Die Bedeutung der Dämpfung für das Bauwesen

Die stetige Veränderung von Umwelteinflüssen stellt das Bauwesen vor immer neue Herausforderungen. Der Bereich der Baudynamik setzt sich dabei in seiner Fortentwicklung mit Erschütterungen und Lärmproblemen auseinander. In diesem Zusammenhang kommen unerwünschte Schwingung und Schallwellen zum Tragen, die ein geeignetes Dämpfungsmaterial isolieren kann. Aus diesem Grund spricht der Fachmann im Rahmen der Dämpfung auch von Schwingungskontrolle. Wie genau der Mechanismus bei der Dämpfung funktioniert, und welches Werkzeugmaterial das Bauwesen einsetzt, erfahren Sie hier.

Was versteht das Bauwesen unter Dämpfung?

Feste Medien, die Schwingungen ausgesetzt sind, brauchen eine geeignete Dämpfung für eine Reduktion dieser Schwingungen. Der Vorgang der Dämpfung selbst erfolgt über einen Energieaustausch zwischen der Bewegungsenergie und der potentiellen Energie. Dabei bestimmt der Verlustfaktor der Dämpfungsfähigkeit des Materials den Erfolg der Schwingungsreduktion. Und damit auch den Grad der Sicherung von Infrastrukturen und Gebäuden. Der Verlust der mechanischen Energie erklärt sich durch den Mechanismus der Dämpfung, wobei sich der Verlustfaktor nach dem Verhältnis zwischen der im System verbleibenden Energie und der zerstreuten Energie bestimmt. Das heißt: Ist der Verlustfaktor hoch, ist auch die Energieabfuhr besser. Das System arbeitet demnach im Rahmen einer Wechselbeziehung von zwei Energieformen.

Die Effektivität der Dämpfung hängt von der Leistung des jeweiligen Materials und dem Dämpfungsvolumen des Isoliersystems ab. Danach bestimmt sich auch der maximale Durchlässigkeitsgrad. Insgesamt bestimmen diese drei Eigenschaften die dynamische Durchlässigkeit:

  • Masse
  • Steifigkeit
  • Dämpfung (bestimmt den Energieverlust)

Während die Steifigkeit und die Masse messbar sind, gestaltet sich die Messbarkeit der Dämpfung als schwieriger.

Welche Materialien setzt das Bauwesen für die Dämpfung ein?

Gummi als Dämpfer

Im Vergleich zu anderen Baustoffen verfügt Gummi über besondere Eigenschaften. Weil Gummi ein elastisches Material ist, kann es sich dehnen. In manchen Fällen liegt der Dehnungsgrad bei mehr als 1000 Prozent. Im Gegensatz dazu weisen Metalle aufgrund ihrer Struktur nur kleine Dehnungswerte auf. Zwar ist die Zugfähigkeit von Gummi gering, die große Dehnungsfähigkeit und die damit verbundene große Arbeitsaufnahme fängt dieses Defizit aber wieder auf. Die Arbeitsaufnahme von Gummi liegt sogar höher als die der besten Stähle.

Gummi zeigt im Vergleich zu Metallen bei Druck und Zug eine Verformung, die nicht-linear elastisch ist. Das heißt: Verformung und Spannung liegen nicht in derselben Linie. Das gilt normalerweise für den Fall, wenn eine Fließgrenze überschritten ist. Dabei beschreibt die Fließgrenze eine mechanische Spannung. Unterhalb der Fließgrenze bleibt das Material kalt und elastisch. Oberhalb der Fließgrenze kann es zu plastischen Verformungen kommen, die irreversibel sind. Weil Gummi aber keine Fließgrenze besitzt, steigt das Modul bis zum Bruch an. Darüber hinaus ist Gummi in etwa 100.000 mal weicher als Stahl.

Neben der elastischen Verformbarkeit von Gummi zeichnet sich das Material durch die besonders hohe Dämpfungsfähigkeit aus. Aus diesem Grund arbeitet das Bauwesen oftmals mit Gummifeder-Elementen als Dämpfer. Je nach Härte des Gummis bewegt sich der direkte Energieverlust bei Belastungen zwischen 6 und 30 Prozent. Der Verlustfaktor hier liegt niedriger als der von Kork. Dennoch gilt Gummi mit diesen Werten als effektiver Dämpfer.

Obwohl der Mechanismus aus einer Wechselbeziehung von zwei Energieformen besteht, kann als Konsequenz einer Belastung noch eine dritte Energieform hinzutreten: Wärme. An diesem Punkt kann sich der Einsatz von Gummi als Dämpfer als nachteilig erweisen. Liegt die Belastung des Gummielementes zu hoch, wandelt sich die Energie in Wärme um. Starke Schwingungsbelastungen klingen im Gummi sehr schnell ab. Im Vergleich dazu hat Stahl einen Vorteil. Hier nehmen Schwingungen nur sehr langsam ab.

Obwohl bei der Dämpfung im Gummielement hinsichtlich zu starker Schwingungsbelastungen Vorsicht geboten ist, zählt das Material zu den besten Schalldämmstoffen. Dabei steigt mit der Dicke des Gummis auch die Wirkung der Schalldämmung. Der Körperschall eines festen Mediums kann zum Beispiel in

  • Fußböden
  • Fundamenten
  • oder Gebäuden entstehen.

Im Vergleich zu anderen Dämpfern verfügt Gummi über Beständigkeit, weil der Stoff weder rosten kann noch ist das Material anfällig für gewöhnlich vorkommende Säuren oder feuchte Luft. Bei der Verwendung beachtet das Bauwesen regelmäßig den Einsatz im Rahmen möglicher Temperaturschwankungen. Kautschuk darf bei einer Höchsttemperatur von +75 Grad Celsius noch eingesetzt werden. Fallen die Temperaturen auf -40 Grad Celsius verhärtet sich der Stoff und die Elastizität ist nicht mehr gegeben.

Kork als Dämpfer

Kork als Dämpfungsmaterial weist einen höheren Verlustfaktor auf als Gummi. Daraus ergibt sich die entsprechende Energieabfuhr. Kork verfügt über eine zelluläre, geschlossen Struktur. Die Eigenschaft der Federung dieses Materials ist auf die Entspannung der darin eingeschlossenen Luft und der Verdichtung zurückzuführen. Die Federwege von reinem Kork sind aber im Vergleich zu Gummi oder Stahl kleiner. Aus diesem Grund wird das Material unter Verwendung von spezifischen Polymerverbunden eingesetzt. Der Verbundstoff Kork-Polymer, oder auch Cork-Polymer-Composites (CPC). Das Anwendungsspektrum ist weit. Im Rahmen der mechanischen Wirkung kann das Material als fester oder flexibler Verbund eingesetzt werden. Im Bauwesen fungiert CPC daher als hervorragender Schwingungs- und Schalldämpfer.

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