Forschung im Energie Campus Nürnberg

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 schallschutztechnischen Optimierung eines Baustoffes/
Mauersteins (z.B. Hochlochziegel) ist in Bild 5
dargestellt. Das Verfahren ist auf alle Baustoffe mit
Lochbildgeometrie anwendbar.
CAD-Modell
u.a. E-Modul,
Rohdichte
Simulation
Einfluss
Lochbild-Variation
Erhöhung Schalldämm-Maß
Bild 5:
Vorgehensweise für die Verbesserung des
Schalldämm-Maßes eines Mauersteins
Kontakt:
Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg
Fakultät Werkstofftechnik
Prof. Dr. W. Krcmar
Hohfederstraße 40
90489 Nürnberg
Tel.: 0911 / 5880-1173
Fax: 0911 / 5880-5177
Email:
[email protected]
www.encn-building.de
Forschung im Energie Campus Nürnberg
Schallschutz-Berechnung von Mauersteinen,
u.a. Ziegeln und anderen Wandbaustoffen
Dipl.-Ing. (FH) B. Hintz
Hohfederstraße 40
90489 Nürnberg
Tel.: 0911 / 5880-1761
Fax: 0911 / 5880-5177
Email:
[email protected]
www.encn-building.de
Wenn Sie die schallschutztechnischen
Eigenschaften Ihres Baustoffs verbessern wollen,
dann nehmen Sie bitte Kontakt zu uns auf.
Wir freuen uns auf eine erfolgreiche
Zusammenarbeit.
Energie Campus Nürnberg
Teilprojekt: BUILDING – Energieeffiziente
Werkstoffe / Altbausanierung
Koordinator: Prof. Dr. W. Krcmar
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 Ultraschallwelle im Probekörper (Bild 1). Aus der Probenlänge l und der Schall-Laufzeit t erfolgt die
Berechnung des E-Moduls.
Sender
l
Empfänger
Probekörper
Laufzeit t
Bild 1: Messtechnische Ermittlung des E-Moduls
durch Messung der Schall-Laufzeit
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
Bild 2: Messung des E-Moduls an
herausgeschnittenen Stegen
Berechnung des frequenzabhängigen
Schalldämm-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.
Senderaum
Empfangsraum
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).
Simulation
Bezugskurve
60
Schalldämm-Maß [dB]
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 Schallwechseldrücke bei Auftreffen und nach dem
Durchtritt durch den Körper. Das SchalldämmMaß 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.
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.
Probekörper
Schalldämm-Maß eines Baustoffes
50
40
30
20
50
500
Frequenz [Hz]
Bild 4: Verschiebung der Bezugskurve zur Bestimmung
des Einzahlwertes bei 500 Hz
Bild 3: Aufbau eines Schallprüfstandes nach DIN EN
ISO 140 mit Sende- und Empfangsraum