Polyurethan Geschäumtes Polyurethan schützt Industriebauten und Gebäude vor Lärm und Erschütterung

Vor Lärm und Erschütterungen schützt geschäumtes Polyurethan. Es schluckt nur Geräusche, federt Schwingungen ab, und es ist auch robust, kompressibel und langlebig. Der Dämmwerkstoff ist daher als Bahnware für die Bauindustrie prädestiniert. Wesentlich dafür ist die Veränderung des Dämm- und Isolierverhaltens. Einflüsse wie Zellstruktur und Bahndicken sind bei der Herstellung leicht anpassbar.

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Arbeits- und Lebenswelt rücken immer näher zusammen. Das dichtgedrängte Nebeneinander von Industrie, Gewerbe, Wohnbebauung und Verkehr bringt eine Vielzahl von Problemen mit sich. Zum Beispiel werden immer höhere Anforderungen an die Schall- und Schwingungsisolierung gestellt.

Nur so ist die störungsfreie Nachbarschaft eines produzierenden Betriebs zu einem Wohnhaus möglich, kann ein Hotel in bester Citylage auch in der Nähe der Stadtbahn entstehen. Einen ebenso wirksamen wie wirtschaftlichen Werkstoff zur Schwingungsisolierung und Körperschallentkopplung liefert die moderne Kunststoffindustrie: Polyurethan, kurz PUR.

Polyurethan ist nicht nur extrem widerstands- und strapazierfähig, langlebig und vielseitig, er ist auch in seiner isolierenden Wirkung kaum zu übertreffen. Denn in geschäumtem Polyurethan ist die Feder bereits eingebaut: Kleinste, geschlossene Luftblasen machen diesen Werkstoff sowohl bei statischer als auch bei dynamischer Beanspruchung volumenkompressibel und unempfindlich gegen kurzzeitige Lastspitzen.

Dank der Gasfedern kehrt die Polymerstruktur des Polyurethans auch nach vorübergehend extremer Beanspruchung nahezu vollständig in die Ausgangslage zurück. Das unterscheidet diesen Werkstoff von nicht zelligen Elastomeren wie Kautschuk, bei denen die Federsteifigkeit ausschließlich von der Shorehärte und ihrer Form – beispielsweise von Rillen oder Noppen – abhängt. Polyurethanschäume sind daher auch für vollflächige Baulager in Ortbetonbauweise geeignet.

Polyurethan bietet hohe Dämmwirkung mit einfacher Technik

Ein weiterer Vorteil des Polyurethans: Unter dynamischer Wechselbelastung wird ein Teil der mechanischen Energie in Wärme umgewandelt. So kann bei geeigneter Auslegung und Gestaltung der Elastomerfedern auf zusätzliche, aufwändige Dämpfungselemente verzichtet werden. Die Gefahr einer Resonanzkatastrophe, wie sie vor allem beim Einsatz von Stahlfedern auftreten kann, wird deutlich reduziert.

Dabei sind Polyurethanschäume als druck- oder schubbelastbare Federung vielseitig verwendbar – ob als Aktivisolatoren unmittelbar am Schwingungserreger oder als Passivisolatoren am zu schützenden Objekt. Immer dann, wenn Schwingungen und Körperschall extrem gut isoliert werden sollen, kommen sie zum Einsatz: im Hochbau und in der Industrie genauso wie im Schienen- und Straßenbau, im Tunnel- und Brückenbau (Bilder 1 und 2).

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Polyurethan-Dämpfung

Lüftungsanlagen, Aufzugmotoren, Pumpen, Notstromaggregate und Blockheizkraftwerke, aber auch Treppenläufe und Podeste können mit Hilfe von Polyurethanschäumen wirkungsvoll schall- und schwingungsisoliert werden. Zusätzlich zur Schwingungsdämpfung unter Maschinenfundamenten ist die Passivisolierung von hochempfindlichen Laborgeräten beziehungsweise von ganzen Laborräumen ein weiterer Anwendungsbereich.

Unter hochbelasteten Böden, zum Beispiel in Lagern oder Fertigungsbetrieben, werden Polyurethanschäume zur Schallisolierung ebenso eingesetzt wie unter dem Hubschrauberlandeplatz auf dem Dach eines Klinikums. Die isolierte Lagerung eines Whirlpools im oberen Stockwerk eines Hotels sichert allen Gästen Ruhe und Entspannung.

Dort, wo eine Rundum-Schallisolierung gefordert ist, beispielsweise in Kinos, Konzertsälen, Discotheken oder Tonstudios, sind auch Raum-in-Raum-Konstruktionen möglich. Je nach Bedarf erfolgt eine punkt-, streifenförmige oder vollflächige Lagerung.

Komplette Gebäude auf Polyurethan betoniert

Zum Schutz gegen Bodenschwingungen können sogar ganze Gebäude auf diesem vielseitigen Werkstoff gelagert werden – eine Technik, die sich die Planer eines Wohn- und Geschäftsgebäudes in Berlin-Lichterfelde am Kranoldplatz zu Nutze machten (Bild 3). Dort sollten nicht nur die Erschütterungen der etwa 20 m entfernt verlaufenden S-Bahn geschluckt werden; vorsorglich wurde das Projekt so geplant, dass auch eine mögliche Wiederaufnahme des ICE-Verkehrs auf einem nur 5 m entfernten Gleis die Wohnqualität nicht mindern würde.

Das Vorhaben musste natürlich auch den hohen Anforderungen der DIN-Norm 4109 „Schallschutz im Hochbau“ sowie der DIN-Norm 4150 „Erschütterungen im Bauwesen“ genügen. Baulich leicht umzusetzen war die Dämmung gegen den Außenlärm, so die Ingenieure der Kötter Consulting Engineers KG, Rheine.

Polyurethan-Herstellung als Bahnware lässt viele Anwendungen zu

Für den Erschütterungsschutz jedoch wurde eine kostengünstigere Alternative zu den üblicherweise verwendeten Stahlfedern gesucht – und in der Elastomerfederung gefunden. Auf der üblichen Sauberkeitsschicht wurden Polyurethanbahnen aus dem Werkstoff Dipoelast (Dichte 300 bis 680 kg/m³ nach DIN EN ISO 845) des Herstellers Schaffer Purformtechnik, Diepholz, verlegt.

Darüber kam anschließend das Fundament. Seitlich am Gebäude wurden PUR-Platten überall dort angebracht, wo sich das Haus unter der Erdoberfläche befindet. Sie führten schließlich zur vollständigen Entkopplung des Gebäudes von der Umgebung.

Hergestellt werden die Schäume zumeist als Bahnenware mit unterschiedlichem Raumgewicht (typische Rohdichte 150 bis 1000 kg/m³) so-wie verschiedenen Dämpfungseigenschaften (Belastung von etwa 1 bis 200 t/m²). Die Auswahl der verschiedenen Typen ist lastenabhängig. Die Kombination verschiedener Bahndicken sowie die durch Sonderfertigung angepasste Dichte und Vernetzung lassen nahezu alle Belastungsfälle zu.

Ausgefeilte Techniken für Polyurethan-Einsatz im Schienenbau

Die Werkstoffanpassung erfolgt – nach einer systematischen Analyse der Störquellen – über das Raumgewicht und die Dicke der Werkstoffbahn sowie über die gewählte Auflagefläche. Ausgefeilte Techniken im Einsatz von Polyurethanschäumen zur Schwingungsisolierung wurden besonders im Schienenbau entwickelt. So erhöhen Zwischenlagen, die unter dem Schienenfuß montiert werden, die Elastizität des Schotteroberbaus. Dadurch wird dieser nicht nur geschont, sondern auch der Fahrkomfort erhöht.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau von Polyurethan-Zwischenplatten zwischen Rippen- und Betontragplatte bei festen Fahrbahn-Systemen. Schwingungen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten werden somit verringert. Außerdem sind Unterschottermatten gebräuchlich. Auch sie erhöhen die Fahrbahn-Elastizität, schonen die Gleisanlage und reduzieren hörbar Schall und Erschütterungen.

Ein weiterer Vorteil: Die Platten sind nicht nur leicht zu verlegen, sie können auch mit schwerem Baugerät befahren werden. Andere Anwendungsbereiche sind Schwellenlager und Einlageplatten für Schwellenschuhe.

Masse-Feder-Systeme aus Polyurethan

Überall dort, wo die Anwohner einer Bahnstrecke wirkungsvoll vor Lärm und Erschütterungen geschützt werden sollen, hat sich der Einsatz von Masse-Feder-Systemen bewährt. Der Gleiskörper kann durch Verwendung von Boden- und Seitenmatten aus Polyurethan komplett von seiner Umgebung entkoppelt werden.

Die belgische Verkehrsgesellschaft DE Lijn entschied sich beispielsweise beim Bau einer 1360 m langen, zweispurigen Straßenbahnstrecke in Gent für diese Technik. Auswahlkriterien waren nicht nur die gewünschte Schall- und Schwingungsisolierung, sondern auch eine einfache Montage und die Langlebigkeit von PUR-Komponenten.

Planung und Ausführung übernahm das belgische Unternehmen CDM. Nach einer eingehenden Prüfung der Anforderungen wurden horizontal und vertikal Polyurethanplatten aus dem Werkstoff Dipoelast verlegt. Gewählt wurde ein PUR-Werkstoff mit geringer Dichte, der speziell für diese Baumaßnahme angefertigt wurde.

Temperaturbelastung des Polyurethansbei der Auslegung beachten

Geeignet sind Polyurethan-Schäume für Gebrauchstemperaturen von etwa –30 bis 70 °C. Temperaturbedingte Änderungen des statischen und dynamischen Elastizitätsmoduls bei um 20 °C abweichender Temperatur sind bei der Auslegung zu berücksichtigen.

Polyurethan-Schäume sind normal entflammbar (Brandklasse B2 nach DIN 4102). Im Brandfall entstehen jedoch keine korrosiv wirkenden Rauchgase, sondern Gase, die denen bei der Verbrennung von Holz oder Wolle ähneln.

Geschäumtes Polyurethan ist beständig gegen Wasser, Beton, Öl und Fett sowie verdünnte Säuren und Laugen. Eine Sonderform stellen die so genannten Integralschäume dar: Sie haben eine geschlossene, dicke Außenhaut und einen zelligen Kern. Ihre Dichte nimmt somit von außen nach innen hin ab.

All diese Eigenschaften machen Polyurethanschäume zu einem wichtigen Werkstoff für die Bauindustrie. Hervorragende Federeigenschaften, vielseitige Verwendungsmöglichkeiten, Langlebigkeit, einfache Verarbeitung und nicht zuletzt Wirtschaftlichkeit helfen, zeitgemäße und individuelle Lösungen zur Körperschallentkopplung und Schwingungsisolierung umzusetzen.

Andreas Klein ist Abteilungsleiter Dipoelast bei der Schaffer Purformtechnik GmbH & Co. KG in 49356 Diepholz.

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