Vorgehensweise für die Verbesserung des Schalldämm-Maßes eines Mauersteins z.B. Hochlochziegels

Am 3 D–Modell eines Mauersteins wird zunächst eine Berechnung (Simulation) des Schalldurchgangs bei diffusem Schallfeld durchgeführt.Die Scherbenrohdichte und der E-Modul werden an herausgeschnittenen Stegen am Einzelstein ermittelt. Nach Simulation der Ausgangssituation können Veränderungen am virtuellen Lochbild durchgeführt werden. Auf dieser Grundlage können Verbesserungsvorschläge für ein schallschutztechnisch optimiertes Lochbild erfolgen. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Einfluss von Scherbenrohdichte und E-Modul auf das schalltechnische Verhalten des Steins zu untersuchen. Auf Wunsch kann zusätzlich der Einfluss auf die äquivalente Wärmeleitfähigkeit durch Veränderung des Lochbildes oder des Werkstoffes berücksichtigt werden. Die Vorgehensweise zur schallschutz-technischen Optimierung eines Baustoffes/ Mauersteins (z.B. Hochlochziegel) ist in Bild 5 dargestellt. Das Verfahren ist auf alle Baustoffe mit Lochbildgeometrie anwendbar.

Bild 5:Vorgehensweise für die Verbesserung desSchalldämm-Maßes eines Mauersteins

u.a. E-Modul, RohdichteCAD-Modell

Einfluss

Simulation

Lochbild-Variation

Erhöhung Schalldämm-Maß

Forschung im Energie Campus NürnbergSchallschutz-Berechnung von Mauersteinen,u.a. Ziegeln und anderen Wandbaustoffen

Energie Campus NürnbergTeilprojekt: BUILDING – Energieeffiziente Werkstoffe / Altbausanierung Koordinator: Prof. Dr. W. Krcmar

Kontakt:

Georg-Simon-Ohm-Hochschule NürnbergFakultät Werkstofftechnik

Prof. Dr. W. KrcmarHohfederstraße 4090489 NürnbergTel.: 0911 / 5880-1173Fax: 0911 / 5880-5177Email:wolfgang.krcmar@ohm-hochschule.dewww.encn-building.de

Dipl.-Ing. (FH) B. HintzHohfederstraße 4090489 NürnbergTel.: 0911 / 5880-1761Fax: 0911 / 5880-5177Email:barbara.hintz@ohm-hochschule.dewww.encn-building.de

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Die Modalanalyse erfolgt über eine Finite Elemente Simulation des Probekörpers (Einzelstein) unter Berücksichtigung von u.a. Rohdichte und E-Modul. Nach der Modalanalyse kann der Schalldurchgang basierend auf diesen Ergebnissen berechnet werden. Hierbei wird die Probe mit einem diffusen Schallfeld in Anlehnung an die DIN EN ISO 140 mit Frequenzen im „Rosa Rauschen“ (Prüfschall) beaufschlagt. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, auch andere Frequenzen als Prüfschall zu wählen.

Bestimmung des Einzahlwertes

In der Norm ISO 717 wird ein Verfahren beschrieben, mit welchem die in Abhängigkeit von der Frequenz vorliegenden Werte der Luftschalldämmung durch eine Einzahlangabe ausgedrückt werden können. Diese Einzahlangabe (Einzahlwert) kennzeichnet die akustischen Eigenschaften eines Baustoffes. Die Ergebnisse der Simulation (blau) nach DIN ISO 140 werden mit Bezugswerten (rot) bei den Messfrequenzen im Bereich 100 Hz bis 3150 Hz für Terzbänder verglichen (Bild 4).

Bild 4: Verschiebung der Bezugskurve zur Bestimmung des Einzahlwertes bei 500 Hz

Schalldämm-Maß eines Baustoffes

Um das Schalldämm-Maß eines einzelnen Mauersteins, z.B. Ziegels bewerten zu können, ist es zunächst erforderlich, die Steifigkeit und das Anregungsverhalten zu kennen. Treffen Schallwellen auf einen Mauerstein, können diese besonders gut hindurch gelangen, wenn der Ziegel und die ganze Wand zu Schwingungen angeregt werden. Das Schalldämm-Maß eines Einzelsteins bzw. einer ganzen Wand resultiert aus dem Verhältnis der Amplitude der Schall-wechseldrücke bei Auftreffen und nach dem Durchtritt durch den Körper. Das Schalldämm-Maß ist u.a. abhängig von Geometrie, Rohdichte und E-Modul des Mauersteins. Diese spezifischen Eigenschaften müssen bei der Simulation des Schalldurchgangs berücksichtigt werden. Hierfür wird u.a. die Rohdichte und das E-Modul des Scherbenmaterials benötigt.

Messung des E-Moduls

Das Elastizitätsmodul (E-Modul) ist definiert als das Verhältnis der auf eine Probe aufgebrachten Spannung zu deren elastischer Dehnung.Eine schnelle und zerstörungsfreie Möglichkeit zur Bestimmung des E-Moduls besteht in der Messung der Schall-Laufzeit einer Ultraschall-welle im Probekörper (Bild 1). Aus der Proben-länge l und der Schall-Laufzeit t erfolgt die Berechnung des E-Moduls.

Bild 1: Messtechnische Ermittlung des E-Moduls durch Messung der Schall-Laufzeit

Die Messung des E-Moduls kann an Einzelproben oder an Stegen erfolgen. Die Stege werden für die Messung aus Mauersteinen, z.B. Ziegeln herausgeschnitten. Hierbei kann auch eine richtungsabhängige Ermittlung des E-Moduls erfolgen (Bild 2). Die Rohdichte wird am Einzelstein ermittelt.

Bild 2: Messung des E-Moduls an herausgeschnittenen Stegen

Berechnung des frequenzabhängigenSchalldämm-Maßes / Modalanalyse

Um eine Aussage über das schalltechnische Verhalten von Ziegeln treffen zu können, wird ein virtuelles Modell der Prüfeinrichtung mit Sende und Empfangsraum benötigt (Bild 3). Zunächst wird zur Untersuchung der Steifigkeit der jeweiligen Geometrie eine Analyse der Eigenmoden, die sogenannte Modalanalyse durchgeführt.

Bild 3: Aufbau eines Schallprüfstandes nach DIN EN ISO 140 mit Sende- und Empfangsraum

l

Probekörper

Sender Empfänger

Laufzeit t

dB dB

Senderaum Empfangsraum

Prob

ekör

per

50 50020

30

40

50

60Simulation Bezugskurve

Frequenz [Hz]

Scha

lldäm

m-M

aß [d

B]