, in particular glued or non-positively and / or positively held.
In order for the above-described acoustic elements with single-layer absorbers, in particular the plate-like elements, to function, their assembly is required at a distance from a reverberant rear wall. The acoustic elements according to the present invention are mainly used for use as attachment elements or for installation in cassettes. When used as facing shells or attachment elements, the acoustic elements are mounted at a distance of 5 to 350 mm, preferably at a distance of 10 to 100 mm, spaced from ceilings, walls, windows, doors and / or other reverberant surfaces.
In structural variants for the production of cassettes, cylinders, cuboids and profiles, they are mounted in front of a correspondingly designed rear wall or can be used, for example, as free-standing acoustic elements or room dividers.
Brief description of the figures
Based on figures, which represent only embodiments, the invention will be explained below. Show it
<Tb> FIG. 1 <sep> is a plan view of a first surface of an acoustic element according to an embodiment of the invention with eight rectangular microperforated absorbers,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a partial view of a first surface of an acoustic element according to a further embodiment of the invention in a corner region with circular microperforated absorbers,
<Tb> FIG. 3a <sep> is a partial perspective view of a first surface of a corner region of an acoustic element according to a further embodiment of the invention with square microperforated absorbers,
<Tb> FIG. 3b <sep> is a side view of the acoustic element according to FIG. 3a, in which the absorber is shown in dashed lines over the support element and the recess,
<Tb> FIG. 3c <sep> is a cross section through an acoustic element according to FIG. 3a with inserted absorber according to an embodiment of the invention in sandwich construction,
<Tb> FIG. 4 <sep> is a cross section through an acoustic element according to FIG. 3a with absorbers inserted according to a further embodiment of the invention as a single element, FIG.
<Tb> FIG. 5a <sep> is a partial perspective view of a first surface of a corner region of an acoustic element according to another embodiment of the invention with circular holes in the support element and overlying arranged square absorbers with micro-columns,
<Tb> FIG. 5c <sep> is a side view of the acoustic element according to FIG. 5a, in which the absorber is drawn over the support element and the recess is indicated by dashed lines;
<Tb> FIG. 5b <sep> a cross section through an acoustic element according to FIG. 5a with inserted absorber according to an embodiment of the invention as a single element,
<Tb> FIG. 6a <sep> is a partial view of a corner region of a first surface of a rod-shaped absorber with micro-gaps according to the invention,
<Tb> FIG. 6b <sep> is a perspective view of a first end region of a single rod of an absorber according to FIG. 6a, FIG.
<Tb> FIG. 7 5 is a partial view of a corner region of a first surface of a rod-shaped absorber with micro-gaps according to a further embodiment of the invention, FIG.
<Tb> FIG. 8th 5 is a partial view of a corner region of a first surface of a rod-shaped absorber with micro-gaps according to a further embodiment of the invention, FIG.
<Tb> FIG. 9a <sep> is a diagram of the absorption performance of a sound-absorbing acoustic element according to an embodiment of the invention with two absorption maxima, and
<Tb> FIG. 9b <sep> is a diagram of the absorption performance of a sound-absorbing acoustic element according to another embodiment of the invention with a broad absorption maximum.
In Fig. 1 is a plan view of a first surface 7 of a rectangular acoustic element 1 according to an embodiment of the invention roughly sketched. Recesses for eight rectangular microperforated absorber 2 in a support element 2 are dimensioned so that the absorber 3 used occupy about 40% of the surface of the acoustic element. The arrangement of the absorber 3 within the carrier element 2 is essentially freely selectable, but for reasons of stability, it is advisable to provide a sufficiently wide web area to the edges of the support element 2 and between the individual absorbers 3.
2, a corner region of an acoustic element 4 is shown according to a further embodiment of the invention, in which the absorber 6 are formed as a circular inserts.
On the construction of a first embodiment of the invention acoustic elements will be gone in the following with reference to FIGS. 3a to 3ce. 3a shows a perspective partial view of a first surface 11 of a corner region of an acoustic element 8 according to a further embodiment of the invention, in which square microperforated absorbers 9 are inserted into corresponding receiving openings of a carrier glass pane 10. FIG. 3b shows a side view of a partial area of the acoustic element 8 according to FIG. 3a. An absorber 9 is detached from the support element 10 and shown in the carrier glass pane via a recess 12 indicated by dashed lines. The thickness dT of the carrier glass pane 10 essentially corresponds to the thickness dA of the square absorber element.
From the cross-section of the carrier glass 10 with inserted absorber 9, shown in FIG. 3 c, it becomes clear that the absorber element 9, which is of sandwiched construction, can be inserted flush into the carrier glass 10. A first microperforated plate 13 terminates flush with the first surface 11 of the carrier glass 10 and the corresponding second microperforated plate 15 forms a flush fit to the rear surface 17 of the support plate 10. The rectangular in cross section absorber 9 are enclosed with four side walls 14, so that they can be easily used as compact cuboidal units in the correspondingly formed recesses 12 and glued 16 can be there.
The sandwich-like structure of the absorber element 9 shown in FIG. 3 with cavities 19 formed by webs 18 between two microperforated plates 13, 15 is essentially described in EP 07 405 185.5 and need not be further explained here. The two microperforated plates are interspersed with a plurality of acoustically effective microholes having a diameter of about 0.35 mm, so that they have an acoustically effective open area of 7% with respect to the entire first surface 20 of the microperforated plate 13.
In the carrier glass plate 10 according to the embodiment shown in Fig. 3, the area ratio of the recesses 12 adds up to about 44% of the surface of the first surface of the carrier glass, so that the acoustically effective open area of microperforation of the microperforated plate 13 in the absorber 9 a share of about 3.1% based on the entire first surface 11, 20 of the acoustic element 8 makes. Since carrier glass plate 10 and absorber 9 are constructed symmetrically with regard to their first and second surfaces, the acoustic element with a thickness dT of 12 mm and a dimensioning of 1.4 m * 1 m can be used, for example, as a room divider.
According to a preferred embodiment, the first 13 and the second microperforated plate 15 are provided with different microperforations, which have different absorption maxima in the sound absorption, as shown in Fig. 9a, which will be discussed in more detail below.
4, it is indicated that in the square recesses of the carrier glass plate 10 also suitable simple absorber 21 with only one microperforated plate 22 can be flush-mounted to the first surface 11. The support structure of the microperforated plate 22 consists for example of a pressboard plate 23, which is interrupted by a plurality of regularly arranged circular cylindrical cavities 23. Since the absorption element 21 has a microperforated plate 25 with a single type of uniform microholes, the corresponding absorption maximum of the absorber 21 has only a maximum, as shown in FIG. 9b, which will be discussed in more detail below.
Now, further advantageous absorbers according to the present invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 5 to 8, in which the acoustically effective structures are produced by means of the construction of micro-gaps. FIG. 5 a shows a partial perspective view of a first surface 32 of a corner region of an acoustic element 25 according to a further embodiment of the invention with circular holes 28 in the support element 27. The absorbers 26 for insertion into the circular receiving openings have substantially square absorber plates 30 with a plurality of micro-columns 31 supported by a retaining ring 29.
When inserting the absorber 26 in the support plate 27, as shown in Fig. 5b, the retaining ring completely sunk in the recess of the carrier glass pane 27 until the absorber plate 30 rests on the first surface 32 of the carrier glass. The square absorber plate 30 with the plurality of micro-gaps 31 is in turn preferably stabilized by a support structure 33 with a plurality of cavities 34 lying in the absorber. FIGS. 5b and 5c in particular show that the absorber plate 30 not only covers or overlays the recess 28, but also portions of the first surface 32 of the carrier glass 27 in peripheral regions.
Although the proportions of the micro-slots, which come to rest directly on the carrier glass plate in these overlapping regions, have hardly any acoustic absorption performance, in view of the enormously increased design possibilities, such superimposed embodiments are nevertheless interesting. Although in FIG. 5b, in turn, an absorber glued into the receiving opening with the retaining ring 29 is shown, it can be easily understood that the absorbers can generally also be inserted into the receiving openings by means of clamping holders.
The structure of a micro-slotted absorber element according to an embodiment of FIG. 5 is outlined in Fig. 6a. In the partial view of a corner region of a first surface 35 it is shown how a corresponding number of micro-gaps 31 are formed between the rods 36 by a plurality of spaced-apart sticks 36. The rectangular cross-section rods 36 are, for example, 200 mm long and have a square cross-section of 20 * 20 mm in the end regions 38. In the middle region 37, a 0.2 mm deep groove is ground on one side, so that the micro-gaps 31 result with appropriate alignment of the rods by gluing the end regions 38.
The end regions are only a few mm long, so that the illustrated absorber plate with a gap width of 0.2 mm has an acoustically effective open area of approximately 10% with respect to the first surface. The central areas can also be provided with two or more grooves, so that the 1.8 mm wide webs 37 form two or more micro-gaps and are supported between these two or more times.
In Figs. 7 and 8 further embodiments of absorbers are shown with micro-columns, in which rectangular in cross-section rods 39 with a height of 2.0 mm and a width of 1.8 mm to absorber plates with an area of 200 * 200 mm, 0.2 mm wide micro-columns 31 and an acoustically effective open area of about 10% are constructed.
In the absorber element according to FIG. 7, the rods 39 are glued to one another at the end regions with a special adhesive 42, which contains spherical spacers of 0.2 mm in diameter, to form a plate-shaped absorber element. The spacer elements ensure that the sticks 39 can not approach more than the desired micro gap width of 0.2 mm during bonding. The narrow tolerance ranges with which the spacer elements can be produced, ensure that the gap widths also vary only within a narrow range and the absorption capacity of the absorber plates can be set precisely defined. The spacers are preferably made from materials that neither swell in the adhesive, nor show shrinkage during curing or drying of the adhesive.
In the absorber plate 41, as shown in Fig. 8, the rods 39, which do not differ in dimensioning from those of the previous example, are inserted with their end portions in a comb 44, which has a plurality of teeth 45 having a width of 0.2 mm and thus dictates the width of the micro gaps 31 to be created. The rods 39 can be glued or clamped directly into the comb 44. In this way, 100 sticks are combined to form an absorber plate, this again has an area of 200 x 200 mm and 99 micro gaps with a width of 0.2 mm, resulting in an acoustically effective area of approximately 10% relative to the first surface of the Add absorber plate.
The mass, which are given in the embodiments of the absorber plates with microcolumns, should allow the comparison of these plates and do not give the impression that can be produced by the methods described only plates with the specified masses. On the contrary, the production methods described allow the person skilled in the art a great deal of freedom in the dimensioning and adjustment of the absorber power of the absorber plates. It will be understood that the plates can be used alone in single as well as in twos or in several composite sandwich elements. According to preferred embodiments, these absorber plates are constructed from glass rods and replace the procedurally complex process for micro-slitting or micro-perforation of glass plates.
In order to additionally stabilize the absorber plates with the preferably clarified glass rods, for example, the rods are stabilized and secured at the end regions on the front side or circumferentially with frame elements.
In order to achieve high open areas and thus good sound absorption values over wide frequency ranges despite narrow microcolumns, very narrow gaps with widths in the range of 0.05 to 0.3 mm, preferably 0.2 mm have proven to be advantageous. The narrow column widths of less than 0.3 mm can be achieved according to further advantageous embodiments of the invention by additive methods, such as the offset superimposition of two inserts with gap widths of more than 0.3 mm.
If absorbers are constructed with wider gaps according to the inventive method, the column width can be reduced in subsequent process steps, for example by immersion in clearcoat.
In the diagram of FIG. 9a, this plots the absorption power alpha (y-axis) against the frequency (x-axis) in the range from 62.5 to 4000 Hz. The very broad absorption spectrum of an absorber sandwiched from two absorber plates with microcolumns has two absorption maxima. The columns of the first absorber plate with a thickness of 1 mm are 0.2 mm wide and have a resonance length (as a Helmholtz resonator) of 12 mm. They form an acoustically effective open area of 10% in the absorber plate. The columns of the second, 5 mm thick absorber plate are also 0.2 mm wide, have a resonance length of 45 mm and form in the second absorber plate an acoustically effective open area of 10%. The bars are each 1.8 mm wide. The two absorption maxima are at about 1000 and 3500 Hz.
In Fig. 9b is for comparison, an absorption spectrum of a simply constructed absorber with a 5 mm thick absorber plate with 1.8 mm wide bars and 0.2 mm wide micro gaps with a resonance length of 40 mm, ie the distance from the reverberant rear wall is 40 mm. The measured acoustic element has an acoustically effective open area of 5% and absorbs with a broad absorption spectrum whose maximum lies in the region of about 800 Hz at 1.
In view of the above-disclosed technical teaching of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that there are enormous variations in material selection and engineering variants, and particularly in the nature of the absorber.
The inventive absorption elements allow the manufacturer a maximum of creative freedom. Both the type of absorber as well as their arrangement, as well as the shape and design of the absorber inserts can be varied within wide ranges.
According to other embodiments, not shown in the figures, the transparent and / or translucent absorber are combined with lighting means to produce additional light effects in addition to the sound absorption. Glass absorber inserts are ideally suited to set lighting accents in the acoustic element in combination with LEDs, light guides or other light sources. The bulbs can be mounted such that they do not adversely affect the absorber performance.
List of reference numbers
[0053]
<Tb> 1 <Sep> acoustic element
<Tb> 2 <Sep> carrying element
<Tb> 3 <Sep> absorber
<Tb> 4 <Sep> acoustic element
<Tb> 5 <Sep> carrying element
<Tb> 6 <Sep> absorber
<Tb> 7 <sep> first surface
<Tb> 8 <Sep> acoustic element
<Tb> 9 <Sep> absorber
<Tb> 10 <Sep> carrier glass
<Tb> 11 <sep> first surface
<Tb> 12 <Sep> recess
<Tb> 13 <sep> Microperforated plate
<Tb> 14 <Sep> sidewall
<T b> 15 <sep> Microperforated plate
<Tb> 16 <Sep> bonding
<Tb> 17 <sep> second surface
<Tb> 18 <Sep> Steg
<Tb> 19 <Sep> cavity
<Tb of> 20 <sep> first surface
<Tb> 21 <Sep> absorber
<Tb> 22 <sep> microperforated plate
<Tb> 23 <Sep> Plate
<Tb> 24 <Sep> cavity
<Tb> 25 <Sep> acoustic element
<T b> 26 <Sep> absorber
<Tb> 27 <Sep> support plate
<Tb> 28 <Sep> recess
<Tb> 29 <Sep> retaining ring
<Tb> 30 <Sep> absorber plate
<Tb> 31 <Sep> Micro column
<Tb> 32 <sep> first surface
<Tb> 33 <Sep> support structure
<Tb> 34 <Sep> cavity
<Tb> 35 <sep> first surface
<Tb> 36 <Sep> Chopsticks
<Tb> 37 <Sep> Central Area
<Tb> 38 <Sep> end
<Tb> 39 <Sep> Chopsticks
<Tb> 40 <Sep> absorber plate
<Tb> 41 <Sep> absorber plate
<Tb> 42 <Sep> adhesive
<Tb> 43 <Sep> Distance particles
<Tb> 44 <Sep> comb
<Tb> 45 <Sep> Teeth