Schwingungsisolierung

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Als Schwingungsisolierung wird in der Maschinendynamik die Methode bezeichnet, mit der die Übertragung von Schwingungen von einem Körper auf einen anderen verringert werden kann. Zwischen den beiden Körpern werden dazu ein oder mehrere parallele Feder-/Dämpfer-Elemente angeordnet.

Unerwünschte Schwingungen und Stoßeinwirkungen treten in allen technischen Gebieten auf, insbesondere in der Maschinen- und Elektroindustrie, der Verkehrs-, Bau- und Verfahrenstechnik. Die Schwingungsisolierung nutzt aus, dass die Übertragung mechanischer Schwingungen, die aufgrund äußerer Erregungen entstehen, durch Massenkräfte reduziert werden kann. Dies wird auch als Massenkraftkompensation bezeichnet.

Die Massenkräfte entstehen durch die Schwingbewegungen des gegebenen schwingungsfähigen Systems. D. h. die elastisch gelagerte Masse (Maschine, Anlage usw.) muss selbst Schwingbewegungen ausführen; das hierbei noch zulässige Verhalten ist anlagenspezifisch. Ab einem bestimmten Frequenzverhältnis (s.u.) der Erregungsfrequenz zur Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems wirken dann die Massenkräfte den Erregerkräften entgegen.

Wie die Schwingungsisolierung dient auch die Körperschallisolierung grundsätzlich dazu, die Übertragung mechanischer Schwingungen zu reduzieren. Das eigentliche Ziel der Körperschallisolierung ist jedoch die Reduzierung des durch Körperschall entstehenden sekundären Luftschalls. Dabei spielt die Eigenfrequenz des zu isolierenden Körpers auf dem Element eine entscheidende Rolle, da Schwingungsisolierung erst für ein Frequenzverhältnis auftritt.

Bei Aufgaben im Bereich der Schwingungsisolierung wird unterschieden zwischen hoher und tiefer Abstimmung (Gestaltung der Lagerung entsprechend der jeweiligen Anforderungen):

  • bei hoher Abstimmung ist die Eigenfrequenz der Lagerung größer als die Anregungsfrequenz,
  • bei tiefer Abstimmung ist die Eigenfrequenz der Lagerung kleiner als die Anregungsfrequenz.

Eine tiefe Abstimmung sollte angestrebt werden, da nur dann eine Schwingungsisolation erzielt werden kann.[1] Die Schwingungsisolierung hat meist Abstimmfrequenzen, d. h. Eigenfrequenzen der Lagerung, unterhalb von 25 Hz.

Amplitudenfrequenzgang (Betrag der Übertragungsfunktion) eines Einmassenschwingers für verschiedene Dämpfungswerte

Die Vergrößerungsfunktion (Fußpunkt- bzw. Weganregung), die der Schwingungsisolation für einen Einmassenschwinger mit einem Freiheitsgrad zugrundeliegt, lässt sich wie folgt berechnen:

Um Schwingungsisolierung zu erreichen, muss die elastisch gelagerte Maschine über ihrer Eigenfrequenz, also im überkritischen Bereich, betrieben werden. Es ist zu beachten, dass beim Hochfahren der Maschine und ebenso beim Ausschalten kurzzeitig die Resonanz durchfahren wird. Dabei können die Resonanzüberhöhungen, abhängig von der Dämpfung der schwingungsisolierenden Elemente, unterschiedlich groß werden.

Schwingungs- und Körperschallisolierung werden unterteilt in:

  • Quellenisolierung (Emissionsschutz; aktive Isolation): Umgebung wird vor dynamischer Beanspruchung aus der Maschine geschützt (z.B. Lagerung eines Kompressors)
  • Empfängerisolierung (Immissionsschutz; passive Isolation): Maschine wird vor dynamischer Beanspruchung aus der Umgebung geschützt (z.B. Lagerung eines Messinstruments).

Schwingungsisolierung wird im Maschinen- und Anlagenbau genutzt, um Schwingungsemissionen aus Maschinen (etwa Getrieben in Windkraftanlagen oder von Pressen) zu vermindern oder um erschütterungsempfindliche Maschinen, z.B. Messmaschinen, vor Schwingungsimmissionen zu schützen. Dazu wird die zu isolierende Maschine auf Elementen mit elastischen und dämpfenden Eigenschaften, z. B. aus elastomeren Werkstoffen, gelagert.

Dabei wird das Isolierverhalten durch die Dämpfung des Elements beeinflusst: je höher die Dämpfung, desto geringer die isolierende Wirkung. Je nach Anwendung (Gewicht, Frequenzbereich, Art der Anregung ...) kommen sehr unterschiedliche Bauteile und Materialien zum Einsatz.

Im Gegensatz zur Schwingungsisolierung steht die Schwingungstilgung, bei der auf dem schwingenden Objekt eine zusätzliche Masse (ein Tilger) installiert wird. Deren Lagerung wird auf die Resonanzfrequenz des Objektes abgestimmt.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Schwingungstechnik. Abgerufen am 10. November 2016.