Füllgrad im Hohlraum einer Vorsatzschale

Wie viel Dämmmaterial in den Hohlraum zwischen Grundwand und Vorsatzschale gehört, ist eine der häufigsten Fragen auf der Baustelle. Die Fachliteratur beantwortet sie dreimal, und die drei Antworten stimmen nicht überein. Für Vorsatzschalen vor einer massiven Wand reicht nach einer Messreihe des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik rund die halbe Füllung. Eine Herstelleruntersuchung an Gipskarton-Ständerwänden verlangt die volle. Und der Kennwert, mit dem die Normen das Füllmaterial beschreiben, wurde für den ganz gefüllten Hohlraum abgeleitet und hat für Teilfüllungen keine Datengrundlage.

Diese Seite löst den Widerspruch nicht auf. Sie sagt, welche Konstruktion jeweils gemessen wurde, warum die Ergebnisse auseinander laufen und welcher Teil der Frage bis heute unbeantwortet ist.

Die drei Befunde und ihre Bedingungen

Rund 50 Prozent — gemessen an Vorsatzschalen vor massiver Wand

Lutz Weber und Andreas Buchele vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik in Stuttgart haben den Hohlraum einer Vorsatzschale schrittweise mit Mineralfaser gefüllt und dabei die Zunahme des bewerteten Schalldämm-Maßes verfolgt. Ihr Ergebnis: Ab einem Füllgrad von etwa 50 Prozent steigt die Dämmung nicht mehr weiter an.

Der Aufbau, an dem das gilt, steht in ihrem Beitrag: 16 mm dicke Spanplatten auf freistehenden Holzständern, 160 mm Wandabstand, davor eine Grundwand aus 115 mm dickem Kalksandsteinmauerwerk mit einer flächenbezogenen Masse von etwa 170 kg/m². Das ist der Regelfall des Heimkinobaus im Massivbau — eine leichte Schale vor einer schweren Wand, mit reichlich Abstand.

Vollständige Füllung — gemessen an Gipskarton-Ständerwänden

Weber und Buchele stellen ihrem eigenen Befund ausdrücklich eine Untersuchung eines Mineralfaser-Herstellers gegenüber, veröffentlicht 2003 in der Fachzeitschrift Trockenbau Akustik unter dem Titel „Randvoll bringt noch was". Dort wird die maximale Schalldämmung erst bei vollständiger Füllung des Hohlraums erreicht. Die Kurve dieser Untersuchung bilden die beiden Autoren in derselben Abbildung ab wie ihre eigene, sodass der Unterschied direkt sichtbar wird.

Auch hier zählt der Aufbau: 9,5 mm dicke Gipskartonplatten, einfach beplankt, 80 mm Schalenabstand, getrennte Ständer. Es gibt keine massive Grundwand und keinen 160-mm-Hohlraum. Zwei verschiedene Konstruktionen, zwei verschiedene Kurven — die Formulierung im DAGA-Beitrag ist entsprechend zurückhaltend: Das Ergebnis der Herstelleruntersuchung ließ sich an Vorsatzschalen nicht bestätigen.

Dass die Untersuchung von einem Mineralfaser-Hersteller stammt, gehört zur Einordnung. Sie ist deshalb weder falsch noch wertlos — Weber und Buchele zitieren sie als ernstzunehmenden Befund. Wer mehr Material verkauft, wenn mehr Material nötig ist, hat aber ein Interesse am Ergebnis, und das steht bei der Gewichtung daneben.

Kein Kennwert für die Teilfüllung — Göseles Einwand

Karl Gösele, einer der prägenden Bauakustiker des deutschsprachigen Raums und langjähriger Leiter des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, hat gemeinsam mit Rainer Kurz von einem Ingenieurbüro in Winnenden einen dritten Punkt in die Debatte gebracht, der die ersten beiden unterläuft.

Die Normen beschreiben das Füllmaterial über seinen Strömungswiderstand und nennen dafür einen Mindestwert von 5 kNs/m⁴. Dieser Richtwert stammt aus einer Arbeit, die Gösele 1977 gemeinsam mit Ulrich Gösele veröffentlicht hat, und ist von dort in mehrere Normen gewandert, darunter DIN 4109. Der Einwand lautet: Der Wert wurde für die Füllung des ganzen Hohlraums abgeleitet, wird in den Normen aber auch für eine nur teilweise Füllung vorgesehen. Für die teilweise Füllung gebe es bis dahin keine Angaben.

Damit ist die Frage nach dem Füllgrad an einer Stelle offen, an der man sie nicht vermutet. Selbst wer sich für 50 Prozent entscheidet, kann den Dämmstoff nicht nach dem genormten Kennwert auswählen, denn dieser Kennwert beschreibt einen anderen Zustand.

Warum die Kurven auseinander laufen

Die Vermutung liegt nahe, dass sich die beiden Messreihen einfach an verschiedenen Bauteilen abarbeiten. Das ist richtig und reicht als Erklärung nicht aus, denn beide Bauteile sind Masse-Feder-Systeme, und in beiden soll die Einlage dasselbe leisten: die stehenden Wellen zwischen den Schalen unterdrücken. Warum sollte das einmal bei halber Füllung erledigt sein und einmal erst bei voller?

Gösele und Kurz haben genau das nachgemessen und kommen zu einer Antwort, die den Blick verschiebt. Sie verglichen die tatsächlich gemessene Verbesserung einer Ständerwand mit der Verbesserung, die für den Weg über den Luft-Hohlraum zu erwarten wäre — nach Messwerten von Scholl und Brandstetter. Bei mittleren Frequenzen fiel die gemessene Verbesserung nur etwa halb so groß aus wie die berechnete. Der Schluss: Der wesentliche Übertragungsweg einer Ständerwand führt über die Ständer und kaum über den Hohlraum.

Was passiert dann bei dicker Mineralwolle in einer Ständerwand? Die beiden Autoren haben es an einem Wandausschnitt gemessen. Eine Dämmplatte, die flächig an einer Wandschale anliegt, dämpft deren Körperschall so gut wie nicht — dafür federt sie zu stark. Stoßen die Faserenden aber an die Ständer, wird die Dämpfung kräftig: im mittleren Frequenzbereich mehr als 10 dB. Die Verbesserung durch eine dicke Einlage hängt an der Körperschalldämpfung der Ständer und wenig am Schallpegel im Hohlraum.

Für den Füllgrad heißt das: In einer Ständerwand ist die volle Füllung aus einem Grund wirksam, der mit der Hohlraumdämpfung nichts zu tun hat. Vor einer schweren Grundwand gibt es diesen Grund nicht, weil dort keine durchgehenden Ständer beide Schalen verbinden — und wenn doch, ist das eine Schallbrücke, die man vermeidet und nicht bedämpft.

Damit ist der Widerspruch eingeordnet und trotzdem nicht erledigt. Drei Punkte bleiben stehen:

• Die 50 Prozent gelten für einen Aufbau mit 160 mm Hohlraum vor Kalksandstein. Ob dieselbe Grenze bei 50 mm Hohlraum liegt oder bei einer leichten Grundwand aus Holzbau, ist mit dieser Messreihe nicht belegt.
• Weber und Buchele selbst haben ihre übrigen Messreihen desselben Beitrags mit 90 Prozent und mit vollständiger Füllung gefahren. Wer die Zahl als Freigabe für die halbe Menge liest, liest weiter, als die Messung reicht.
• Der Einwand von Gösele bleibt unbeantwortet. Solange es für Teilfüllungen keinen Kennwert gibt, führt der Weg zu einer Teilfüllung über eine Messung; rechnerisch nachweisen lässt sie sich nicht.

Auf der Baustelle

Der Füllgrad ist die Stellschraube, an der beim Bau am ehesten gespart wird. Das hat einen einfachen Grund: Er kostet Material und Zeit, er lässt sich nach dem Schließen der Beplankung nicht mehr prüfen, und die fertige Wand sieht bei halber und voller Füllung gleich aus. Wer eine Vorsatzschale abnimmt, sieht Plattenstöße und Anschlüsse — den Hohlraum sieht er nicht.

Vor der Materialfrage steht die Frage nach der Konstruktion. Ist die Resonanz des Aufbaus so ausgelegt, dass sie unter dem Bereich liegt, in dem der Filmton seine Energie hat, entscheidet darüber der Schalenabstand und die Masse der Schale; welche Größen dabei zusammenspielen, führt die Seite zur Resonanzfrequenz zweischaliger Aufbauten aus. Erst danach kommt die Einlage, und sie ist keine Korrektur für einen zu knappen Abstand.

Die Sachfrage bleibt damit offen, die Baustelle wartet aber nicht auf ihre Klärung. Was jetzt folgt, ist deshalb eine Handlungsregel unter Unsicherheit und keine Entscheidung darüber, welche der drei Untersuchungen recht hat:

• Der Hohlraum wird gefüllt, nicht gestopft. Material, das die Schalen gegeneinander abstützt, koppelt sie und macht aus der Feder eine starre Verbindung. Die Platten sollen den Raum ausfüllen und dabei kraftfrei sitzen.
• Die volle Füllung ist die Vorgabe, die in allen drei Befunden zulässig ist. Die 50 Prozent sind eine Obergrenze des Nutzens für einen bestimmten Aufbau. Die volle Füllung schadet dort nicht und ist gleichzeitig der einzige Zustand, für den ein genormter Kennwert des Dämmstoffs existiert.
• Was gespart werden soll, wird vorher entschieden und nicht auf der Baustelle. Eine Teilfüllung ist ein Planungsentscheid mit einer Messung dahinter, und sie ist rechnerisch nicht nachweisbar. Wird sie während der Ausführung beschlossen, weil eine Palette nicht reicht, fehlt beides.

Grenzen und Sonderfälle

Freistehende Ständerwände ohne massive Grundwand sind der Fall, für den die Herstelleruntersuchung spricht und für den Gösele den Weg über die Ständer belegt hat. Dort ist die volle Füllung gut begründet, und die 50-Prozent-Zahl gilt ausdrücklich nicht.

Metallständer-Vorsatzschalen mit direkter Befestigung an der Grundwand sind akustisch ein anderes Bauteil als die gemessene freistehende Schale. Sobald starre Verbindungen im Spiel sind, beherrscht deren Zahl das Ergebnis, und der Füllgrad wird zur Nebengröße. Wie stark dieser Effekt ist, steht bei der Schallbrücke und bei der Entkopplung.

Der schwimmende Estrich sieht wie derselbe Fall aus und ist keiner. Dort ist die Dämmschicht eine belastete Feder mit Kontakt zu beiden Seiten, ihre dynamische Steifigkeit ist der maßgebende Kennwert, und ein Füllgrad unter 100 Prozent kommt nicht vor. Die Übertragung des Befunds wäre falsch.

Sehr flache Hohlräume unter etwa 30 mm wurden in keiner der beiden Messreihen geprüft. Bei geringem Abstand ist die Luftschicht ohnehin steif, die Resonanz liegt hoch, und die Frage nach dem Füllgrad ist gegenüber der Frage nach dem Abstand zweitrangig.

Brandschutz und Bauphysik reden mit. Anforderungen an Feuerwiderstand, Wärmeschutz und Feuchteverhalten können den Hohlraum festlegen, bevor die Akustik überhaupt gefragt wird. Ein akustisch ausreichender Füllgrad ist kein bauaufsichtlicher Nachweis.

Verknüpfte Inhalte

Was eine Vorsatzschale ist, warum sie bei ihrer Resonanz schlechter dämmt als die nackte Wand und was eine Befestigung kostet, steht beim Eintrag zur Vorsatzschale. Die Größen, aus denen sich die Resonanz eines zweischaligen Aufbaus ergibt, und die verschiedenen Zahlenwerte, die dafür kursieren, behandelt die Seite zur Resonanzfrequenz zweischaliger Aufbauten. Was der Kennwert 5 kNs/m⁴ überhaupt misst und warum die Rohdichte eines Dämmstoffs ihn nicht ersetzt, erklärt der Strömungswiderstand. Das übergeordnete Ziel und die drei Prinzipien dahinter führt die Schalldämmung aus, den aufwendigsten Ausbau dieser Idee der Raum im Raum. Nicht zu verwechseln ist der bauakustische Hohlraum mit der Akustik-Vorwand, bei der Dämmmaterial ein ganz anderes Ziel hat.

Quellen

Der 50-Prozent-Befund, der Aufbau der gemessenen Vorsatzschale, die Gegenüberstellung mit der Herstelleruntersuchung und die Füllgrade der übrigen Messreihen stammen aus dem DAGA-Beitrag von Lutz Weber und Andreas Buchele vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik, der für diese Seite im Volltext eingesehen wurde. Die Untersuchung an Gipskarton-Ständerwänden ist dort als Aufsatz von Jürgen Royar in Trockenbau Akustik 1/2003 nachgewiesen; sie ist eine Herstellerangabe und wurde im Original nicht eingesehen.

Der Richtwert 5 kNs/m⁴, seine Herkunft aus der Arbeit von Karl und Ulrich Gösele von 1977, seine Übernahme in DIN 4109 und der Einwand gegen die Anwendung auf Teilfüllungen stehen im Beitrag von Karl Gösele und Rainer Kurz zur DAGA 2001 in Hamburg, ebenfalls im Volltext eingesehen; das Erscheinungsjahr steht im Inhaltsverzeichnis des Tagungsbandes, weil der Beitrag selbst keines nennt. Aus derselben Quelle stammen die Messungen zum Übertragungsweg über die Ständer und zur Körperschalldämpfung an den Faserenden. Die Arbeit von 1977 selbst liegt hinter der Bezahlschranke des Acustica-Archivs und wurde nicht eingesehen; DIN 4109 ebenfalls nicht.