Konstruktionselemente

Gut abgefedert

28.09.2006 | Redakteur:

Schwingungsdämpfung an Maschinen mit Elastomeren

Schwingungsdämpfung an Maschinen mit Elastomeren Schwingungen können schnell zum Problem werden, wenn Körper in ihrer Eigenfrequenz erregt werden, also in Resonanz geraten. Das gilt nicht nur für Bauteile wie Wellen oder Schrauben, die vom Antrieb der eigenen Maschine angeregt werden und möglicherweise einem Ermüdungsbruch erliegen. Das gilt in besonderem Maße auch für ins Schwingen geratene Gebäudebereiche, die wiederum andere empfindliche Maschinen und Anlagen wie Messsysteme, Computer oder sonstiges elektronisches Gerät anregen. Funktionsstörungen an solchen Geräten können die Folgen sein.

Als Erreger für Gebäudeschwingungen kommen vor allem schwere Anlagen wie Werkzeugmaschinen, Pressen, der Verkehr auf der Straße, besonders Schienenfahrzeuge oder Baumaschinen in Betracht. Gebäudeschwingungen werden als Erschütterungen wahrgenommen, die durch die Gebäudestruktur weitergeleitet oder als Luftschall abgestrahlt werden. Bauwerke, die in Resonanz geraten, werden in ihrer Substanz beansprucht, als Schäden können sich Risse einstellen. Schließlich wirken solche Schwingungen auch auf den Menschen, das Spektrum möglicher Folgen reicht vom Nachlassen des Konzentrations- und Leistungsvermögens bis zu physischen Gesundheitsschäden.

Schwingungsisolierung gegen Massenkräfte und Resonanzen

Überall wo starke Schwingungserreger ihre Arbeit verrichten, tut also Isolierung Not. Schwingungsisolierung ist auf zweierlei Art ein Thema: Erstens als aktive Isolierung von Maschinen, deren rotierende Massenkräfte Schwingungen nach außen abgeben. Dem begegnet man durch entsprechende Lagerung der Maschinen. Zweitens spricht man von passiver Isolierung, wenn Resonanzen unterbunden werden sollen, die von anderer Stelle aus erregt werden.

Meistens geht es dabei um die Gebäudeisolierung. Gebäude oder Räume mit empfindlicher Ausstattung können durch geeignete Baumaßnahmen vor passiven Eigenschwingungen der Decken, Wände oder Säulen geschützt werden. Isoloc ist Anbieter für aktive und passive Schwingungsisolationstechnik. Als Isolationswerkstoffe verwendet das Unternehmen speziell entwickelte Elastomere.

Zur Isolierung von Gebäuden eignen sich Isolierplatten, die Isoloc unter der Produktbezeichnung IPL6 entwickelt hat. Diese Platten zeichnen sich durch Druckbelastungswerte von 0,1 bis 0,3 N/mm bei Eigenfrequenzen von 19,6 bis 26,4 Hz aus. Der Dämpfungsgrad beträgt 16,5 bis 24%. Der Anbieter betont, dass besonderes Augenmerk auf die Niveauhaltigkeit der Platten gelegt wurde. Das Material ist PVC-frei, der Reibungskoeffizient auf Beton beträgt bis 1,30, auf Stahl 1,48.

Ein Anwendungsbeispiel sind die neuen Tonstudios des Senders Freies Berlin, die komplett auf diesen Platten gelagert werden. Für besondere Anforderungen besteht die Möglichkeit, Dämpfungspakete mit speziell abgestimmten Dämpfungsgraden zu beziehen, die aus solchen Isolierplatten aufgebaut werden. Diese Pakete, unter der Produktbezeichnung IPK erhältlich, eignen sich auch für Stockwerkaufstellungen.

Elastomer-Lagersysteme tragen auch hohe Lasten

Elastomere ermöglichen ferner die Lagerung von schweren Maschinen wie Pressen oder Stanzen. Der Schwingungstechnikspezialist hat daher ein entsprechendes Lagersystem auf ebenfalls dieser Werkstoffbasis entwickelt. Bis vor Jahren wurden für solche Zwecke ausnahmslos Stahlfeldern verwendet. Stahlfedern haben zwar den Vorteil, dass mit ihnen sehr tiefe Eigenfrequenzen und hohe Isolationsgrade realisiert werden können, aber auch den Nachteil, dass sie über keine Dämpfungseigenschaften verfügen. Es kommen daher zusätzliche, meist viskose Dämpfer zum Einsatz. Aufgrund der tiefen Eigenfrequenzen der Federelemente, die bei 1,5 bis 8 Hz in vertikaler und 0,5 bis 5 Hz in horizontaler Richtung liegen, entsteht eine relativ große Kippbewegung.

Um diese Bewegung zu reduzieren, hat außerdem die Lagerung von Pressen auf einem ausreichend steifen Stahlrahmen zu erfolgen. Die Kosten für konstruktive Maßnahmen dieser Art übertreffen meistens die Kosten für die eigentlichen Isolatoren.Die Elastomer-Lagersysteme von Isoloc verfügen über eine Eigenfrequenz von bis zu 5 Hz. Laut Aussage des Anbieters wären in der Praxis 10 bis 15 Hz ausreichend. Weil Gummiwerkstoffe Feder und Dämpfer in einem sind, sind sie die kostengüns-tigere Lösung. Den Dämpfungsgrad beziffern die Stuttgarter Schwingungstechniker mit 10% bis 15%. Die Anpassung an individuelle Anforderungen ist leicht möglich. Pressenfundamente aus Elastomeren benötigen keinen Stahlrahmen zur Reduzierung von Kippbewegungen, weshalb sich die Bauhöhe spürbar reduziert.

Der Schutz für empfindliche Bauteile ist inbegriffen

Der Anbieter gibt ferner zu bedenken, dass im Falle der Werkzeugentnahme bei einer stahlfedergelagerten Presse die Maschine mit einer relativ großen Amplitude (mehrere mm, je nach Werkzeugmasse und Lagereigenfrequenz) nach oben und unten aus- beziehungsweise einfedert. Dabei könne es zu Zuführungsproblemen kommen. Die Lagerungen von Isoloc begrenzen diese Bewegung auf 1 bis 3 mm. Ein Nebeneffekt und weiterer Kostenvorteil aufgrund der geringeren Bewegung ist der bessere Schutz empfindlicher Bauteile, beispielsweise Elektronikkomponenten der Pressensteuerung.

Verschiedene Aufstellungsmittel lassen sich auch kombinieren und spezifisch anpassen

Außer für Pressen bietet das Stuttgarter Unternehmen Aufstellmittel für allgemeine Anforderungen an: so genannte Nivellierschuhe und Nivellierteller, beides in Kombination mit einem Elastomerpaket, sowie Bodenverankerungssysteme und Horizontalabstützungen. Die gesamte Produktpalette zeichnet sich, so der Hersteller, durch Flexibilität beim Einbau aus. Die Nivellierschuhe eignen sich beispielsweise auch für eine befestigungsfreie Lagerung, zum Beispiel wenn die Maschine nach gewisser Zeit wieder abgebaut werden muss. Falls notwendig, ist aber auch eine Befestigung mit Verankerungssystem möglich.

Diese Anker verfügen über Exzenter, welche Maß-Abweichungen zwischen Maschinenbohrungen und Bodenbefestigung ausgleichen können. Das erleichtert den Monteuren das Aufstellen einer Maschine erheblich, da es auf genaue Befestigungsabstände nicht ankommt.