Verbesserter baulicher Schallschutz durch aktive Körperschallisolation haustechnischer Anlagen

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1 F 2746 Moritz Späh, Lutz Weber, Benjamin Hanisch Verbesserter baulicher Schallschutz durch aktive Körperschallisolation haustechnischer Anlagen Fraunhofer IRB Verlag

2 F 2746 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlußberichtes einer vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung -BMVBS- im Rahmen der Forschungsinitiative»Zukunft Bau«geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder. Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt. Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur Verfügung gestellt wurde. by Fraunhofer IRB Verlag 2010 ISBN Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages. Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Telefax irb@irb.fraunhofer.de

3 IBP-Bericht B-BA 2/2010 Verbesserter baulicher Schallschutz durch aktive Körperschallisolation haustechnischer Anlagen Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung gefördert (Aktenzeichen: Z / II 2-F ) Die Verantwortung für den Inhalt des Berichts liegt bei den Autoren. Projektleiter: M. Späh Bearbeiter: M. Späh, L. Weber, B. Hanisch

4 ffitraunhsf*r räp Fraunhofer-lnstitut f ür Bauphysik IBP Forschung, Entwicklung, Demonstrarion und Beralung au' den Gebieten der Bauphysik Zulassung neuer Baustoffe, Bauteile und Bauarten Bauaufsichtlich anerkannte Stelle für Prüfung, Uberwachung und Zertifizierung I nstitutsleitung Univ.-Prof. Dr.-lng. Gerd Hauser Univ.-Prof. Dr.-lng. Klaus Sedlbauer IBP-Bericht B-BA 2/201 0 Verbesserter baulicher Schallschutz durch aktive Körperschallisolation haustechnischer Anlagen Durchgeführt im Auftrag des Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung Aktenzeichen'. Z / ll 2-F Der Bericht umfasst 137 Seiten Text 3 Tabellen '135 Bilder Dr. Moritz Späh, Dr. Lutz Weber, Benjamin Hanisch Stuttgart, 20. Juli 2010 l7lrutsleitung Abteilungsleiter Bearbeiter <-) Univ.-Prof. Dr.-lng K. Sedlbauer (!*L---- f +^ L Dr.-lng. P. Leistner Dr. M. Späh Fraunhofer-lnstitut f ür Bauphysik IBP Nobelstraße lz I tosag Stuttgart Institutsteil Holzkirchen Projektgruppe Kassel Telefon Fraunhoferstr. lo I A:OZO Valley Gottschalkstr. 2Ba Kassel Telefax Telefon Telefon Telefax Telefax

5 Inhalt 1 Einleitung Überblick über diesen Bericht 7 2 Übersicht über bestehende Literatur 7 3 Grundlagen der aktiven Körperschall-Isolation Körperschall Körperschall-Leistung Empfangsplatte Verlustfaktor Passive Körperschall-Isolation Wirkungsweise und prinzipieller Aufbau der aktiven Körperschall- Isolation Kontroll-Methode: Signal Vor- oder Rückspeisung (Feed forward oder Feedback) Steife oder flexible Bodenplatte Signal-Rückspeisung (Feedback) Passives Masse-Feder-Masse-System Masse-Feder-Masse-System mit Signal-Rückspeisung (Feedback) Masse-Feder-Masse-System mit Beschleunigungs-Rückspeisung (Feedback) Masse-Feder-Masse-System mit Auslenkungs-Rückspeisung (Feedback) Masse-Feder-Masse-System mit Schnelle-Rückspeisung (Feedback) Stabilität bei Signal-Rückspeisung (Feedback) Signal-Vorspeisung (Feedforward) Masse-Feder-Masse-System mit Kraftvorspeisung (Feed forward) Zusammenfassung 27 4 Aktive Körperschallisolierung Aufbau und Komponenten Prüfstand Akustik-Mess-System Messaufbau Komponenten des Modellaufbaus Beschreibung des Aktors Zusatzmasse für den Aktor Dynamische Eigenschaften des Aktors Elastische Zwischenlage als passive Körperschall-Isolation 33 Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-BA 2/2010 2

6 4.5.1 Beschreibung der elastischen Zwischenlage E-Modul der elastischen Zwischenlage Sensoren Anforderungen an Sensoren Piezo-elektrische Sensoren Kraft-Sensoren auf Dehnungsmessstreifen-Prinzip (DMS) Elektro-dynamische Sensoren MEMS Sensoren Zusammenfassung 41 5 Voruntersuchungen Admittanz von Quelle und Struktur Admittanz des Aktors Einfluss des Aluminium-Drahts und der Spannfutter Zusammenfassung 48 6 Aktive Körperschallisolierung - Modellmessungen Starrer Modellaufbau Signal-Rückspeisung (Feedback) Schnelle-Rückspeisung (velocity-feedback) Auslenkungs-Rückspeisung (displacement-feedback) Beschleunigungs-Rückspeisung (accleration-feedback) Kraft-Rückspeisung (force-feedback) Kraft-Vorspeisung (force-feed forward) Zusammenfassung starrer Aufbau Modellaufbau mit elastischer Zwischenlage (aktive mit passiver KSI kombiniert) Schnelle-Rückspeisung im Aufbau mit elastischer Zwischenlage Kraft-Vorspeisung im Aufbau mit elastischer Zwischenlage Zusammenfassung aktive mit passiver KSI kombiniert 65 7 Weitere Versuche am Modellaufbau Verwendung einer Zusatzmasse am Aktor Aufzeichnung eines realitätsnahen Anregesignals Kombination von aktiver und passiver KSI mit praxisnahem Anregesignal Einfügungsdämm-Maß Eingeleitete Körperschall-Leistung A-bewertete eingeleitete Körperschall-Leistung Veränderungen des Modellaufbaus zu einem realen Befestigungselement Starrer Modellaufbau ohne Aluminiumdraht und Spannfutter Aktive Körperschall-Isolierung an einem Duschwannenfuß Aktive Körperschall-Isolierung an zwei Duschwannenfüßen Untersuchungen zur Verwendung alternativer Sensoren 87 Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-BA 2/2010 3

7 7.5.1 Geophon zur Schnelle-Rückspeisung DMS-Kraftaufnehmer zur Kraft-Vorspeisung MEMS-Beschleunigungssensor zur Schnelle-Rückspeisung Zusammenfassung 94 8 Aktive Körperschallisolierung in bauähnlicher Situation Modellaufbau im Installationsprüfstand Modellaufbau mit starrer Verbindung zur Bodenplatte Modellaufbau mit elastischer Zwischenschicht zur Bodenplatte Messungen an der Duschwanne im Installationsprüfstand Duschwanne mit einem Fuß und mit elastischer Zwischenschicht zur Bodenplatte Duschwanne mit zwei Füßen und mit elastischer Zwischenschicht zur Bodenplatte Duschwanne mit vier Füßen und mit elastischer Zwischenschicht zur Bodenplatte Messungen an einer Whirlwanne aus Acryl (Hoesch) Whirlwanne aus Acryl mit einem Fuß Whirlwanne aus Acryl mit vier Füßen Messungen an einer Whirlwanne aus Stahl- (Kaldewei) Unterschiede in der Wannenkonstruktion und Folgerungen für die Wirksamkeit von aktiven Systemen Zusammenfassung Zusammenfassung Literatur Anhang 132 Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-BA 2/2010 4