• Warum baut man besser auf fundamentales Wissen?

Für jedes Schwingungsproblem die optimale Lösung

Federlager

Isolierung

Federlager sind die typischen Produkte, um ein schwingungsfähiges System von einer Schwingungsquelle zu entkoppeln und so zu isolieren Sie werden zwischen die Quelle und das System gebracht und erlauben es so, den Energietransfer von der Quelle an das System zu minimieren. Die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems f0, welches durch die Steifigkeit der Federlager und der unterstützten Masse definiert ist, muss so ausgelegt werden, dass sie sich deutlich von der Erregerfrequenz der Schwingungsquelle fE unterscheidet.

Anwendungsgebiete

Verschiedene Fundamentkonzepte für eine Hydraulikpresse
Verschiedene Fundamentkonzepte für eine Hydraulikpresse

Mit Federlagern können viele verschiedene Schwingungsprobleme effizient gelöst  werden. Eine typische industrielle Anwendung ist die Fundamentisolierung von Schwermaschinen wie Pressen oder Schmiedehämmern. In Kraftwerken kommen Federlager zum Einsatz um Kohlemühlen, Dieselaggregate, Turbinen, Pumpen oder Kondensatoren schwingungstechnisch zu isolieren. Kompressoren oder große  Ventilatoren sind weitere Beispiele, bei denen durch die Isolierung mit Federlagern wirkungsvoll vermieden wird, dass durch die genannten Apparate verursachte Schwingungen an die Umgebung übertragen werden (Quellenisolierung).

Federlager können ebenfalls verwendet werden, um ein schwingungsfähiges System gegen unerwünschte Schwingungen aus der Umgebung zu isolieren  (Empfängerisolierung) Beispiele hierfür sind z. B. die Isolierung von Präzisionsmaschinen oder auch Gebäuden gegen unerwünschte Erschütterungen z. B. durch Verkehr.

In jedem Fall können durch eine Isolierung mit Federlagern die Auswirkungen  unerwünschter Schwingungen deutlich reduziert werden und deshalb bieten Federlager

  • wirksamen Schutz für Menschen, Maschinen, Anlagen und Gebäude bei Stoßbeanspruchung oder gleichförmiger Erregung,
  • die Möglichkeit, betriebsbedingte Schwingungen in den zulässigen Grenzen zu halten,
  • die Fähigkeit, den Verschleiß von Maschinen, Ausrüstung und Anlagen zu reduzieren.

Im Ergebnis kann mit einer guten Fundamentisolierung, z. B. für eine große Hydraulikpresse, das Fundament selbst erheblich leichter ausgeführt werden. Mit entsprechender Isolierung kann deshalb schwingendes Gerät in praktisch jeder Umgebung installiert und durch die Isolierung können die Kosten für die Fundamente deutlich reduziert werden.

Viscoelastische Dämpfer

Dämpfung – Dissipation

Viskoelastische Dämpfer mindern Schwingungen, indem sie kinetische  Schwingungsenergie in Wärme umwandeln und so die Bewegung des Systems dämpfen. Dämpfung als Methode zur Schwingungsminderung ist nur wirkungsvoll, wenn das schwingungsfähige System mit einer Frequenz erregt wird, die nahe bei seiner Eigenfrequenz liegt. Aufgrund ihres Konstruktionsprinzips sind viskoelastische Dämpfer über einen breiten Frequenzbereich einsetzbar.

Anwendungsgebiete

Eingebauter viskoelastischer Dämpfer im Kernkraftwerk

Viskoelastische Dämpfer können zur Lösung vielfältiger Schwingungsprobleme verwendet werden. Ein typisches Beispiel ist die Dämpfung betriebsbedingter Schwingungen in industriellen Rohrleitungssystemen z. B. in einem Kraftwerk.

Immer dann, wenn das Rohrleitungssystem nicht von der Schwingungsquelle isoliert werden kann, ist Dämpfung eine Option, die Bewegung der Rohrleitung auf ein zulässiges Maß zu begrenzen.

Ein weiteres Beispiel ist die Dämpfung von Stoßlasten, wie sie z. B. bei großen Schmiedehämmern auftreten. In diesem Fall muss der Dämpfer eine beträchtliche Energiemenge in sehr kurzer Zeit aufnehmen, so dass das System schnellstmöglich zur Ruhe kommt und nach minimaler Totzeit der nächste Arbeitsgang des Hammers beginnen kann Viskoelastische Dämpfer kommen auch zusammen mit Federlagern zum Einsatz, z. B. für die Schwingungsisolierung eines Dieselaggregats in einem Kraftwerk.

Während des Hochlaufens des Aggregats erhöht sich seine Drehzahl zügig bis auf die Betriebsfrequenz. Die Federlager sind dabei so auszulegen, dass bei Betriebsfrequenz die Umgebung schwingungstechnisch gut isoliert wird. Die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems bestehend aus Dieselaggregat, Fundament und Federlagern liegt dann deutlich unter der Betriebsfrequenz, und deshalb muss beim Hochfahren der Resonanzbereich des Systems passiert werden. In dieser Phase sind die Dämpfungselemente nötig, um die Bewegung des System zu dämpfen und Resonanzeffekte möglichst gering zu halten Leider werden Dämpfer zuweilen als Alternative zu Stoßbremsen vorgeschlagen. Die Funktion von Stoßbremsen ist der Schutz von mechanischen Verbindungen bei Stoßbeanspruchungen.

Deshalb werden sie parallel zu der zu schützenden Verbindung montiert und bieten im Falle der Beanspruchung einen feste Parallelverbindung, die die auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Ein Beispiel hierfür ist z. B. die Verbindung des Dampferzeugers in einem Nuklearkraftwerk an das Rohrleitungssystem, die gegen Erdbeben geschützt werden soll. Für diesen Anwendungsfall sind viskoelastische Dämpfer ungeeignet, da sie in der kurzen Reaktionszeit nicht die notwendige Festigkeit liefern.

Produkte zur Schwingungsminderung finden Sie bei unserem Joint Venture Partner VICODA.