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Elastomere

Stoß- und Schwingungsabsorption mit Polyurethanplatten

13.12.2006 | Autor / Redakteur: Josef Kraus / Josef-Martin Kraus

Bild 1: Als Plattenwerkstoff minimiert viskoelastisches Polyurethan Rückpralleffekte.
Bild 1: Als Plattenwerkstoff minimiert viskoelastisches Polyurethan Rückpralleffekte.

Aus viskoelastischem Polyurethan werden Platten hergestellt, die im Maschinen- und Anlagenbau nicht nur zum Isolieren oder Dämpfen von Schwingungen verwendet werden können, sie halten auch stoßartigen Belastungen stand. Zuschneiden oder Weiterbearbeitung zu Formteilen ist möglich.

Üblicherweise kommt viskoelastisches Polyurethan in Produktionsmaschinen nur zum Isolieren und Dämpfen von Schwingungen zur Anwendung. Nun werden auf Basis dieses Werkstoffs vom Dämpfungsspezialisten ACE in Langenfeld Platten hergestellt, die auch stoßartige Belastungen absorbieren (Bild 1). Die Besonderheit des viskoelastischen Elastomers liegt dabei in der Werkstoffrezeptur. Sie verleiht den Polyurethanplatten der Reihe Slab (Typ SL-030, SL-100 und SL-300) ein sehr hohes inneres Dämpfungsvermögen.

In fast jedem Produktionsprozess sind Maschinenkomponenten Schwingungen und stoßartigen Belastungen ausgesetzt. Diese störenden Bewegungen können zu Produktionsausfällen führen. Zumindest reduzieren sie aufgrund des hohen Geräuschpegels die Arbeitsqualität. ACE hat sich daher auf die Isolierung oder Dämpfung beider Schadensquellen konzentriert und sich dazu die Vorteile von viskoelastischem Polyurethan zunutze gemacht.

Das Ergebnis sind Polyurethanplatten, bei denen je nach Werkstoffrezeptur der Anwendungsschwerpunkt mehr auf der Stoßdämpfung oder der Verzögerung von Schwingungen liegt. Dazu ist der Werkstoff laut dem Dämpfungsspezialisten entweder als gemischtzellige Struktur ausgeprägt oder wurde mit einem charakteristischen Feder-Dämpfungs-Verhalten versehen.

Dämpfung von Stößen zwischen Werkstückträgern

Bei der Dämpfung von Stößen kommt es auf das Kraftabsorptionsvermögen an. Dieser gedämpfte Rückpralleffekt ist bei optimierter Werkstoffrezeptur auf weniger als 30% der ursprünglichen Kraft reduziert. Aufgrund dieses mechanischen Vermögens sind die Platten als Dämpfungselement zwischen Werkstückträgern, als Aufprallpuffer, Schubladen- und Türendämpfer geeignet, aber auch zum Auskleiden von Einfülltrichtern und Wannen, wie man sie zum Beispiel bei Bandbunkern und Sortieranlagen findet. Bei diesen Anwendungen muss der Plattenwerkstoff Kräfte bis zu 250 Nm je Hub – bei voller Nutzung des Hubs – aufnehmen können. So wurden vor kurzem diese Platten erstmals bei einem Maschinenbauer in horizontalen Bearbeitungszentren für die Metallindustrie verbaut (Bild 2).

Die Bearbeitungszentren BAW04 und BAW06 der Schwäbischen Werkzeugmaschinen GmbH, Schramberg-Waldmössingen, sind für die „leichte Zerspanung“ ausgelegt. Als Monoblock konzipiert, wurden sie auf niedrige Massen getrimmt. Die beidseitig geführte 3-Achs-Einheit (Rahmenbauform) wird linear angetrieben. Alle antriebstechnischen Komponenten und Elemente – zum Beispiel Führungen, Linearmotoren und Maßstäbe – befinden sich außerhalb des mit Edelstahl verkleideten Zerspanungsraums. Dadurch können die entstehenden Späne frei nach unten fallen.

Schnelle Integration durch einfache Montage

Bei diesen Zerspanzentren bewegt sich die Energieführungskette (Kabelkanal) mit einer Geschwindigkeit bis zu 100 m/min. Laut ACE schlug sie zu Beginn der Konstruktionsphase mit Wucht gegen das Gehäuse. Hohe Aufprallkräfte und Lärm waren die Folge. Mit einer 25 mm dicken, viskoeleastischen Polyurethanplatte (Typ SL-030-25), die man auf eine Größe von 300 mm × 220 mm zugeschnitten hat, werden die Kräfte nun aufgenommen.

Der Betriebslärm ist signifikant reduziert. Außerdem sei die Montage äußerst einfach, heißt es. Das war dem schwäbischen Maschinenbauer besonders wichtig, weil er erst in der Entwicklungsendphase auf die viskoelastischen Platten aufmerksam wurde und diese einfach ausprobieren konnte – mit Erfolg. Eine schnelle Integration sei daher für die Anwendung von entscheidender Bedeutung gewesen.

Je nach Anwendung lassen sich die Platten zweidimensional zuschneiden oder zu Formteilen bearbeiten. Sägen, Wasserstrahlschneiden, Stanzen, Spalten und Bohren sind möglich. Danach werden die Zuschnitte oder Formteile einfach an die Maschinenkomponenten geklebt, geklemmt oder geschraubt. Die Montage ist beendet. Besondere Gleit-, Haft-, Verschleißschutz- oder Klebeschichten können für zusätzliche Funktionseigenschaften sorgen. Sie erweitern unter anderem die thermische Belastbarkeit. So können die Dämpfungselemente Temperaturen von –30 bis 70 °C ausgesetzt werden. Kurzfristig halten sie laut ACE sogar bis zu 110 °C stand.

Als Maß für das Schwingungsisoliervermögen eines Werkstoffs kann das Feder-Dämpfungs-Verhalten herangezogen werden. Bei optimierter Polyurethanrezeptur (Typ SL-450, SL-600, SL-720) erschließt es den viskoelastischen Platten zahlreiche Anwendungen zur Schwingungsisolierung im Maschinen- und Anlagenbau: bei Werkzeug- und Textilmaschinen, Klima- und Lüftungsgeräten, Kranschienen und Hydraulikaggregaten.

Dazu erfolgt die Anwendung der Platten als vollflächige, streifen- oder punktförmige Auf-, Zwischen- oder Unterlage – mit Werkstoffdichten, die bei Standardplatten 450, 600 und 720 kg/m3 betragen. Über die Werkstoffrezeptur werden die statischen und dynamischen Polyurethaneigenschaften „eingestellt“. Diese Abhängigkeit wird bei ACE zur Vorausberechnung des elastischen Dämpfungsvermögens genutzt.

Flächenförmige Anbringung bringt größte Effekte

Damit Konstruktionen langlebig, schwingungs- und geräuscharm sind, rät man bei ACE zu einer flächenförmigen Anbringung der Platten – zum Beispiel in einem Betonsockel, bevor die Maschine in Betrieb genommen wird. Aber auch massive, verwindungssteife Fundamentplatten oder Maschinenrahmen führten zu guten Ergebnissen. Standardplatten aus viskoelastischem Polyurethan können je nach Rezeptur eine statische Belastbarkeit bis zu 0,50 N/mm2 erreichen. Und mit Sonderplatten ist eine dauerhafte Steigerung bis zu 0,8 N/mm2 möglich. Kurzfristig halten die Platten einer Belastung bis zu 5 beziehungsweise 6 N/mm2 stand.

Für die Schwingungsisolierung werden die Platten zugeschnitten. Ferner hält ACE Polyurethanrollen auf Lager vor. Darüber hinaus sind andere Bauteilgeometrien durch dreidimensionale Formgebung herstellbar – im Schäumverfahren. Eine zusätzliche Beschichtung ist – wie bei den Platten und Elementen zur Stoßdämpfung – möglich.

Weitere Informationen: ACE Stoßdämpfer GmbH, Tel. (02173) 9226-10, info@ace-ace.de

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