Projekte Technischer Schallschutz

Akustische Gestaltung der Mikrostruktur granularer Schallabsorber

© Fraunhofer IBP

Zylindrisches Granulat zum Aufbau schallabsorbierender Modellsubstanzen

Offenzellig-poröse Materialien sind als Schallabsorber allgegenwärtig. Die maßgeblichen Dämpfungsmechanismen finden bei der Ausbreitung des Schalls im luftgefüllten Porenvolumen statt, sie hängen damit praktisch nur von der Porengeometrie ab. Akustisch geeignete Porendurchmesser bewegen sich dabei im Bereich von 100 Mikrometern. Wird diese Mikrostruktur gezielt gestaltet, lass sich leistungsfähigere Materialien aufbauen als die üblichen Faservliese und regelmäßigen Weichschäume. Hierzu wurde ein Optimierungsverfahren mittels Computersimulation eingesetzt, das bei der Entwicklung von Filtermedien bereits gut eingeführt ist. Anhand von Geometriemodellen werden Strömungs- und Diffusionsvorgänge berechnet, aus denen Eingangsdaten für klassische Absorbermodelle gewonnen werden.

Als Geometriemodell können segmentierte Computertomografien unmittelbar verwendet werden. Zielführender sind jedoch parametriesierte Modelle, die mit strukturgenerierenden Programmen erzeugt werden und Korrelationen zu Herstellungsparametern eines Materialsystems erlauben, wie beispielsweise Korngrößenverteilung und Bindemittelanteil. Ein wesentlicher Teil der Arbeit hat sich bislang mit der Einführung des Verfahrens beschäftigt: Anhand von Modellsubstanzen wurden geometrische Größen aus Bildanalysen gewonnen, akustische Größen gemessen und anschließend über die Simulation nachvollzogen. Dazu dienten lose Schüttungen aus gut definierten, nicht porösen Granulaten, wie etwa Glaskugeln oder zylindrisches Strahlmittel.

Für zwei Systeme konnten wesentliche Aussagen gewonnen werden: für lose Schüttungen massiver Granulate und für dünnschichtige Lagen aus granuliertem Akustikputz für Unterdecken. Bei den Schüttungen sind die Einflüsse wie Korngrößenverteilung, Sphärizität und Rundheit des Granulats ermittelt worden. Außerdem wurden praktische Aspekte wie veränderliche Packungsdichten systematisch untersucht, wie sie bei Setzungserscheinungen oder Vibrationen auftreten. Somit können Schüttungen mit bestimmten Absorptionsspektren gezielt aufgebaut werden, etwa mit häufig in Granulatform vorliegenden Recycling-Materialien. Bei den Akustikputzen wurde das geschichtete Gesamtsystem mit darunter liegender porosierter Trägerplatte betrachtet, mit überraschenden Ergebnissen. Die maximal erforderliche offene Porosität der Putzschicht beträgt im Gegensatz zu dickeren porösen Absorbern lediglich 40 Prozent und porosierte Zuschläge haben keine Vorteile. Im Anschluss soll nun das Potenzial von Materialien aus unterschiedlich porosierten Phasen ausgelotet werden. Dafür sind gute Absorbereigenschaften bei tiefen Frequenzen auch mir vergleichsweise dünnen Schichten zu erwarten.