Prüfverfahren nach neuer EAD 01 (adopted) für tragende Wärmedämmelemente

Obwohl es bauaufsichtliche und privatrechtliche Anforderungen an die Trittschalldämmung von Balkonen und Laubengängen gibt, existierte bislang kein konkreter Prüfstandard, um die Trittschalldämmwirkung wärmedämmender Balkonanschlusselemente mit einem geeigneten Prüf- und Messaufbau zu ermitteln.

Seit Anfang 2022 liegt nun mit der überarbeiteten Version 050001-01-0301 (adopted) der EAD für Balkonanschlusselemente erstmalig ein detailliert beschriebenes Standardprüfverfahren zur Messung der Trittschall-Kennwerte von Balkonanschlusselementen vor. Mit diesem neuen EAD-Prüfverfahren ist es erstmalig möglich, Trittschall-Kennwerte von unterschiedlichen Typen und Herstellern zuverlässig miteinander zu vergleichen. Gleichzeitig dienen die Trittschall-Kennwerte als verlässliche Eingangswerte für die rechnerische Prognose des Trittschallschutzes von Balkonen und Laubengängen in der Planungsphase.

Eine EAD – European Assessment Document – ist im europäischen Zulassungsverfahren das Basisdokument für die Erteilung einer ETA – Europäisch Technical Approval ("Europäisch Technische Zulassung"). In einer EAD werden alle relevanten Prüfkriterien und Prüfverfahren beschrieben, welche für die Zulassung des betreffenden Produkts erforderlich sind. EADs werden von der EOTA – European Organisation for Technical Assessment – veröffentlicht.

Alle Prüf- und Nachweisverfahren für die sicherheitsrelevanten Produkteigenschaften (wie Standsicherheit und Brandschutz) sind dabei grundsätzlich Bestandteile einer EAD. Prüf- und Nachweisverfahren für nichtsicherheitsrelevante Produkteigenschaften (wie z. B. Wärmedämmung und Schalldämmung) ergänzen im Allgemeinen die sicherheitsrelevanten Prüfverfahren.

Im Zuge der Beantragung einer ETA kann ein Hersteller bestimmte Eigenschaften des Produkts als wesentliche „Leistungsmerkmale" offiziell in der ETA deklarieren. Für diese Leistungsmerkmale ist es dann zwingend erforderlich, dass die Produktkennwerte nach den entsprechenden Prüfverfahren der EAD ermittelt werden.

Als "Europäisch Technische Zulassung" stellt eine ETA in Deutschland die Basis für den bauaufsichtlichen Verwendbarkeitsnachweis dar.

Für wärmedämmende Balkonanschlusselemente wie Schöck Isokorb® lautet das entsprechende EAD-Dokument „Load bearing thermal insulation elements which form a thermal break between balconies and internal floors". Diese EAD ist für alle Hersteller die Grundlage für alle "Europäisch Technischen Zulassungen" von Balkonanschlüssen.

Die erste Version dieser EAD wurde unter der Nr. 050001-00-0301 im Oktober 2017 mit der Versionsnummer 00 veröffentlicht ("EAD 00"). In dieser EAD-Version ist bereits ein grob beschriebenes Prüfverfahren zur Messung der Trittschalldämmwirkung von Balkonanschlusselementen enthalten. Nach diesem Verfahren werden die Trittschall-Kennwerte von Balkonanschlusselementen als Trittschallpegeldifferenz der Einzahlwerte _n0,w (bewerteter Norm-Trittschallpegel der starr angeschlossenen Balkonplatte) und L_n,w (bewerteter Norm-Trittschallpegel der an das Balkonanschlusselement angeschlossenen Balkonplatte) beschrieben:

Die Trittschallpegeldifferenz der Einzahlwerte nach EAD 00 ist nicht konsistent zu den in den nationalen und internationalen Bauakustik-Normen eingeführten akustischen Kennwerten zur Kennzeichnung der Schalldämmwirkung von trittschalldämmenden Bauteilen – wie z. B. die bewertete Trittschall(pegel)minderung ∆L_w von trittschalldämmenden Deckenauflagen (z. B. schwimmende Estriche) nach DIN EN ISO 10140-1, die bewertete Lauf-/Podest-Trittschallpegelminderung ∆L_w,Lauf/L_w,Podest und die bewertete Lauf-/Podest-Trittschallpegeldifferenz ∆_w,Lauf/∆_w,Podest von Treppenentkopplungselementen nach DIN 7396 –, da die Trittschallpegeldifferenz nach EAD 00 lediglich eine Differenz der Einzahlangaben darstellt. D. h. das in der Bauakustik üblicherweise angewandte Bezugsdeckenverfahren nach DIN EN ISO 717-2 ist bei diesem Kennwert nach EAD 00 nicht berücksichtigt.

Hinzu kommt, dass der Prüf- und Messaufbau, der nach EAD 00 als Grundlage für die Messung der Trittschallpegel dient, akustisch nur unzureichend definiert ist, sodass kein eindeutig definierter Prüfstandard vorliegt.

Die unzureichenden Angaben in der EAD 00 zum Prüfaufbau und Messprozedere waren u. a. Anlass, im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekts an der Hochschule für Technik in Stuttgart (HfT) die Grundlagen eines bauakustisch geeigneten Prüf- und Messaufbaus zur Messung der trittschalldämmenden Eigenschaften von Balkonanschlusselementen zu entwickeln.

Das Ergebnis dieses Forschungsprojekts ist ein bauakustisch weiterentwickeltes und optimiertes Prüf- und Messverfahren mit einer detaillierten Beschreibung des konkreten Prüf- und Messaufbaus sowie der Weiterbehandlung der Messwerte. Der Produktkennwert zur Kennzeichnung der Trittschalldämmwirkung von Balkonanschlusselementen wird danach völlig analog zur bewerteten Trittschallminderung ∆L_w von Deckenauflagen ermittelt, d. h. es kommt – wie in der Bauakustik üblich – das Bezugsdeckenverfahren nach DIN EN ISO 717-2 zur Anwendung.

Die Ergebnisse des HfT-Forschungsprojekts waren Grundlage für die Überarbeitung des Trittschallprüfverfahrens der EAD 00. Mit der neuen EAD-Version 01, welche seit Anfang 2022 in einer "adopted"-Version vorliegt, ist damit das weiterentwickelte Prüfverfahren der HfT als neuer Standard für die Messung der Trittschall-Kennwerte von Balkonanschlusselementen eingeführt.

Aufgrund der 1:1-Analogie mit trittschalldämmenden Deckenauflagen und des detailliert festgelegten Prüf- und Messaufbaus können die neuen Trittschall-Kennwerte nach EAD 01 (adopted) nicht nur zum verlässlichen Vergleich der trittschalldämmenden Eigenschaften verschiedener Balkonanschlusselemente verwendet werden, sondern dienen gleichzeitig auch als geeignete Eingangsgrößen für die Prognoseberechnung des Trittschalschutzes von Balkonen und Laubengängen in Analogie zum Deckenverfahren z. B. nach DIN EN ISO 12354-2.

Der Prüfaufbau gemäß nachfolgender Abbildung besteht aus einer Deckenplatte und zwei Balkonplatten, die über Balkonanschlusselemente an die Deckenplatte bauüblich angeschlossen sind. Bei linienförmig anzuschließenden Elementen erfolgt der Anschluss je Balkonplatte mit lückenlos aneinander gereihten Elementen derselben Typ-Variante. Bei punktuell anzuschließenden Elementen erfolgt der Anschluss je Balkonplatte mit zwei identischen Typ-Varianten bündig an den beiden seitlichen Rändern der Balkonplatte. Der Dämmfugenbereich zwischen den punktuellen Anschlüssen wird mit Dämmstoff der gleichen Dicke wie die des Dämmelementes ausgeführt.

Länge und Breite der Decken- und Balkonplatten sind entsprechend den nachfolgenden Abbildungen auszuführen. Die Höhe H des Prüfaufbaus entspricht der Höhe der zu prüfenden Elemente.

Die Deckenplatte wird auf zwei massiven Hilfswänden elastisch gelagert, sodass der Prüfkörper – bestehend aus Balkonplatten, Anschlusselement und Deckenplatte – von den Hilfswänden akustisch entkoppelt ist. Die dynamische Steifigkeit der elastischen Lagerung ist dazu so zu wählen, dass die Resonanzfrequenz des Prüfkörpers ≤ 30 Hz beträgt (Betrachtung als Einmassenschwinger).

Für die Prüfung von Elementen, welche nur den Anschluss von einseitig gestützten Balkonen erlauben, erfolgt am freien Ende der Balkonplatte eine akustisch entkoppelte (elastische) Auflagerung über zwei für die Lastabtragung geeigneten Stützen. Die elastische Lagerung ist wieder so zu wählen, dass die Resonanzfrequenz des gesamten Prüfaufbaus ≤ 30 Hz beträgt (Betrachtung als Einmassenschwinger).

Es ist auch zulässig, an die Deckenplatte nur eine Balkonplatte anzuschließen.

Die Geräteausstattung, Durchführung und Dokumentation der Messungen erfolgen grundsätzlich nach DIN EN ISO 16251-1.

Die Körperschallanregung der Balkonplatte mit dem Norm-Hammerwerk erfolgt an einer äußeren Ecke der Balkonplatte an drei Positionen mit jeweils ca. 5° Abweichung zum seitlichen und vorderen Rand der Balkonplatte sowie diagonal dazu.

Die Körperschallanregung der Deckenplatte mit dem Norm-Hammerwerk erfolgt an einer von der Balkonplatte abgewandten hinteren Ecke der Deckenplatte an drei Positionen mit jeweils ca. 5° Abweichung zum seitlichen und hinteren Rand der Deckenplatte sowie diagonal dazu.

Die Positionierungen des Norm-Hammerwerks erfolgen möglichst nah an den Kanten und Ecken der Platten, wobei jedoch keiner der Hämmer einen Abstand von weniger als 10 cm zu den Kanten der Platten haben darf.

Bei Anregung 1) der Deckenplatte und 2) der Balkonplatte wird jeweils der mittlere Schnellepegel auf der Deckenplatte mit Terzbandfilterung im Frequenzbereich von 50 Hz bis 5000 Hz bestimmt. Dazu sind für 1) und 2) dieselben 6 Messpositionen der Körperschallaufnehmer für jede Hammerwerksposition zu verwenden. Die einzelnen Messpositionen müssen einen Abstand ≥ 10 cm von den Plattenrändern, ≥ 50 cm von den Hämmern des Norm-Hammerwerks sowie ≥ 50 cm untereinander haben.

Die Trittschallminderung des Dämmelementes wird wie folgt ermittelt:

Mit:

• a: Anzahl Messpositionen auf der Decke (a ≥ 6)
• L_v0,n,m: Schnellepegel an Messposition n auf der Decke für Anregeposition m mit dem Norm-Hammerwerk auf der Deckenplatte
• L_v,n,m: Schnellepegel an Messposition n auf der Decke für Anregeposition m mit dem Norm-Hammerwerk auf der Balkonplatte
• ΔL: (Frequenzabhängige) Trittschallminderung des Balkonanschlusselements

Die Bestimmung der bewerteten Trittschallminderung ΔL_w aus den Ergebnissen für ΔL in Terzbändern muss nach DIN EN ISO 717-2 erfolgen.

Prüfprinzip nach EAD 01 (adopted):

• Messung anhand eines Prüfkörpers
• Ergebnis der Messung: Trittschallminderung ΔL = L_v0 − L_v

Die gemessene Differenz der Körperschallpegel stellt eine Trittschallminderung dar, da innerhalb desselben Prüfaufbaus die ungedämmte und die gedämmte Situation miteinander verglichen werden. Durch die Messung beider Pegelwerte am selben Prüfaufbau „kürzen" sich etwaige Unterschiede zwischen verschiedenen Prüfaufbauten durch die Differenzbildung heraus, sodass der Einfluss des konkreten Prüfkörpers auf die gemessene Trittschallminderung minimiert ist.

Prüfprinzip nach EAD 00:

• Messung an zwei verschiedenen Prüfkörpern
• Ergebnis der Messung: Bewertete Trittschallpegeldifferenz ΔL_n,w = _n0,w − L_n,w

Die gemessene Differenz der Körperschallpegel stellt eine Trittschallpegeldifferenz dar, da anhand von zwei verschiedenen Prüfkörpern die ungedämmte und die gedämmte Situation miteinander verglichen werden. Durch dieses Prüfprinzip können sich etwaige Unterschiede zwischen den beiden Prüfkörpern nicht durch eine Differenzbildung „herauskürzen", sodass ein größerer Einfluss aufgrund ggf. vorhandener Unterschiede zwischen den beiden Prüfkörpern (z. B. Betonqualität, Bewehrungsgehalt, Oberflächenbeschaffenheit etc.) auf die gemessene Trittschallpegeldifferenz zu erwarten ist im Vergleich zum Prüfverfahren nach EAD 01 (adopted).

Die direkte Messung der Trittschall-Kennwerte nach dem Prüfverfahren der EAD 01 (adopted) ist aufwändig, da pro Prüfkörper maximal zwei unterschiedliche Grundtypen von Anschlusselementen geprüft werden können (bei zweiflügligem Prüfkörper mit zwei angeschlossenen Balkonplatten). Durch sukzessives Entfernen der einzelnen Bewehrungskomponenten (Zugstäbe, Querkraftstäbe und Drucklager) in der vom Dämmkörper befreiten Anschlussfuge (der Dämmkörper hat im Allgemeinen keinen relevanten Einfluss auf die Trittschallübertragung) können je Anschluss weitere (geringere) Tragstufen des Grundtyps realisiert werden. Es ist aber dennoch nicht möglich, mit vernünftigem Prüfaufwand sämtliche in der Praxis verwendeten Typvarianten der Balkonanschlusselemente zu prüfen.

Um dennoch auf Grundlage des EAD-01-Prüfverfahrens verlässliche Trittschall-Kennwerte für die nicht direkt geprüften Typvarianten zu ermitteln, ist es mittlerweile möglich, mit einem geeigneten 3D-FE-Modell unter Verwendung einer leistungsfähigen Strukturmechanik-FE-Software Trittschall-Kennwerte mit ausreichender Genauigkeit zu simulieren. Dazu wird der reale EAD-01-Prüfaufbau in einem detaillierten 3D-Modell 1:1 nachgebaut ("virtueller Prüfaufbau"). Insbesondere werden für die Trittschallübertragung maßgebenden Bewehrungskomponenten des Balkonanschlusselementes originalgetreu im FE-Modell abgebildet.

Entwicklung eines 3D-FE-Berechnungsverfahrens durch die HfT Stuttgart

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekts hat die HfT Stuttgart solch ein geeignetes 3D-FE-Simulationsverfahren entwickelt und anhand von realen Messungen nach dem EAD-01-Verfahren validiert. Es ergab sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den FE-simulierten Trittschall-Kennwerten.

 Verlässliche Simulation

Damit ist es nun erstmals möglich, nicht gemessene Anschlussvarianten von Balkonanschlusselementen verlässlich mit einem detaillierten 3D-FE-Modell gemäß dem realen Prüfverfahren nach EAD 01 (adopted) zu simulieren.