Aluschaum

Schalldämpfung und Schalldämmung durch Aluschäume

© Foto IFAM

Aluschaum

Ziel des Gemeinschaftsvorhabens mit dem Fraunhofer-Institut für angewandte Materialforschung (IFAM) war es, die schalldämpfende und schalldämmende Wirkung von Aluminiumschäumen zu erforschen, Modelle zur Beschreibung zu entwickeln und aufzuzeigen, auf welche Weise diese akustischen Eigenschaften verbessert bzw. gezielt eingestellt werden können. Zur Herstellung von Materialproben kamen zwei Verfahren zum Einsatz: das pulvermetallurgische Verfahren des Fraunhofer IFAM, das zu Schäumen mit überwiegend geschlossenporigen Strukturen führt (FOAMINAL®), und das gießtechnische Platzhalterverfahren, bei dem offenporige Schäume entstehen.

FOAMINAL® eignet sich in erster Linie für schalldämmende Bauteile. Dies wurde am Beispiel eines Busfußbodens näher untersucht. Eine Optimierung von mehrschichtigen Aufbauten kann sich unmittelbar anschließen, wenn entsprechend große Alu-Schaum-Platten (ca. 0.5 m²) verfügbar sind. Wesentliche Vorteile dieses Materials bestehen neben dem geringen Gewicht (ca. 0.6 g/cm³ bei ca. 80% Porosität) und der hohen Steife (ca. 2 GPa) darin, dass Alu-Schaum nicht brennt und nicht rostet. Um das Material auch für die Schallabsorption zu nutzen, beispielsweise auf der Innenseite einer Motor- oder Getriebekapselung, müssen die Poren geöffnet werden, vorzugsweise durch Walzumformung oder eventuell durch Ätzen. Hinsichtlich einer optimalen Nachbehandlung sind weitere Untersuchungen erforderlich. Gemessene Absorptionsverläufe lassen sich zwar rechnerisch nachbilden, eine Verknüpfung der Modellparameter mit der geometrischen Struktur ist aber derzeit nicht möglich, weil wesentliche Details, insbesondere die Art und Anzahl der Verbindungen zwischen den Poren, nicht bekannt sind.

Beim Platzhalterverfahren wurden diverse mögliche Platzhalter hinsichtlich Verarbeitbarkeit, thermischer und mechanischer Beständigkeit sowie der rückstandslosen Entfernung ausführlich untersucht. Nicht expandierfähiges Polystyrol erwies sich als am erfolgreichsten, um reproduzierbar offene Porositäten von ca. 60% einzustellen. Die gemessenen Strömungswiderstände schwankten zwischen 3.4 und 10 kPas/m² (Mittelwert 7.5 kPas/m²) und sind damit am unteren Ende des für Faserabsorber üblichen Bereichs (10 bis 100 kPas/m²) angesiedelt. Trotzdem erhält man im Maximum hohe Absorptionswerte um 0.8. Die Wirksamkeit von zwei Schalldämpferprototypen blieb wie zu erwarten weit hinter üblichen, mit Faserabsorbern gefüllten Schalldämpfern zurück. Durch eine ungefähre Halbierung der ursprünglichen, kommerziell erhältlichen Granulatgröße von 2 bis 3 mm (Nachgranulierung) ist es möglich, den Strömungswiderstand nahezu zu verdoppeln und das Absorptionsverhalten, das mit einem Modell von Wilson gut nachgebildet werden kann, wesentlich zu verbessern. Mit verschiedenen Salzen als Platzhalter lassen sich größere Strömungswiderstände erzielen, allerdings bereitet das vollständige Herauslösen des Platzhalters (Korrosionsgefahr!) zu große Schwierigkeiten. Untersuchungen zum Korrosionsverhalten und zur Temperaturstabilität wurden nicht durchgeführt. Die Möglichkeiten des Platzhalterverfahrens sind damit jedoch nicht erschöpft. Mit feinkörnigeren (0.5 mm), kugelförmigen Platzhaltern erscheinen höhere Strömungswiderstände und damit technisch interessante Absorber realisierbar.

Danksagung
Das Projekt wurde gefördert aus den Mitteln des BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V. (AiF). Dem BMWi, der AiF sowie dem FKM sei für die Förderung und finanzielle Unterstüzung dieses Forschungsvorhabens (BMWi /AiF Nr. 12043) gedankt.