Schallschutz

Stille im Haus dank „intelligenter“ Materialien

Von Rainer Hein

In Darmstadt präsentiert: die interaktive Ölwanne

11. April 2008 Schon Leonardo da Vinci hat sich Gedanken über die Entstehung des Schalls gemacht und überlegt, ob nach den gleichen Prinzipen eine Lärmquelle nicht auch einzudämmen sei. Es hat einige Jahrhunderte gedauert, bis die Wissenschaft darauf eine fundierte theoretische Antwort geben konnte – und es wird nach Ansicht von Thilo Bein vermutlich noch weitere drei bis fünf Jahre bis zu einer praktischen Antwort dauern. Dann aber könnten nach Ansicht von Bein, der beim Darmstädter Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Koordinator des umfangreichsten Forschungsvorhabens zur Lärmbekämpfung in Europa ist, eines jener aktiven Schallschutzfenster im Baumarkt zu kaufen sein, die im Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt zu besichtigen waren.

Dort wurden die Ergebnisse einer vierjährigen Forschungs- und Entwicklungsarbeit zur Lärmreduktion mit Hilfe „intelligenter“ Materialsysteme präsentiert, an der sich unter Leitung des Fraunhofer Instituts 41 Partner aus 13 Ländern beteiligten. Die Europäische Union finanzierte diese Kooperation über die vergangenen Jahre mit insgesamt 27 Millionen Euro.

Sensor misst an Scheibe Schwingung durch Außenlärm

Das Fenster der Zukunft, das im Kongresszentrum aufgebaut war, präsentiert sich nur in einer Hinsicht ungewöhnlich: auf seinem Glas kleben ein Beschleunigungssensor, der die durch den Außenlärm verursachte Schwingung der Scheibe misst, und ein Piezoplättchen, das da Vincis Theorie in die Praxis umzusetzen hilft: Es erzeugt eine Schwingung in der gleichen Tonlage, die aber der des Schalls genau entgegengesetzt ist, weshalb sich die Scheibe in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

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Das Ergebnis ist zwar nicht ein Schwingungsstillstand, aber doch eine deutliche Lärmreduzierung. Bei Frequenzen zwischen 50 und 1000 Hertz ist der Ton hinter dem Fenster nur noch halb so laut. Was das Motorgetöse von Passiergierflugzeugen angeht, eine im Rhein-Main-Gebiet ja sehr ergiebige Lärmquelle, erwarten die Experten künftig eine Lärmreduktion unterhalb 1000 Hertz von bis zu zehn Dezibel.

Innovative Dämpfungstechnik

Neben dem aktiven Schallschutzfenster waren im Kongresszentrum auch das Motorlager eines Autos, der Kompressor einer Straßenbahn-Klimaanlage oder die Ölwanne einen Volkswagens ausgestellt. Auch bei diesen Exponaten kamen intelligente Materialien zum Einsatz, die die Forscher so bezeichnen, weil sie auf ihre Umgebung aktiv reagieren. Die Ölwanne, die als eine wichtige von mehreren Lärmquellen im Auto gilt, kann durch die sogenannten Funktionsmaterialien in ihrer Vibration ebenso beeinflusst werden wie die Fensterscheibe.

Elektrisch angesteuert, leiten sie entsprechende Gegenschwingungen ein und bekämpfen damit den Schall am Ort seiner Entstehung. Auch in diesem Fall wurde die dafür notwendige Elektronik im Fraunhofer LBF entwickelt. In dem EU-Projekt konnten die Forscher des Instituts die Zuverlässigkeit der Technik an Prüfständen in Kranichstein unter realen Betriebsbedingungen testen. An dem Projekt, bei dem Bein zufolge der Einstieg in die Prototyp-Entwicklung unmittelbar bevorsteht, sind acht mittelständische Unternehmen beteiligt. Der Darmstädter Wissenschaftler, der im Institut das Geschäftsfeld Energie, Umwelt und Gesundheit leitet, ist zuversichtlich, dass durch diese neuartige Dämpfungstechnik der Verkehrslärm künftig in den Griff zu bekommen ist.

Neuartiger Lärmschutz als fertiges Produkt

Nach Abschluss des EU-Projekts wollen die Partner einzelne Projekte selbständig fortführen. Das Fraunhofer Institut hat eine weitere Förderung im Rahmen des Loewe-Programms der hessischen Landesregierung und bei der EU beantragt. Die bislang geflossenen 27 Millionen Euro betrachtet Bein als „gut angelegtes Geld“. Dadurch seien große Fortschritte in der Grundlagentechnik erreicht worden. Bei den aktiven Schallschutzfenstern sind die grundlegenden technischen Probleme tatsächlich schon gelöst. Um diesen neuartigen Lärmschutz als fertiges Produkt auf den Markt zu bringen, sind allerdings noch einige praktische Fragen zu klären, etwa die nach einem robusten Elektroanschluss. Immerhin: Deutschland und Europa liegen in dieser Technik offenbar deutlich vorne. „Wir sind hier führend und besser als die Amerikaner“, stellte Beil fest.

Neben mittelständischen Firmen sind an dem Forschungsvorhaben zur Lärmminderung auch die großen Automobilunternehmen beteiligt, zum Beispiel Renault bei der Konstruktion des „intelligenten“ Motorlagers, das die Vibrationsübertragung in die Karosserie vermindert. Noch mehr Raum wird das Fraunhofer Institut für solche Kooperationen im Spätsommer 2009 haben, wenn am Standort Kranichstein das neue „Transferzentrum Adaptronik“ eröffnet wird. Land, Bund und Institut investieren insgesamt elf Millionen Euro in diesen Bau, in dem neue Materialien und mechanische Strukturen entwickelt und erprobt werden sollen. Der effektiven Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft auf diesem Gebiet dient auch das 2007 gegründete „Technologie-Netzwerk Rhein-Main Adaptronik“, an dem elf Unternehmen aus der Region beteiligt sind.

Text: F.A.Z.
Bildmaterial: DIETER RÜCHEL

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