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Schütteln verboten!

| Autor: Simone Käfer

Es muss nicht mal die eigene Maschine sein, sogar das Gebäude kann unerwünschte Vibrationen auslösen. Schwingungsdämpfer sollen dem abhelfen. Ein Prüfstand und eine Zerspanungsmaschine wurden mit unterschiedlichen Produkten ausgestattet.

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Beim Prüfstand der Fachhochschule Südwestfalen sollten Schwingungen reduziert werden.
Beim Prüfstand der Fachhochschule Südwestfalen sollten Schwingungen reduziert werden.
(Bild: Fachhochschule Südwestfalen, ACE Stoßdämpfer)
  • Die niederfrequenten PLM-Luftfederelemente von ACE Stoßdämpfer bieten durch ihre interne Luftkammer eine Isolierwirkung ab einer Frequenz von 5 Hz aufwärts.
  • Bei den Gummi- Luftfedern Faebi-HD von Bilz Vibration kann der Strömungsquerschnitt von außen eingestellt werden.

Unsere Produkttester der Woche, Prof. Wilhelm Hannibal und seine Studenten der Fachhochschule Südwestfalen, haben ein ehrgeiziges Ziel: Sie wollen Ölpumpen dahingehend verbessern, dass diese dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch von Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Um sich dem Optimalregelzustand anzunähern, galt es, Kennlinienaufnahmen der Ölpumpen aufzuzeichnen sowie verschiedene Regelstrategien miteinander zu vergleichen. Dafür baute das Team des Studiengangs Automotive einen eigenen Prüfstand. Die Gesamtkonstruktion kam bei einer Länge von 2500 mm und einer Breite von 900 mm auf ein Gewicht, das mit 1500 kg durchaus dem eines Pkw gleichkommt.

Ein auf dem Testaufbau befindlicher Gleichstrommotor treibt die Pumpen mit 300 bis 7000 min–1 an. Das reicht, um die Konstruktion in Schwingung zu versetzten, aber für günstige Messergebnisse muss gegengesteuert werden. Denn auch die Regeltechnik soll auf Effektivität geprüft werden. Aus diesem Grund wurde der Prüfstand auf sechs Gummi-Metall-Isolatoren gestellt. Diese verringerten zwar die Schwingungen, aber sie beeinflusste trotzdem eine zweite Prüfstation im Raum.

Ergänzendes zum Thema
Anwenderblick
Drei Fragen an den Anwender

Wilhelm Hannibal, Professor an der Fachhochschule Südwestfalen, über das Projekt der sparsamen Ölpumpe und die Zusammenarbeit mit ACE Stoßdämpfer.

„Für unsere Prüfstände wurden sehr präzise Schwingungsanalysen durchgeführt”, Prof. Wilhelm Hannibal, Fachhochschule Südwestfalen.
„Für unsere Prüfstände wurden sehr präzise Schwingungsanalysen durchgeführt”, Prof. Wilhelm Hannibal, Fachhochschule Südwestfalen.
( Bild: Fachhochschule Südwestfalen, ACE Stoßdämpfer )

Sie wollen den Energieverbrauch von Ölpumpen reduzieren. Wie ist das möglich?

In den Motorkonstruktionen früherer Zeiten arbeiteten Ölpumpen immer unter Volllast, heute sind sie geregelte Aggregate. Werden sie bei reduzierter Fördermenge genutzt, ist es auch möglich, ihre Leistungsaufnahme zu verringern.

Wo genau lag die Schwierigkeit bei Ihrem Unterfangen?

Uns war von Anfang an klar, dass das Drehzahlspektrum 300 bis 7000 Umdrehungen in der Minute ausreicht, um die Konstruktion in Schwingungen zu versetzen. Wir mussten gegensteuern, um vernünftige Messergebnisse zu bekommen.

Sind Sie mit der Zusammenarbeit mit ACE Stoßdämpfer zufrieden?

Wir sind mit der Zusammenarbeit mit dem Unternehmen ACE sehr zufrieden. Für unsere Prüfstände wurden sehr präzise Schwingungsanalysen durchgeführt, sodass die pneumatischen Lager gut abgestimmt wurden. Während der kompletten Prüfstandsbetriebe, bei denen wir sehr genau Drehmomente an rotierenden Wellen messen, traten keine störenden Prüfstandsschwingungen auf.

Die pneumatischen Luftfederelemente PLM von ACE Stoßdämpfer sollen hauptsächlich Messeinrichtungen, Hochgeschwindigkeitspressen und Maschinen von Schwingungen isolieren.
Die pneumatischen Luftfederelemente PLM von ACE Stoßdämpfer sollen hauptsächlich Messeinrichtungen, Hochgeschwindigkeitspressen und Maschinen von Schwingungen isolieren.
(Bild: Fachhochschule Südwestfalen, ACE Stoßdämpfer)

Niederfrequente Luftfederelemente

Das Team von Hannibal wandte sich an ACE Stoßdämpfer, weil das Unternehmen kostenlose Schulungen an der Hochschule abhielt. Aus der ACEolator-Serie wurden niederfrequente Luftfederelemente ins Auge gefasst. Nach einer Ist-Aufnahme der Techniker von ACE entschied man sich für PLM-Luftfederelemente der Serie. Diese niederfrequenten Elemente bieten durch ihre interne Luftkammer eine Isolierwirkung ab einer Frequenz von 5 Hz aufwärts.

Die Eigenfrequenz liegt dabei im belasteten Zustand bei 3 Hz. Neben der Dämpfung von Prüfständen können mit den Luftfedern auch Schwingungen unter Aufbauten mit Messsystemen entkoppelt werden. Zudem isolieren sie Hochgeschwindigkeitspressen oder Produktionsanlagen von Vibrationen. Durch ihren einvulkanisierten Gewindeeinsatz können Anwender die Luftfedern entweder über ein Standard­reifenventil oder eine pneumatische Verschraubung mit Druckluft beaufschlagen. Sonderanschlüsse sind bei diesen leicht nivellierbaren Elementen nicht nötig, erklärt ACE.

Die Schwingungsdämpfer von Bilz Vibration bestehen aus einer Elastomer-Metall-Verbindung mit verstärkter Seitenwand und einem Zweikammersystem.
Die Schwingungsdämpfer von Bilz Vibration bestehen aus einer Elastomer-Metall-Verbindung mit verstärkter Seitenwand und einem Zweikammersystem.
(Bild: Bilz)

Luftfedern aus Elastomer und Metall

Weg vom Prüfstand hin zu Zerspanungsmaschinen: Ein weiterer Anwender hat in sein Bearbeitungszentrum die Gummi-Luftfedern Faebi-HD von Bilz Vibration eingebaut. Es geht darum, Schwingungen von anderen Maschinen oder Vibrationen, die durch die Gebäudestruktur entstehen können, auszuschließen.

Die Schwingungsdämpfer bestehen aus einer Elastomer-Metall-Verbindung mit verstärkter Seitenwand und einem Zweikammersystem. Um eine möglichst hohe Dämpfung zu erzielen, ist der Luftraum in zwei durch einen Luftschlauch verbundene Kammern aufgeteilt. Durch ein verstellbares Drosselventil kann der Strömungsquerschnitt von außen auf die jeweiligen Bedürfnisse eingestellt werden. Aufgrund der hohen Dämpfung sind die Resonanzverstärkungen im Vergleich zu Luftfedern mit nur einer Kammer kleiner und die Maschinenbewegungen klingen wesentlich schneller ab.

Sie haben kürzlich auch ein neues Produkt in Ihr Unternehmen eingeführt oder einen Service getestet und möchten Ihre Erfahrungen teilen? Dann werden Sie unser Produkttester der Woche. Schreiben Sie an: simone.kaefer@vogel.de

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Über den Autor

Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung, Werkstoffe und Materialfluss, Vogel Communications Group