Jens Mohr

Ingenieur  +  Betriebswirt
 

... das (H0) Modellbahnprojekt
St. Margareten 

 



 

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Jens Mohr
83224 Grassau
(Chiemsee/Achental)

 

 


Akustik
Grundlagen und Geräuschdämmung


Einführung

Eine größere Herausforderung besteht bei den Modell-Eisenbahnanlagen im Allgemeinen darin, den durch das rollende Material verursachten "Lärm" zu dämpfen.
Dies sollte insbesondere dann erfolgen, wenn die Anlagen in Wohnungen oder Reihen- / Doppel-Häusern aufgebaut sind / betrieben werden UND eine Geräuschübertragung mit hoher Wahrscheinlichkeit angenommen werden muß.

Im Internet und den einschlägigen Modellbahnzeitschriften werden unterschiedliche Methoden und Verfahren dargestellt und beschrieben, um dies zu bewerkstelligen.

Auch die Modellbahn-Zubehör-Hersteller bieten eine große Palette von Produkten zur "Lärmbekämpfung" an.
 

Eigene und anderer Leute Erfahrungen

Im Zuge der Planung habe ich mich stärker mit dieser Thematik befaßt und auch die ein und anderen Versuche gemäß den gängigen Darstellungen ("klassischen Methoden") unternommen.

Daß nicht nur ich mit den bekannten Lösungen nicht zufrieden bin, zeigen folgende Beiträge ...

  1. aus der Modellbahnzeitschrift "Eisenbahn Journal; 1/2010"
    mit dem Titel "Josef Brandls Traumanlagen ---  Dieter Bertelsmann:
    Meine Schwarzwald-Anlage" .

    Im Abschnitt "Der Baufortschritt -- Korkunterlage im Schattenbahnhof" (S. 59) beschreibt der Autor indirekt "sein Geräuschproblem".
    Hierbei geht es darum, daß die Einschotterung der Gleise (im sichtbaren Bereich) die Schalldämmung wieder zunichte macht, die basierend auf der Korkunterlage im Schattenbahnhof für ihn zufriedene Ergebnisse liefert.
     
  2. aus der Modellbahnzeitschrift "Eisenbahn Journal; 1/2011"
    mit dem Titel "1x1 des Anlagenbaus ---  Oliver Bachmeier:
    Modellbahn im Kompaktformat".

    Im Abschnitt "Der Gleisbau" (S. 42) beschreibt der Autor die von ihm verwendete "klassische Methode" der Gleisverlegung im nicht sichtbaren Bereich und im sichtbaren Bereich, im letzteren inkl. des Einschotterns.
    Auch er mußte feststellen, daß die "klassische" Einschottermethode in Bezug auf die Akustik kontraproduktiv ist.

Mein Fazit:
Keine der mir bekannten Methoden -- auch die Korkunterlage -- konnte meinen Zuspruch finden; ebenso wenig wie die sonstigen zur Lärmbekämpfung am Markt angebotenen Modelleisenbahn-Produkte, wovon ich einige ausprobierte.

Deshalb blieb mir nichts anderes übrig als mir einen "meinen neuen Weg" zu suchen, und das fing mit der Grundsatzbetrachtung über die "Lärmquelle" an.

 

Grundlagen

Wie aus dem täglichen Leben hinreichend bekannt, kommt es zu Tönen (Schwingungen), wenn zwei Materialien aufeinander treffen.
Dies trifft für Musikinstrumente ebenso zu, wie beim Werkzeug und Werkstück an der Werkbank.
Beide Materialien werden in Schwingung versetzt. Die Frequenz der Schwingung als auch ihre Intensität (Energie, Amplitude) hängt sowohl von der Beschaffenheit der jeweiligen Materialien ab als auch von der Kraft (Energie) und Schnelligkeit (Frequenz) mit der der Kontakt erfolgt.
Diese Schwingung (Amplitude und Frequenz) überträgt sich auf die Luft und wird vom Ohr aufgenommen. Das Ohr leitet diese Schwingung über Nerven weiter an das Gehirn.
Je nach Schwingung (Amplitude und Frequenz) und individueller Einstellung zum "Klangwerkzeug" sowie persönlicher körperlicher und / oder physischer Verfassung wird diese als "angenehm" - "unangenehm" - "störend" - "schmerzend" empfunden.

Beliebige weitere Unterteilungen und Verfeinerungen sind möglich, sollen hier aber nicht betrachtet werden.
In Bezug auf die Eingruppierung kann gesagt werden, das ist sehr persönlich und hängt von einer Reihe individueller auch z.T. stündlich wechselnder Einflußfaktoren ab.

Auch "Rad - Schiene" der Modelleisenbahn bilden, wie bei der großen Bahn, ein solches "Klangwerkzeug".
Kann man bei einem Musikinstrument noch "einen einzelnen Ton" (z.B. Klavier, Geige) erzeugen, so ist das bei "Rad - Schiene" nicht möglich. Es entstehen immer eine Vielzahl von Tönen (Spektrum), die sich gegenseitig überlagern.
Das Spektrum, die Amplituden und Frequenzen sind von einem ganzen Bündel von Faktoren abhängig, hinzu kommt ihr jeweiliger prozentualer Mitwirkungsanteil.

Hier seien nur "willkürlich" ein paar Faktoren aufgelistet ...

  • Rad- / Schiene- Material inkl. der jeweiligen Härtegrade
  • Rad- / Schiene- Profilart
  • Rad- Form > Rundung / Auswuchtung / Oberflächengüte
  • Schienen- Form > Oberflächengüte / Stöße inkl. elektr. Trennstellen in den Gleisen
  • Schienen- Aufbau (Schwellen, etc.) / Verlegung / Durchbiegung (Flexibilität)
  • Fahrzeug- Konstruktion > Größe (Länge) / Aufbauart / Ausführung (Kunststoff, Metall) / Anzahl der Räder (Achsen) / Gewicht

Die von diesem "Klangwerkzeug" erzeugten Schwingungen (Amplituden, Frequenzen) verbreiten sich jetzt ihrerseits in Form des sog. "Körperschalls" und "Luftschalls".

Der Körperschall überträgt die Schwingungen über die Gleise auf die Schwellen und von dort auf den "Untergrund".
Dies kann die einfache "Holzplatte" sein oder die Korkunterlage / sonstige Gleisbettung / sonstige Dämmung, von der es dann weiter geht auf die "Holzplatte".
Von der "Holzplatte" findet der Schall seinen Weg über die "Füße der Anlage" auf den Fußboden und von dort ...... überall hin.

In der Praxis dürfte diese vorgenannte Kombination bei der kleineren Modellbahngröße wohl weniger eine Rolle spielen, da die Amplituden der Schallquelle nicht so stark sein dürften, um alle Folgematerialien in Schwingung zu versetzen.

Der Luftschall, primär erzeugt durch die Fahrzeuge inkl. des Radlaufs (Oberfläche), wird nicht durch eine solche "Materialkette" gebremst, sondern verteilt sich, von der Schallquelle ausgehend, direkt gleichförmig im Raum.

 

Dämmungsprinzip

Achtung:
Die nachfolgenden Angaben (Verfahren, Methoden) inkl. des Lösungsansatzes / der Lösungsansätze unterliegen dem Copyright des Autors.
Eine lizenzfreie Nutzung ist nur PRIVAT - Personen (Modelleisenbahnern) gestattet.
Geben private Personen diese Informationen weiter, dann muß auf diese Bedingungen verwiesen werden.

Modellbauer / Eisenbahnbauer (natürliche oder juristische Personen) die Modelleisenbahnanlagen (gleich in welchem Maßstab) gewerblich oder industriell, auf eigene Rechnung oder im Kundenauftrag, realisieren UND dieses Prinzip direkt oder ein auf diesem Prinzip aufbauendes verwenden / einsetzen, benötigen hierfür eine Lizenz des Autors.
Gleiches gilt auch für die Entwicklung / Fertigung / Vertrieb von Produkten, die sich auf diesen Erkenntnissen abstützen.

--- weitere Informationen zur Nutzung von meinen Ideen findet der Leser hier ---

 

Es hat sich gezeigt, daß eine erfolgreiche (optimale) Dämmung nur durch ein Bündel von Maßnahmen zu erreichen ist.
Dabei kann es durchaus sein, daß nicht alle nachfolgend aufgelisteten Maßnahmen gleichzeitig eingesetzt werden müssen.

Es wird vorausgesetzt, daß die Gleisunterlage auf einem Träger ruht; z.B. die vorgenannte "Holzplatte", die aus einer verzugsfreien Multiplex-Platte von ca. 12 mm Stärke bestehen kann.

Wirkung auf das Konzept

  • Alle folgenden Komponenten haben eine gute Grundlage
     
  • Das Material ist steif genug um nicht selbst in Schwingung zu gelangen; der Körperschall wird also minimiert, wahrscheinlich auch komplett vernichtet.


1. Schallschutzmaßnahme - Wirkung

Die Gleise (die Schwellen) sind direkt im nichteinsehbaren Bereich (z.B. Schattenbahnhöfe, Wendeln, etc.) auf ein weiches, offenporiges Schallabsorptionsmaterial zu verlegen, wie z.B. "aixFoam Absorptionsschaum - Glatt oder Noppe" von der Fa. Schaumstoffe Helgers, Aachen.

Dieses wird -- punktweise verklebt -- auf die Multiplexplatte ganzflächig verlegt.

Aufgrund der Materialoberfläche des Schallabsorptionsmaterials und des Gleises ("Schwellenseite")  kommt eine Haftreibung zustande, die ein flächiges Verkleben des Gleises mit dem Material nicht notwendig macht.

Allerdings empfehle ich punktuelle Verklebungen der Gleisschwelle -- im Schattenbahnhof -- mit dem Schallabsorptionsmaterial, ca. alle Meter, wechselweise vom Gleis mit einem Tropfen "Kleber", z.B. Pattex transparent LF-Haushaltskleber von der Fa. Henkel, Düsseldorf, um ein Verrutschen des Gleises abzusichern.

Dieser Kleber selbst härtet auch elastisch aus !!

Im sichtbaren Bereich mußte ich einen anderen Weg suchen, denn die Einschotterungsversuche, direkt auf der Matte erbrachten kein optimales Ergebnis. >> siehe Unterpunkt 3

Wirkung

  • Der mögliche Körperschall wird aufgrund der Materialelastizität des Dämmmaterials in Wärme umgesetzt und dadurch nicht an die Unterlage des Schallabsorptionsmaterials weiter geleitet.
     
  • Der Luftschall, sofern er direkt oder durch Reflektion und damit indirekt auftrifft, wird aufgrund der Materialstruktur des Absorbers zum einen "gebrochen", d.h. nicht mehr direkt zurück reflektiert und zum anderen durch Umsetzung in mechan. Bewegung und damit in Wärme "vernichtet".
     
  • Je besser das Dämmmaterial auf das Frequenzspektrum und die Amplituden abgestimmt ist, desto besser ist der Absorptionsgrad.


2. Schallschutzmaßnahme - Aufbau

Das Schallabsorptionsmaterial soll großflächig ausgelegt werden, also nicht nur unter dem Gleiskörper.
Dies bedeutet, daß im nicht sichtbaren Bereich die gesamte Fläche auszulegen ist.

Im sichtbaren Bereich kann in aller Regel dies nur im Gleisbereich erfolgen. Deshalb sollte hier eine andere Maßnahme hinzutreten, nämlich die "Bepflanzung" beidseitig der Gleise und die "richtige" Schotterwahl (Korngröße).

Im Prinzip soll die "Bepflanzung" durch ihre offene und "rauhe" Oberfläche den Luftschall frühzeitig "brechen", so daß er sich nicht wie an glatten Oberflächen durch Reflektion weiter ausbreiten kann; denn findet eine Reflektion statt, dann kann es zu Schwingungsüberlagerung mehrerer Schallquellen kommen.

Wirkung

  • Im Gegensatz zu der heute vielfach -- im nicht sichtbaren Bereich -- zum Einsatz gelangenden "Rahmenbauweise", bei der die Gleise auf "Trassenbrettern" geführt werden und zwischen diesen ein Hohlraum besteht, der sich für den Schall wie ein Schalltrichter (Verstärker) auswirken und zu vielen Schwingungsharmonischen führen kann,
    WIRD
    bei der "Plattenbauweise" ein "geschlossener Raum" hergestellt, bei dem alle Schwingungen (Harmonischen) gezielt und großflächig "bekämpft" werden können.

    Da sich der Schall von der Quelle "kreisförmig" ausbreitet, werden alle Schwingungen reflektiert und dann abgebaut, wenn sich über der Ebene noch eine weitere Ebene befindet und wenn die Seiten während des Betriebs geschlossen werden / sind.
     
  • Im sichtbaren Bereich führt diese Maßnahme zur Unterbindung des "Körperschalls" UND in Verbindung mit der "richtigen" Gleisschotterung UND "Bepflanzung" zu einer Reduzierung des "Luftschalls".


3. Schallschutzmaßnahme- Einschotterungstests

Diese Maßnahme bezieht sich auf das "Einschottern des Gleises" und ist deshalb primär auf den "sichtbaren Bereich" der Anlage ausgerichtet.

Durch das Verkleben des Schotters darf das Gleis nicht fest mit dem Schallabsorptionsmaterial verbunden werden; allerdings muß der Schotter so fest an das Gleis gebunden werden, daß er nicht durch Fahrzeug- oder Luft- Bewegung beseitigt wird. Dies gilt auch für die Schotter-Oberfläche.

Bei Tests hat sich allerdings gezeigt, daß der Schotterkleber, auch bei vorsichtigster Ausbringung, zu tief in die Poren der Matte eindrang und somit diese "aushärtete".

Das Ergebnis war nicht optimal.

Ich legte bei weiteren Versuchen zwischen Gleis und Matte eine "Trennschicht" in Form von "Backpapier" ein.
Dieses Material ist elastisch und nimmt selbst durch seine Beschichtung wenig bis kein Kleister auf.

Wenn jetzt der Schotter im Gleis nur soviel mit Kleister benetzt wird, daß die Schotteroberfläche zusammenhält, dann bleibt von der ursprünglichen Schalldämmung noch ein guter Effekt erhalten.

Zur Benetzung wurde das "Wasser-Kleister-Gemisch" mittels einer feinen Sprühflasche versprüht. Dieser Vorgang ist evtl. mehrfach zu wiederholen.

Das Ergebnis kann sich hören lassen.

Damit das Gleis in seiner Lage noch stabilisiert wird, kann man das "Backpapier" punktuell auf die Matte kleben und auf das "Backpapier" dann punktuell das Gleis (s. oben).

Dieses NICHT flächige Verkleben des Gleises (auf allen Ebenen) ist wichtig, damit das Gleis beim Befahren in sich schwingen kann und dadurch bereits zum Abbau der erzeugten Schwingungen beiträgt.

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Neben der Verwendung des "richtigen Schotters" (Korngröße) und eines "flexiblen Klebers" (z.B. Dispersionsklebstoff --- "Buchbinder - Leim"; wie Planatol BB von der Fa. Planatol Adhessive GmbH, Rohrdorf -- vertrieben u.a. von der Fa. Boesner) kommt es auf die optimale Verdünnung des Klebers mit Wasser und Spülmittel UND auf die Methode der Verteilung (Aufbringung) an.

Eine Verteilung eines solchen "Klebers", mit Pipette oder ähnlichen "punktförmig" wirkenden Instrumentarien der "klassischen Art" hat kein befriedigendes Ergebnis hervorgebracht.

Als wirkungsvoll hat sich die Methode der "Zerstäubung" erwiesen. Der Feinheitsgrad der "Zerstäubung" steht in Wechselwirkung mit dem Modellmaßstab und damit zu Gleis- und Schotter-Größe.
Für den Maßstab H0 ist ein Zerstäubungsgrad wie man ihn bei einer größeren Parfüm-Flasche findet ideal.
Die Konsistenz der Mischung aus Klebstoff - Wasser - Spülmittel ist dann in Ordnung, wenn sich beim Zerstäuben keine Tröpfchen bilden. Allerdings darf der Sprühnebel auch nicht so fein sein, daß die Mischung nicht in die obersten Schotterschichten eindringt und diese verklebt.

Durch den relativ hohen Wasser- und Spülmittel-Anteil kommt es bei dem Gleisschotter zu einer Verdichtung.
Dies bedingt u.U. eine Nachbehandlung, wenn das optische Erscheinungsbild und / oder akustische Hörbild nicht den eigenen Vorstellungen entspricht.

Ein weiterer Punkt, weshalb evtl. der "Zerstäubungs" (Kleb-) Vorgang nochmals wiederholt werden muß, besteht darin, daß die Verbindung Gleisschwelle - Schallabsorptionsmaterial noch nicht optimal erfolgte und / oder die Schotteroberfläche noch nicht abriebfest ist.

Bei einer "richtigen Verklebung" ist die Schotteroberfläche noch flexibel. Dies bedeutet, daß sich das Gleis bei einem leichten Druck von oben noch bewegen läßt.

Das Schotterbett und das Gleis sind dann noch elastisch miteinander verbunden; analog wie bei der großen Bahn.

Eine Verbindung Gleisschwelle <> Schotter <> Schallabsorptionsmaterial muß so elastisch bleiben, daß das Gleis weiterhin noch ausschwingen kann.

Der "richtige" Schotter richtet sich nach dem Frequenzband, welches bedämpft werden soll. Da wir es hier mit einem weiten Spektrum zu tun haben, ist es empfehlenswert "größere" und "kleinere" Schotter-Korn-Größen zu mischen.

Am besten unternimmt man Versuch mit seinem rollenden Material, denn das hat einen erheblichen Einfluß.

Ich bevorzuge eine größere Korngröße, die etwas über dem Modellbahnmaßstab liegt.
Zum einen ist hier der Schotter optisch besser wahrnehmbar und zum anderen ergibt sich eine "rauhere" Oberfläche, an der sich der Schall besser brechen kann.
Aus dem gleichen Grunde sollten die Schwellenzwischenräume auch nicht "bis zum Rand" voll geschottert werden, sondern etwas darunter liegen. Ein "Höhenwechsel" ist nicht nur optisch interessanter, sondern er mindert wiederum den Reflexionsgrad.

hierzu weiteres im Abschnitt "Anlagenausgestaltung"

Wirkung

  • Die "Tröpfchen", in Verbindung mit dem oben genanten Kleber, bewirken eine elastische Bindung der Materialien an deren Oberfläche.

    Der - bei der traditionellen Methode - ausgehärtete Kleber PLUS dem Gleis PLUS der Gleisunterlage bildet eine gute Schallbrücke. Hierbei kann es bei gewissen Frequenzen auch zu einer als "Verstärkung" wahrgenommenen Schwingung kommen.
    Da diese Konstruktion keine Schwingungen abbauen kann, werden alle Schwingungen als Körperschall weitergeleitet UND  der Luftschall reflektiert.

    Auch diverse Industrieprodukte verhalten sich nach diesem Konstruktions-Prinzip.

    Natürlich ist immer die Frage, was ist der Vergleichspunkt (Ton) ?? -- Dieser ist im Modelleisenbahnbau nicht definiert, somit muß sich jeder seinen eigenen Vergleichsmaßstab bilden und seine eigene Einschätzung, ob das Schallschutzergebnis seinen persönlichen Anforderungen entspricht !!.
  • Durch die feine tröpfchenweise Aufbringung des Klebers findet später auch keine den gesamten Schotter- Gleis- Hohlraum ausfüllende Aushärtung des Klebers statt. Ferner geht dadurch der Schotter auch keine "innige Verbindung" mit dem Gleis ein. Somit wird weiterhin mittels Materialschwingungen der Abbau der Schallenergie unterstützt 
     
  • Aufgrund der verbleibenden Elastizität wird sowohl der "Körperschall" als auch der "Luftschall" bedämpft -- allerdings, das sei eingeräumt, nicht in dem gleichen Maße wie bei einer nicht eingeschotterten Strecke.
     
  • Die "Rauhigkeit" der Schotteroberfläche bestimmt in hohem Maße mit, welches Frequenzband bedämpft wird.
    Da das Frequenzband u.a. maßgebend von dem rollenden Material erzeugt wird, sind Versuche zur Ermittlung der "richtigen Schottermischung" (Korngröße) unerläßlich, will man ein persönlich gutes Ergebnis erzielen.


4. Schallschutzmaßnahme - Schiene

Bei den heutigen, mit einem PC (Softwareprogramm) gesteuerten, digitalen Modellbahnanlagen ist es unumgänglich, daß sog. Melder zur Steuerung des Ablaufs dem Softwareprogramm kundtun, ob sich ein Fahrzeug in einem bestimmten Gleisabschnitt befindet oder nicht.
Um elektrisch diese Gleisabschnitte darstellen zu können, müssen die Schienen an den Gleisabschnittsgrenzen mechanisch (und damit elektrisch) getrennt werden.
Diese "Trennstellen" erzeugen, wie die Stoßstellen an den Gleisenden, beim Befahren ein Geräusch. Ferner bewirken sie eine "Verletzung" der Radoberfläche, was mit der Zeit dazu führt, daß das Rad nicht mehr sauber auf der Schiene abrollt und sich daraus auch wieder eigene Schwingungen ergeben. Im Laufe der Jahre wird sich dadurch auch die Schienenoberfläche verändern.

Abhilfe ist zu schaffen, indem diese "Trennstellen" wieder mit einem elektrisch nicht leitenden Material aufgefüllt und mit der Schienenoberkante (links und rechts) plan geschliffen werden.

Bei mir, im H0 Bereich und dem K-Gleis*, verwende ich nach mehreren Versuchen "AQUA - CLOU Holzpaste von der Fa. Alfred Clouth Lackfabrik GmbH & Co KG, Offenbach".

Für andere Gleisarten und andere Modellbahngrößen sind evtl. andere Materialien besser geeignet.

Hinweis:
Im sichtbaren Bereich darf die verwendete Farbe zur Alterung der Gleise eine solche elektrische Trennung durch "Überstreichen" der Trennstellen nicht wieder zunichte machen.


5. Schallschutzmaßnahme - Elektronik

Bei Verwendung der "Plattenbauweise"  können im "nicht sichtbaren Bereich" alle elektronischen Einrichtungen inkl. Verkabelung auf der "Gleisebene" auf- / eingebaut werden; also nicht wie im "klassischen Aufbau" unter der "Holzplatte".
Neben einer Mitwirkung zur Schallbekämpfung erleichtert dieser Aufbau auch die spätere Wartung.

Wirkung

  • Der Luftschall, insbesondere der seitwärts von den Fahrzeugen abstrahlende, wird bereits frühzeitig an seiner Ausbreitung gehindert und auf das Schallabsorptionsmaterial zurück reflektiert und dort "vernichtet".

Achtung:

Diese Akustik-Anleitung soll nur das Prinzip zeigen. Ich übernehme keine Garantie dafür, daß die Realisierung nach diesen Vorgaben gelingt und sich Erfolg und Zufriedenheit einstellen.

Die hier benannten und von mir verwendeten Materialien stehen für eine solche Materialart / Materialklasse und dienen ausschließlich der Veranschaulichung.
Der Nutzer wir ausdrücklich aufgefordert, sich ein eigenes Bild von den am Markt verfügbaren Produkten zu bilden und dann "sein" Produkt auswählen.

Wird, angeregt durch diese Darstellung, ein solcher "Akustik-Aufbau" getätigt, dann auf eigene Gefahr und eigenes Risiko.

Ich wünsche Ihnen in diesem Falle ein gutes Gelingen und viel Freude.


HINWEISE     zu mit  *  markierten Worten

Alle Firmenbezeichnungen / Firmennamen; Produktbezeichnungen / Produktnamen stellen keine Werbung oder Empfehlung dar, sondern beschreiben nur die in diesem Projekt individuell und subjektiv ausgewählten Produkt - Hersteller bzw. Lieferanten als auch deren verwendeten Produkte zur Anschauung, Darstellung und Beschreibung des eigentlichen Projekt - Inhalts.

Analoges gilt auch für die eingetragenen Links (s. hierzu Distanzierung auf der Link-Seite).

Der Leser soll selbst auf dem Markt recherchieren und für seine Bedürfnisse selbst entscheiden, welches Produkt er einsetzen will und wo er sich dieses beschaffen möchte.

In dieser Veröffentlichung verwendete Produktnamen / Produktbezeichnungen sind von / durch den einzelnen Hersteller(n) geschützt. Ihre Nutzung dient lediglich zur Kennzeichnung / Beschreibung des Produktes selbst.
Analoges gilt für die erwähnten
Firmenbezeichnungen / Firmennamen.