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Schwingungsisolation Viskoelastische Plattensysteme zum Aufstellen von Schwerstmaschinen

| Autor / Redakteur: Süleyman Güney / Josef-Martin Kraus

Für eine wirksame Schwingungs-, Stoß- und Körperschallisolation bei Schwerstmaschinen eignen sich passive Systeme aus geschichteten, viskoelastischen Plattenwerkstoffen. Diese Isolierpakete haben eine niedrige Eigenfrequenz in vertikaler Richtung und eine hohe Formstabilität. Das Ergebnis dieser Composites ist eine gute Dämpfungswirkung.

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Damit sich nicht Bodenschwingungen und -erschütterungen auf die Fertigungsqualität auswirken, wird diese Maschine auf geschichtete viskoelastische Isolierplatten gestellt. Bilder: Isoloc
Damit sich nicht Bodenschwingungen und -erschütterungen auf die Fertigungsqualität auswirken, wird diese Maschine auf geschichtete viskoelastische Isolierplatten gestellt. Bilder: Isoloc
( Archiv: Vogel Business Media )

Schwerstmaschinen, insbesondere Umformmaschinen, erzeugen oftmals hohe dynamische Impulse und mechanische Schwingungen, die sich über den Boden oder das Erdreich fortpflanzen. Davon werden Feinbearbeitungsmaschinen und Gebäude negativ beeinflusst. Die von den Maschinen verursachten Erregungen sind Kräfte, die unkontrollierbare Wege gehen und mit der Dreh- oder Hubzahl zunehmen. Entsprechend verhält es sich mit freien Massenkräften und Momenten bei ungleichförmig bewegten Maschinenteilen.

Ein Gebäude, aber auch ein Messgerät, ist ein schwingungsfähiges System, das die Erregungen zusätzlich verstärkt. Die dabei auftretenden mechanischen Schwingungen – also Erschütterungen und Körperschall – wirken auf Menschen und Einrichtungen in den Gebäuden. Solche Belastungen sind für Menschen auf Dauer gesundheitsschädigend und für Geräte und Einrichtungen in den Gebäuden und Produktionshallen funktionsstörend. Ausschuss, kurze Werkzeugstandzeiten, Maschinen-, aber auch Gebäudeschäden sind die Folge. Schon aus rein wirtschaftlichen Gründen ist in solchen Fällen eine speziell ausgelegte Schwingungsisolation erforderlich.

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Mechanische Schwingungen werden als störend empfunden

Erschütterungen sind mechanische Schwingungen, die vom Menschen spürbar sind und oftmals als störend empfunden werden. Zu den mechanischen Schwingungen gehört auch der Körperschall, der zum Beispiel von einem Stahlbeton-Baukörper abgestrahlt und als unangenehme Lärmquelle empfunden wird. Diese unguten Einflüsse können durch geeignete schwingungstechnische Maßnahmen wirksam reduziert werden. Dazu bedarf es allerdings einer speziell ausgelegten Schwingungsisolation und -dämpfung. Schwingungsdämpfung ist Energiedissipation: Durch Dämpfung wird dem System Energie entzogen. Zur Reduzierung der von einer Maschine ausgehenden Kräfte wird diese Maschine auf elastischen und dämpfenden Elementen gelagert. Diese Art der Schwingungsisolation wird als Quellenisolation (Emissionsschutz) bezeichnet.

Wird zum Beispiel eine Warmumformpresse mit hoher Abstrahlung von Impulsen gegen das Fundament oder den Gebäudekörper schwingungsisolierend gelagert, so spricht man von einer Quellenisolation, also vom Emissionsschutz. Sollen im umgekehrten Fall Feinbearbeitungsmaschinen oder Messgeräte gegen die Übertragung von Schwingungseinflüssen geschützt werden, handelt es sich um eine Empfängerisolation, also um Immissionsschutz. Um eine wirksame Reduzierung der Störungseinflüsse zu erreichen, sind unterschiedliche, problemspezifisch angepasste Maßnahmen erforderlich.

Es ist schwingungstechnisch gesehen gleichwertig, ob Schwingungsemissionen (Abstrahlung) oder Schwingungsimmissionen (Einstrahlung) die beschriebenen Störungen verursachen. Allerdings sind unterschiedliche Maßnahmen für die Reduzierung dieser Störungseinflüsse erforderlich. Die klassische Schwingungsisolation besteht aus den Elementen Masse, Feder und Dämpfer:

Masse wird durch Verwendung eines Fundamentes vergrößert

Die Masse ist im Allgemeinen durch die Maschine selbst gegeben. Jedoch wird sie häufig durch Verwendung eines Fundamentes vergrößert. Die Vorteile dieser Zusatzmasse sind je nach Maschinenart und -größe von entscheidender Bedeutung. Aufgrund einer Zusatzmasse und Zusatzfeder bei gleich bleibender Eigenkreisfrequenz wird das dynamische Verhalten einer schwingungsisoliert aufgestellten Maschine verbessert. Der Isolationsgrad ändert sich dadurch nicht. Die Vorteile sind:

  • Die Schwingungsamplituden bei Einwirkung dynamischer Kräfte sind kleiner.
  • Angeschlossene Elemente werden mechanisch weniger beansprucht.
  • Die Zusatzmasse führt zu einer weiteren Versteifung der Maschine.
  • Es wirken geringere Massenkräfte auf die Komponenten der Maschine.
  • Der Maschinenstand ist weit weniger Amplituden ausgesetzt. Das wirkt sich positiv auf die elektronischen Maschinen- und Steuerungskomponenten aus.
  • Eine patentierte Nivellierung – auch schwerster Lasten – erleichtert die Montage.
  • Die dynamische Beanspruchung ist geringer. Somit wird der Verschleiß von Maschinenkomponenten reduziert.
  • In den meisten Fällen ist eine befestigungsfreie Aufstellung – ohne Bodenverletzung infolge Steinschrauben – möglich. Das sichert die Mobilität des Maschinenparks.
  • Die Fertigungsqualität wird erhöht. Die reduzierten Montagekosten (um etwa 50%) führen zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen.

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