Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines numerischen Simulationsmodells zur Beschreibung der Schalltransmission durch verfüllte Hochlochziegel

Ressourcenknappheit und steigende Energiepreise führten in den letzten Jahrzehnten zur deutlichen Verschärfung der Anforderung an den Wärmeschutz der Gebäudehülle. Aus diesem Grund lag der Forschungsschwerpunkt lange Zeit auf der wärmetechnischen Optimierung der Hochlochziegel. Dabei wurden, für eine geringere Wärmeleitfähigkeit, geringere Rohdichten, dünnere Stege und wärmetechnisch optimierte Lochbilder der Hochlochziegel realisiert. Dies führte zu einer geringeren flächenbezogenen Masse und demnach zur Verschlechterung der Schalldämmung des Hochlochziegels. Da Ziegelwerke überwiegend zu den kleinen und mittleren Unternehmen zählen, sind diese im Allgemeinen nicht in der Lage solche Grundlagenforschungen zu betreiben.

Deshalb ist das Ziel dieses Forschungsprojektes die Entwicklung eines nummerischen Simulationsmodells, mit dem schalltechnische Untersuchungen und Weiterentwicklungen des Hochlochziegels ohne eine Beeinträchtigung der guten Wärmedämmeigenschaften möglich sein werden. So könnten in der Zukunft Parametervariationen mit Hilfe des numerischen Simulationsmodells effizient und kostengünstig durchgeführt werden. In diesem Forschungsprojekt werden die Schallübertragung durch Ziegel und der Einfluss der Lochbildstruktur mit Füllstoffen und des Scherbengefüges im Detail erforscht. Die Entwicklung und Berechnung des numerischen Simulationsmodells soll mit der FEM durchgeführt werden. Dabei sollen aktuelle FEM-Modelle als Grundlage herangezogen und erweitert werden. Zunächst sollen akustische Untersuchungen an einzelnen verfüllten Hochlochziegeln und anschließend an Ziegeln im Steinverband durchgeführt werden. Dabei werden richtungsabhängige Materialeigenschaften der Hochlochziegel und der Füllung ermittelt und anschließend im 3D-Simulationsmodell implementiert. Um das FEM-Simulationsmodell zu validieren, werden die Ziegel und die Ziegel im Verband mit Hilfe experimenteller Modalanalyse untersucht und mit den Ergebnissen aus der FEM-Simulation gegenübergestellt.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die steigenden Anforderungen an den Wärmeschutz wurde der Forschungsschwerpunkt lange Zeit auf die wärmedämmenden Eigenschaften des Hochlochziegels gelegt. Diese Entwicklung führte zu geringeren Rohdichten sowie filigranen Geometrien der Hochlochziegel und dadurch zu einer Reduzierung der flächenbezogenen Masse und schließlich zu einer Verschlechterung der Schalldämmung. Neben der geringen Masse beeinflusst die Geometrie der Lochung der Hochlochziegel ebenfalls das Schalldämm-Maß der gesamten Wand. Für die Beurteilung der Schalldämmung von Bauteilen aus Hochlochziegeln werden in der Praxis überwiegend messtechnische Untersuchungen eingesetzt. Diese Untersuchungen führen zu einem hohen Zeit- als auch Kostenaufwand. Hierbei entsteht insbesondere für die KMU ein erheblicher zeitlicher Aufwand und eine nicht zu unterschätzende finanzielle Belastung. Insbesondere bei der Entwicklung neuer Geometrien ist eine Herstellung dieser Hochlochziegel erforderlich. Dagegen können numerische Simulationen bereits im frühen Entwicklungsprozess, noch vor der Herstellung von Prototypen, als leistungsfähiges Werkzeug im Bereich der Forschung und Entwicklung eingesetzt werden. Hinzukommend kann bei der Entwicklung neuer Lochgeometrien, für die Verbesserung der Schalldämmung, unmittelbar der Einfluss auf die Wärmedämmung des Hochlochziegels numerisch überprüft werden. Somit kann der Schallschutz des Hochlochziegels bestenfalls ohne eine starke Reduzierung des Wärmeschutzes optimiert werden. Aus diesem Grund wurde in diesem Forschungsvorhaben ein numerisches Modell zur Beschreibung der Schalltransmission durch eine Wand aus Hochlochziegeln entwickelt. Dadurch wird sowohl der finanzielle als auch der zeitliche Aufwand enorm reduziert. Dies spart insbesondere bei der Weiter- oder Neuentwicklung von Hochlochziegeln kosten- und zeitintensive bauakustische Messungen ein, was die KMU entlastet und in ihre Wettbewerbsfähigkeit fördert.