Eine Trennwand ist nicht nur ein raumtrennendes Bauteil – sie ist in erster Linie eine Brandschutzbarriere und eine akustische Schutzmaßnahme. Die Notwendigkeit, Installationsleitungen durch Trennbauteile zu führen, stellt jedoch ein erhebliches ingenieurtechnisches Problem dar: Jede Öffnung bildet einen kritischen Punkt, der einerseits die Brandausbreitung begünstigt und andererseits die Schalldämmung des Bauteils beeinträchtigt.
In der vorliegenden Fallstudie analysieren wir die Implementierung einer Lösung für ein Unternehmen aus der Baubranche: einen Hersteller von Kabeldurchführungssystemen. Unsere Aufgabe bestand darin, eine Technologie zu entwickeln, die nicht nur die Schalldämpfung verbessert, sondern vor allem die volle Funktionsfähigkeit der Durchführung gewährleistet – einschließlich der Möglichkeit zur unbegrenzten Rekonfiguration von Leitungen – bei einer Baulänge von maximal 50 mm.
Projekteckdaten
- Auftraggeber: Anbieter spezialisierter Systemlösungen für Brandschutzdurchführungen in der Baubranche.
- Herausforderung: Wirkungsvolle Schallsperre in einer Installationsdurchführung, die eine einfache Umverlegung und spätere Wartung von Leitungen ermöglichen muss.
- Maßgebendes Limit: Baulänge des Elements maximal 50 mm.
- Ergebnis: Schallpegelminderung von mehr als 15 dB in den maßgebenden Terzbändern bei vollerhaltener Funktionsfähigkeit der Durchführung (Leitungsumverlegung jederzeit möglich). In akustischer Hinsicht wurde das Schalldämmmaß einer massiven, ungestörten Wand erreicht – als wäre die Montageöffnung nicht vorhanden.
Auftraggeber:
Anbieter spezialisierter Systemlösungen für Brandschutzdurchführungen (Bauindustrie).
Herausforderung:
Effektive Schalldämmung in der Durchführung – bei vollem Wartungs- und Rekonfigurationszugang.
Maßgebendes Limit:
Baulänge des Elements maximal 50 mm.
Ergebnis:
Über 15 dB Schallpegelminderung – bei vollerhaltener Funktionsfähigkeit der Durchführung.
Hochbau und Raumakustik: Dichtigkeit an Installationsdurchführungen
Die Herausforderung im Bauwesen entsteht aus einem grundlegenden Zielkonflikt: Wie lässt sich eine hohe Feuerwiderstandsklasse eines Trennbauteils aufrechterhalten, während gleichzeitig volle Funktionsfähigkeit und Flexibilität bei der Leitungsführung gewährleistet werden?
Sowohl bei den spezialisierten Produkten unseres Auftraggebers als auch im allgemeinen Hochbau bilden Kabeldurchführungen einen kritischen Punkt. Jede zur Leitungsführung erforderliche Öffnung im Trennbauteil birgt das Risiko der Brandausbreitung und mindert die Schalldämmung.
Die akustischen Auswirkungen auf Wohn- und Nutzräume sind bei solchen Anwendungen unmittelbar und gravierend. Schall überwindet die Öffnung nahezu ungedämpft, was zu folgenden Konsequenzen führt:
- Erhöhung des Schalldruckpegels in angrenzenden Räumen,
- Verschlechterung des Arbeits- und Nutzungskomforts,
- Verlust der akustischen Eigenschaften des gesamten Trennbauteils – selbst wenn die Wand selbst hohe Schalldämmwerte aufweist, verliert sie diese, sobald eine akustisch undichte Durchführung in ihrem Aufbau vorhanden ist.
Aufgabenstellung des Auftraggebers: Schallpegelminderung bei gleichzeitig leichtem Wartungszugang
Unser Auftraggeber ist in der Baubranche tätig und spezialisiert sich auf die Lieferung von Systemlösungen für Brandschutzdurchführungen in Wänden. Solche Durchführungen sind unerlässlich, um Installationsleitungen auf möglichst kurzem Weg zwischen Räumen zu führen.
Der marktübliche Standard zur Abdichtung solcher Durchführungen sind dauerhaft elastische Brandschutzdichtmassen. Obwohl diese bei der Verhinderung der Brandausbreitung wirksam sind und die Schalldämmung verbessern, bringen sie bestimmte Einschränkungen mit sich, die der Auftraggeber bei seinem neuen Produkt überwinden wollte:
- Einmalige Lösung: Nach dem Aushärten erschwert oder verhindert die Dichtmasse eine schnelle Umverlegung von Leitungen, ohne das Dichtungssystem teilweise zu zerstören.
- Hohe Applikationsgenauigkeit erforderlich: Fehler beim Auftragen führen zu Undichtigkeiten.
- Nachlassende Elastizität im Laufe der Zeit: Besonders an Stellen, die Mikrobewegungen des Bauteils oder Temperaturschwankungen ausgesetzt sind – was im Bauwesen üblich ist.
- Kein Wartungszugang: Brandschutzdichtmassen scheiden aus, wo die Durchführung für die Umverlegung von Leitungen dauerhaft zugänglich bleiben muss.
Der Auftraggeber suchte nach einer Lösung, die die Schalldämmung der Kabeldurchführung verbessert (die Schallübertragung zwischen Räumen begrenzt) und gleichzeitig das Öffnen und einfache Umkonfigurieren ermöglicht – etwa bei Wartungsarbeiten oder beim Austausch von Leitungen.
Er begann mit der Entwicklung eines neuen Produkts: einer rekonfigurierbaren Kabeldurchführung, die sich während der Leitungsverlegung öffnen und danach unter Beibehaltung der erforderlichen Feuerwiderstandsklasse wieder schließen lässt.
Zur weiteren Herausforderung wurde die Entwicklung einer Lösung, die die Schalldämpfung in der geöffneten Durchführung verbessert, ohne dabei die maximale Baulänge von 50 mm zu überschreiten und ohne den Leitungsquerschnitt oder die Funktionsfähigkeit des Moduls einzuschränken.
Diese Vorgabe schied konventionelle akustische Verfahren aus:
- Klassische Absorptionsschalldämpfer zeichnen sich durch großes Bauvolumen und hohe Masse aus.
- Herkömmliche poröse Materialien (Schaumstoff, Mineralwolle) bieten bei geringer flächenbezogener Masse und begrenzter Baulänge keine ausreichende Wirksamkeit – da diese vorrangig von der flächenbezogenen Masse und dem Strömungswiderstand abhängt, nicht von der Geometrie.
Gefordert war eine Lösung, die nicht auf Masse, sondern auf einer präzise ausgelegten Geometrie basiert, die in der offenen Konstruktion eine zusätzliche Dämpfung erzeugt.
Ablauf und eingesetzte Lösung: Von der Diagnose zur Umsetzung
Um den Schalldämmverlust an der Kabeldurchführung wirkungsvoll zu beheben, führten wir einen vollständigen Forschungsprozess durch, der Labormessungen, die Entwicklung eines geometrischen Dämpfermodells sowie numerische und experimentelle Validierung umfasste.
Schritt 1: Problemdiagnose und Labormessungen
Nach Erhalt des Durchführungsmodells vom Auftraggeber und Festlegung der Anforderungen begannen wir mit akustischen Messungen. Die Untersuchungen erfolgten an einem Laborprüfstand zur Messung der Schalldämmung und des Einsetzdämpfungsmaßes im diffusen Schallfeld. Dies ist die anspruchsvollste Prüfumgebung für Trennbauteile, da die Schallwelle unter beliebigen Einfallswinkeln auf das Bauteil trifft (Abb. 1).
Im ersten Schritt führten wir eine Messreihe zur Schallübertragungsdämpfung und zum Einsetzdämpfungsmaß für drei Szenarien durch:
- Massive, ungestörte Wand (Referenz),
- Wand mit ausgeschnittener Öffnung,
- Wand mit montierter rekonfigurierbarer Kabeldurchführung.
Auswertung: Die Ergebnisanalyse ergab einen breitbandigen Schalldämmverlust nach dem Einbau der Öffnung und der Durchführung. Der stärkste Rückgang der Schalldämmwerte wurde in den Terzbändern 1000 Hz und 1250 Hz festgestellt (Abb. 2). Dieser Frequenzbereich bildete den Schwerpunkt der weiteren Arbeit.
Schritt 2: Wahl der Technologie – Geometrie statt Masse
Auf Basis der Messergebnisse entwickelten wir ein numerisches Modell des s|TWIST|-Schalldämpfers und passten seine geometrischen Parameter an die maßgebenden Terzbänder an.
Die Beschränkung der Dämpferbaulänge auf lediglich 49 mm bei gleichzeitiger Beibehaltung der offenen Konstruktion schloss klassische schallabsorbierende Lösungen endgültig aus. Deren Wirksamkeit wäre bei dieser geringen Baulänge unzureichend, da sie vorrangig von der flächenbezogenen Masse und dem Strömungswiderstand abhängt, nicht von der Geometrie.
Der s|TWIST|-Schalldämpfer ermöglichte hingegen eine hohe Schalldämpfung durch kontrollierte Innengeometrie – ohne Mehrgewicht oder zusätzliche Baulänge.
Schritt 3: Umsetzung und Validierung
Nach Festlegung der Dämpferabmessungen fertigten wir einen Prototyp im 3D-Druckverfahren an (Geometriekonzept s. Abb. 3). Anschließend wurde das Einsetzdämpfungsmaß (Insertion Loss, IL) für die Durchführung mit und ohne Schalldämpfer gemessen, um die Wirksamkeit unter realen Bedingungen zu überprüfen.
Eine repräsentative Schalldruckpegelverteilung aus den numerischen Simulationen vor und hinter dem Dämpfer für die Frequenz 1000 Hz ist in Abb. 4 dargestellt.
Messbare Ergebnisse: Mehr als 15 dB Schalldämmgewinn – Schalldämmmaß entspricht massiver Wand
Die Wirksamkeit der s|TWIST|-Lösung in so kompakter Bauform war für das Projekt des Auftraggebers wegweisend. Experimentelle Messungen und numerische Simulationen bestätigten die Zielerreichung eindeutig:
- Schalldämmgewinn von ca. 15 dB: In den als problematisch identifizierten Terzbändern (1000 Hz und 1250 Hz) erzielte der eingesetzte Dämpfer eine Verringerung des durch die Öffnung übertragenen Schalldruckpegels um 15 dB (Abb. 5).
- Wiederherstellung des Schalldämmmaßes auf dem Niveau einer massiven Wand: Die erzielte Dämpfung kompensiert den Schalldämmverlust vollständig. In der Praxis bedeutet dies, dass das Schalldämmmaß des Trennbauteils dem einer ungestörten, massiven Wand entspricht.
- Erhaltene Funktionsfähigkeit und Rekonfigurierbarkeit der Durchführung: Dieses Ergebnis wurde bei einer Baulänge von lediglich 49 mm erzielt, ohne negativen Einfluss auf die Möglichkeit zur Leitungsumverlegung.
- Skalierbarkeit der s|TWIST|-Geometrie auf weitere Frequenzbereiche – auch unterhalb von 1000 Hz.
Praxisrelevanz der Ergebnisse:
Der Einsatz des s|TWIST|-Schalldämpfers ermöglichte es dem Auftraggeber, ein Produkt auf den Markt zu bringen, das die geforderte Feuerwiderstandsklasse einhält, volle Rekonfigurierbarkeit und Wartungszugang bietet und – vor allem – den Schalldruckpegel auf Werte senkt, die einer massiven Wand entsprechen. Damit wird der Nutzerkomfort vollständig gewährleistet und die Übertragung störenden Lärms ausgeschlossen.
Zentrale Erkenntnisse: Geometrisch ausgelegte Schalldämpfer als neuer Standard für akustisch dichte Trennbauteile
Der Auftraggeber aus der Baubranche stand vor einem Dilemma: Wie lassen sich voller Wartungszugang und Rekonfigurierbarkeit der Installation gewährleisten, ohne die Schalldämmung des Trennbauteils zu opfern?
Diese Fallstudie belegt, dass selbst bei extremen Baulängenbeschränkungen (unter 50 mm) eine präzise ausgelegte s|TWIST|-Geometrie eine dicke Lage herkömmlichen Dämmmaterials ersetzen kann.
Entscheidend ist dabei: Die Lösung ist skalierbar – die s|TWIST|-Geometrie lässt sich je nach Anwendungsfall auf weitere Frequenzbereiche anpassen.
Das erzielte Ergebnis – das Schalldämmmaß einer Konstruktion mit Kabeldurchführung und s|TWIST|-Schalldämpfer entspricht dem einer massiven Wand – eliminiert das Risiko von Beschwerden durch Nachbarn, stellt die Normkonformität sicher und steigert den Gebrauchswert des Produkts, bei gleichzeitiger vollständiger Einhaltung der geforderten Brand- (EI) und Schallschutzklassen.
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