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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer bahnförmigen Trittschalldämmung aus Polyethylen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1347118 A1 ist die Herstellung von einem flächigen, in der Regel bahn- oder plattenförmigen Dämmstoff aus geschlossenzelligem Polyethylenleichtschaum mit geringer dynamischer Steifigkeit zur Schallentkopplung von zweischaligen Bauteilen (Koppelresonanz) bekannt. Polyethylenschaum ist z. B. beschrieben in Saechtling, Kunststoff Taschenbuch, 27. Aufl., S. 375 ff. Darüber hinaus ist dort beschrieben, wie aus Polyethylen ein Polyethylenschaum hergestellt wird.
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Durch zwei- oder mehrschalige Konstruktionen lassen sich bei gleicher flächenbezogener Masse höhere Schalldämmmaße oberhalb der Resonanzfrequenz erreichen als bei gleich schweren einschaligen Konstruktionen. Neben anderen Kriterien ist eine möglichst geringe Verkopplung zwischen den Schalen erforderlich. Das bedeutet, es muss ein ausreichender Hohlraum zwischen den beiden Schalen bestehen, der häufig durch einen weichen Dämmstoff ausgefüllt wird. Außerdem müssen Schallbrücken in Form von Verbindungen beider Schalen entweder vermieden oder durch konstruktive Maßnahmen weich ausgebildet werden.
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Es lassen sich 3 Grundtypen für zweischalige Konstruktionen ableiten:
- 1. zwei biegesteife Schalen
- 2. biegesteife Schale mit biegeweicher Vorsatzschale
- 3. zwei biegeweiche Schalen
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Die beiden Schalen eines zweischaligen Bauteils können zusammen mit einer federnden Zwischenschicht als Feder-Masse-System betrachtet werden. Ein solches System ist selbst schwingungsfähig und schwingt nach Erregung, z. B. nach einem Stoß, mit einer bestimmten Eigenfrequenz.
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Nahe der Eigenfrequenz zweischaliger Bauteile ist die Schalldämmung schlecht. Die Eigenfrequenz sollte daher stets außerhalb des akustisch bewerteten Frequenzbereichs zwischen 100 und 3200 Hz, insbesondere unter 100 Hz, liegen. Weit oberhalb der Eigenfrequenz ist die Schalldämmung zweischaliger Bauteile besser als die einschaliger Bauteile mit gleicher flächenbezogener Masse, unterhalb der Eigenfrequenz dämmen beide Bauteiltypen nahezu gleich.
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Decken im Hochbau, besonders in Gebäuden in denen sich Menschen aufhalten, werden gewöhnlich aus einer schweren, meist biegesteifen Massivdecke hergestellt, deren Luft- und Trittschallschutz durch einen schwimmenden Fußboden, als zusätzliche Schale verbessert wird. Die zusätzliche Schale wird auch als schwimmender Estrich bezeichnet, der von der Massivdecke und den angrenzenden Wänden durch einen Dämmstoff getrennt ist, d. h. auf einer weich federnden Dämmschicht „schwimmt”.
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Die lastverteilende Estrichplatte, Dämmschicht und Randdämmstreifen sind die drei wichtigsten Elemente eines schwimmenden Fußbodens, die seine schalltechnischen Eigenschaften bestimmen. Als Dämmschicht finden vorwiegend Glas- und Mineralfaserplatten und -matten, weich federnde Schaumkunststoffe oder elastische Schüttstoffe Verwendung.
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Beispiele für schalldämmende Anordnungen, in denen ein bahn- oder plattenförmiger Dämmstoff dieser Art eingesetzt wird, sind schwimmende Estriche, Randdämmstreifen bei Estrichen, Trennfugen in Estrichen, Parkettunterlagen, zweischalige Wände aus zwei biegesteifen Schalen mit durchgehender Trennfuge, biegesteife Wände mit biegeweicher Vorsatzschale.
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Der PE-Schaum hat diverse Vorteile. Allerdings erreicht die Schalldämmung von PE-Schaum nicht die Spitzenwerte von anderen schalldämmenden Materialien.
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Der ältere Vorschlag der
EP 1347118 A1 hat sich die Aufgabe gestellt, die Schalldämmung von PE-Schaum, insbesondere eines dünnen, geschlossenzelligen Polyethylenleichtschaums zu verbessern. Der Polyethylenleichtschaum wird zwischen den Schalen oder in der Trennfuge angeordnet. Dabei geht die EP 1347118 A1 davon aus, dass die Schalldämmung maßgeblich durch die dynamische Steifigkeit bestimmt wird.
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Die Hauptbedeutung der dynamischen Steifigkeit von Dämmstoffen ist im Zusammenhang mit schwimmenden Estrichen auf Massivdecken zu sehen. Eine vorteilhafte niedrige Resonanzfrequenz lässt sich durch große Masse der Schalen und durch eine geringe dynamische Steifigkeit der durch Luft bzw. Dämmstoff gebildeten Feder erreichen.
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Im eingebauten belasteten Zustand übernehmen beim Polyethylenleichtschaum das eingeschlossene Zellgas und das Zellgerüst die statische tragende Funktion. Bei einer Fußbodenkonstruktion im Wohnungsbau werden üblicherweise 0,75 kN/m2 für einen Estrich und eine Verkehrslast von 2 kN/m2 angesetzt. Diese Last muss von dem Polyethylenleichtschaum dauerhaft aufgenommen werden. Das läßt sich in einem Dauerstandsversuch über einen repräsentativen Zeitraum nachweisen und im übrigen auf einen längeren Zeitraum hoch rechnen.
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Das Maß der Schalldämmung wird in der Anwendung auf die Trittschalldämmung als Trittschallverbesserungsmaß bezeichnet. Das Trittschallverbesserungsmaß läßt sich in der oben beschriebenen Form mit 19 dB nachweisen. Werte für das Trittschallverbesserungsmaß liegen in der Regel bei Polyethylenleichtschaum unter 20 dB. In dieser Anwendung sind vorzugsweise Schaumdicken von 5 bis 8 mm und vorzugsweise ein Raumgewicht von 15 bis 30 kg pro Kubikmeter vorgesehen.
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Die Dämmschicht wird hinsichtlich Ihrer trittschallmindernden Wirksamkeit durch ihre dynamische Steifigkeit charakterisiert.
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Als Deckenauflage für massive Decken werden heute fast ausnahmslos schwimmende Estriche verwendet, weil dadurch die Trittschalldämmung wirkungsvoll erhöht werden kann. Das Trittschallverbesserungsmaß einer solchen Deckenauflage ergibt sich im Wesentlichen aus dem Federungsvermögen des zwischen Rohdecke und Estrich eingebauten Trittschalldämmstoffes. Das Federungsvermögen einer Zwischenschicht (Schicht zwischen zwei Schalen) wird durch die dynamische Steifigkeit ausgedrückt. Sie hängt vom dynamischen Elastizitätsmodul und der Schichtdicke des verwendeten Baustoffes ab.
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Die Zellen von Polyethylenleichtschaum sind geschlossen und überwiegend mit Luft gefüllt. Bei einem Polyethylenleichtschaum wird die dynamische Steifigkeit deshalb maßgeblich von der Luftsteifigkeit bestimmt.
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Die Tragfähigkeit übernimmt beim Polyethylenleichtschaum vorwiegend die in den Zellen eingeschlossene Luft. In den abgeschlossenen Hohlräumen der Zellen des Polyethylenleichtschaums wirkt der Schalldruck als Kraft die abwechselnd komprimiert und entspannt und die Zelle, bzw. der Hohlraum als Feder. Wird nun die Dichtigkeit einzelner Zellen, z. B. durch Nadelung, im Zellverband zerstört, können diese Zellen bei einer Belastung des Polyethylenleichtschaums ihren Innendruck nicht erhöhen, was zu einem stärkeren Federungseffekt und damit zu einer Verbesserung der dynamischen Steifigkeit, bei den verbleibenden intakten Zellen führt. Dabei entsteht eine Verringerung der Kontaktfläche, wie wenn profilierte Pappen oder profilierte Schaumkunststoffe verwendet werden, deren Profilierungen die wirksame dynamische Steifigkeit ebenfalls vermindern.
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Unter Belastung, z. B. durch eine Estrichscheibe und den darauf befindlichen Verkehrslasten, drückt sich der Polyethylenleichtschaum unter Erhöhung des Zellinnendrucks geringfügig zusammen. Die Erhöhung des Zellinnendrucks führt wiederum zu einer höheren Steifigkeit der Zelle.
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Vorzugsweise haben die Polyethylenschäume ein Raumgewicht kleiner 50 kg/m3 und besitzen eine Zellgröße von 1 bis 7 mm, noch weiter bevorzugt 2 bis 4 mm für Trittschalldämmstoffe.
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Im Gegensatz zum Polyethylenleichtschaum wird die Tragfähigkeit bei Schaumkunststoffen wie EPS, XPS, Polyurethan und PP hauptsächlich durch das Zellgerüst bestimmt. Durch ein hohes Raumgewicht wird eine größere Zellstabilität erreicht. Eine geringe dynamische Steifigkeit von Schaumkunststoffen wie EPS wird hauptsächlich durch eine nachträgliche Veränderung des Schaumgefüges erreicht. Die Polystyrolblöcke werden dazu in einer Presse mechanisch gestaucht, wodurch das Zellgefüge irreversibel geschädigt wird, so dass die im Vergleich zum Polyethylenleichtschäumen sehr kleinen Zellen ihre Stabilität verlieren und der Dämmstoff weicher wird.
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Grundlage der
EP 1347118 A1 ist es, einen Teil der gasdichten und druckhaltenden Zellen durch eine Perforation gasundicht zu machen, also zu zerstören. Der verbleibende Anteil mit Gas/Luft gefüllten Zellen übernimmt die Aufgabe der fehlenden tragfähigen Zellen, zeigt nun aber bei gleich einwirkender Druckkraft ein verhältnismäßig stärkeres Einfedern. Der Polyethylenleichtschaum ist in seiner Eigenschaft nun weicher, was einer geringeren dynamischen Steifigkeit des Polyethylenleichtschaums gleichkommt.
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Versuche haben gezeigt, dass die dynamische Steifigkeit von handelsüblicher 5 bis 6 mm dicker Trittschalldämmung Geficell deutlich reduziert werden konnte. Die dynamische Steifigkeit nach DIN EN 20052 wurde bei einer nicht behandelten Probe und einer mit Nadeln behandelten Probe gemessen. Bei der unbehandelten Probe ergab sich ein Wert der dyn. Steifigkeit s' von ca. 70 MN/m3. Proben mit der gleichen Dicke und aus dem gleichen Material mit einer Perforationsdichte von ca. 10 Nadeleinstichen pro cm2 erreichen eine dynamische Steifigkeit von ca. 30 bis 50 MN/m3. Die Probe wurde etwa 4 mm tief perforiert, so dass die Oberfläche intakt ist. Das daraus resultierende Trittschallverbesserungsmaß bei einem schwimmenden Estrich lag zwischen 20 und 30 dB, hauptsächlich zwischen 25 und 27 dB, so dass in der Regel die einfachen Anforderungen der Schallschutznorm DIN 4109 – Schallschutz im Hochbau- bei Massivbauten erreicht wurde. Die Druckfestigkeit ist dabei nicht berücksichtigt.
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Auf die dynamische Steifigkeit des Materials kann zugleich durch Mischung des Polyethylens mit anderen Materialien Einfluß genommen werden. Vorzugsweise beträgt dabei der Mischungsanteil von Polyethylen mindestens 50 Gew% von der Gesamtmischung. Vorzugsweise finden als Mischungsanteile EVA (Ethylen/Vinylacetat) und/oder Polypropylen und/oder PMMA (Polymethylmethacrylat) oder Derivate davon bzw. Copolymere davon Anwendung.
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Der Polyethylenleichtschaum wird in Schaumextrusionsanlagen im Direktbegasungsverfahren hergestellt. Dabei wird zwischen folgenden Verfahrensabschnitten unterschieden:
- 1. Aufschmelzen des Kunststoffes und Mischen mit Additiven
- 2. Einspritzen des Treibgases
- 3. Verteilen und Lösen des Gases in der Kunststoffschmelze
- 4. Abkühlen der gasbeladenen Kunststoffschmelze auf Schäumtemperatur
- 5. Schäumbare Schmelze über eine Düse extrudieren
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Bei der Herstellung dünner Schaumbahnen wird regelmäßig
- 6. die Schmelze über eine ringförmige Düse zu einem Schlauch extrudiert,
- 7. der Schlauch über einen Dorn oder Zylinder gestreckt, und
- 8. der Schlauch aufgeschnitten, flachgelegt und gewickelt.
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Im Direktbegasungsverfahren wird ein Gas, vorzugsweise iso-Butan oder Propan als physikalisches Treibmittel beim Extrudieren in der Kunststoffschmelze unter hohen Druck im flüssigen Zustand eingebracht. Beim Austreten der Schmelze aus der Düse expandiert das Treibgas, so dass gasgefüllte Zellen entstehen.
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Das Treibgas tauscht sich innerhalb weniger Wochen zum größten Teil mit der Umgebungsluft aus.
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Der entstehende Schaum wird vorzugsweise in die Form von Folien mit einer Dicke zwischen 5 und 12 mm und einem Raumgewicht von 10 bis 80 kg pro Kubikmeter mit einer Zellgröße zwischen 1 und 7 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm, gebracht.
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Günstig sind Bahnenwaren mit einer Breite von 500 bis 2000 mm, noch besser mit einer Breite von 1000 bis 1500 mm. Je nach Raumgewicht stellt sich eine geringe oder höhere Steifigkeit ein.
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Die Perforation der Zellen kann z. B. durch eine Nadelung erfolgen. Bei bahnenförmigen Dämmstoffen kann z. B. mit einer Nadelwalze die Perforierung durchgeführt werden. Die Nadeln haben vorzugsweise einen kleinen Durchmesser von ca. 0,1 bis 3 mm. Anstelle der Nadelwalzen können auch Nadelbalken und Nadelbretter zum Einsatz kommen.
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Die Nadelwalze wird auf dem Schaum abgerollt und führt aufgrund ihrer Rollbewegung beim Eintauchen in den Schaum nicht nur eine Hub- und Senkbewegung sondern auch eine Schwenkbewegung aus. Die Schwenkbewegung ist weniger gern gesehen. Dafür ist die Mechnik der Nadelwalze aber von einfachster Bauart. Ein Nadelbalken oder Nadelbrett führt ausschließlich eine Hub- und Senkbewegung aus. Dafür ist die Mechanik aber etwas komplizierter. Es wird Schaum entweder schrittweise unter dem Nadelbalken oder Nadelbrett durchgeführt. Die Nadelung findet dann in der Ruhelage des Schaumes statt. Oder der Nadelbalken bzw. das Nadelbrett wird mit dem bewegten Schaum mitbewegt und bei Erreichen gleicher Geschwindigkeit gegen und in den Schaum bewegt bzw. herausbewegt. Nach Beendigung eines Nadelungsvorganges wird der Nadelbalken oder das Nadelbrett wieder in die Ausgangslage zurückbewegt. Bei dieser Verfahrensweise übt der Nadelbalken bzw. das Nadelbrett auch eine hin- und hergehende Bewegung aus, die mit der Vorschubbewegung des Schaumes fluchtet.
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Die Nadelwalzen bzw. Nadelbalken bzw. Nadelbretter können mit einer geringen Zahl von Nadeln pro Flächeneinheit versehen sein. Die gewünschte Zahl von Perforationen kann durch mehrmaliges Nadeln erreicht werden. Es kann auch eine Nadelzahl verwendet werden, die der Anzahl gewünschter Nadelungen pro Flächenheit entspricht.
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Die Zellen könnten auch mit Messern, die in einem dichten Abstand zueinander stehen, über die gesamte Länge der Bahn aufgeschnitten werden. Die Schnitttiefe muss so gewählt werden, dass die Bahn zusammenhängend bleibt. Der Abstand der Messer sollte vorzugsweise zwischen 2 und 20 mm betragen. Als Messer eignen sich z. B. scheibenförmige, umlaufende Messer. Es können mehrere Messer auf einer Welle angeordnet werden, so dass mit einem Durchlauf alle Schnitte erreicht werden. Günstig ist, wenn die Schneidgeschwindigkeit über die Drehzahl der umlaufenden scheibenförmigen Messer einstellbar ist. Günstig ist auch eine Anstellbarkeit der Messer. Wahlweise ist die Anstellbarkeit auch mit einem Bewegungsantrieb gekoppelt, der eine periodische Hub- und Senkbewegung der Messer erlaubt, so daß bestimmte oder beliebig einstellbare Schnittlängen mit bestimmten oder beliebig einstellbaren Abständen entstehen.
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Ein Teil der Zellen des Polyethylenleichtschaum kann durch Druck zum Platzen gebracht werden. Dabei kann der Schaum z. B. zwischen zwei Preß-Flächen gelegt und zusammengedrückt werden. Die Flächen können zylinderförmig oder eben angeordnet sein, mit oder ohne Struktur oder Profilierung. Die Preßflächen können ganz- oder teilflächig mit dem Schaum Berührung haben. Eine teilflächige Berührung entsteht z. B., wenn die Preß-Flächen mit Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen sind, so dass sich eine gleichmäßige Verteilung von Schaumbereichen mit geplatzen Zellen einstellt.
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Es ist auch möglich, die Zellen elektrisch über eine Spannungsentladung zwischen zwei Elektroden durch Funken zu zerstören.
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Der nach der
EP 1347118 A1 (aufbauend auf der
DE 10212729 A1 ) erzeugte Schaum kann ohne oder mit einseitiger oder mehrseitiger Beschichtung zur Anwendung gebracht werden. Dabei können Folien zur Anwendung kommen, welche den Schaum teilflächig oder vollflächig überdecken oder sogar einseitig oder mehrseitig einen Überstand aufweisen. Wahlweise kann auch eine Verbindung mit Platten oder mit Paneelen erfolgen. Vorzugsweise findet eine Anwendung auf Laminatplatten für Fußböden statt.
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Um zu einem Trittschallverbesserungsmaß zu kommen, welches größer als das Trittschallverbesserungsmaß herkömmlicher PE-Schaumbahnen ist, ist eine starke Perforation des PE-Schaumes erforderlich. Mit der starken Perforation geht jedoch eine wesentliche Reduzierung der Druckfestigkeit einher. Das hat entscheidende Bedeutung für die Verwendung solcher Schaumfolien als Trittschalldämmung. Insbesondere bei hoher Punktlast kann die Schaumfolie zu Dünnstellen zusammen gedrückt werden, die unter dem Estrich zu einem akustischen Kurzschluß führen, wodurch die Bodenkonstruktion insgesamt schlechtere Trittschalldämmwerte erreicht.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Schalldämmung nach der
EP 1347118 A1 weiter zu entwickeln. Insbesondere knüpft die Erfindung an die Lehre, den Schaum nur teilweise zu perforieren, an. Bei starker Perforation erwartet der Fachmann eine Reduzierung der Festigkeitswerte. Nach der Erfindung sollen jedoch ausreichende Festigkeitswerte trotz starker Perforation erzielt werden. Zwar sind aus der
DE 19502376 A1 und der
DE 3002775 A1 mehrschichtige Materialien mit Schalldämmwirkung bekannt. Es handelt sich jedoch um Akustikplatten, für die Festigkeitswerte keine Bedeutung haben. Diese Platten bieten deshalb keine Lösung für die Erlangung hoher Festigkeitswerte bei starker Perforierung.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 3417679 A1 eine Mehrschichtenplatte bekannt, die aus einer Unterlage, einem geschäumten Polyurethankern und einer Auflage besteht. Die Unterlage und die Auflage bestehen jeweils aus geschäumtem Polyethylen und die seitliche Plattenbegrenzung wird durch einen Stufenfalz in Höhe der halben Plattendicke gebildet.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer bahnförmigen Trittschalldämmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Als Trittschalldämmung wird eine mehrschichtige bzw. mehrlagige PE-Schaumfolie verwendet, deren Schichten unterschiedlich perforiert worden sind. Überraschenderweise hat der mehrschichtige Schaum mit unterschiedlicher Perforierung der Schichten eine sehr viel größere Steifigkeit als ein einschichtiger Schaum mit gleicher Perforierung. Das führt die Erfindung auf eine besondere Zellstruktur in den Randschichten zurück. Durch mehrschichtigen bzw. mehrlagigen Aufbau werden solche Strukturen im Inneren der Schaumfolie erzeugt, wie sie bei einer einschichtigen Schaumfolie nicht vorkommen.
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Die Perforierungsunterschiede können extremen Umfang erlangen. Ein Extrem ist gegeben, wenn die eine Schaumschicht perforiert ist und die andere nicht. In diesem Extremfall sind vorzugsweise folgende Verhältnisse gegeben:
| | Perforierte Schaumschicht | nicht perforierte Schaumschicht |
| Dicke | 4 bis 10 mm | 2 bis 7 mm |
| Bevorzugte Dicke | 6 bis 8 mm | 4 bis 6 mm |
| Zellgröße | 0,5 bis 4 mm | 0,5 bis 4 mm |
| Bevorzugte Zellgröße | 1 bis 2,5 mm | 1 bis 2,5 mm |
| Perforationsstellen/cm2 | 5 bis 20 | |
| Perforationsstellen/cm2, bevorzugt | 8 bis 12 | |
| Perforationsdurchmesser | 0,2 bis 2 mm | |
| Perforationsdurchmesser bevorzugt | 0,5 bis 1,5 mm | |
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Wahlweise wird die Trittschalldämmung mit Stufenfalz hergestellt. Dazu werden die Schichten der Trittschalldämmung vorzugsweise versetzt aufeinander kaschiert. Bei liegender Bahn ergibt sich eine obere Schicht, welche an dem einen Rand vorragt und an dem gegenüberliegenden anderen Rand zurückliegt. Dadurch können die Bahnen einander an den Rändern überlappen, ohne dass es zu einer Verdickung kommt. Der Überlappungsbereich beträgt 2 bis 15 cm, vorzugsweise 5 bis 7 cm.
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Für die Erfindung sind alle thermoplastischen Polymere und deren Mischungen bzw. Copolymere geeignet. Zum Beispiel kann es sich um Polyolefine handeln. Dazu gehören PE, Polypropylen.