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Schwingungstechnik

Schwingungstechnik

Schwingungen, die durch Maschinen und Apparate verursacht werden, sind störend. Die Reduktion von Schwingungsemissionen (Abstrahlung) oder -immissionen (Einstrahlung) stellt heute immer grössere Anforderungen an den Maschinenbauer bzw. -betreiber. Gezielte Schwingungsbekämpfung ist daher ein Muss.

Grundlagen

Harmonische Schwingung
Bild 1: Harmonische Schwingung

Bild 1 zeigt eine harmonische, ungedämpfte Schwingung. Die wichtigsten Begriffe in der Schwingungs­technik sind Frequenz f, Amplitude A und Dämpfung D; auch Eigenfrequenz und Resonanz gehören dazu.

Die Frequenz f ist ein Mass für die Anzahl Schwingungen pro Sekunde.   

Körperschall sind Schwingungen, die sich in einem festen Körper fortpflanzen. Bei tiefen Frequenzen spricht man meist von mechanischen Schwingungen.

Die Amplitude ist der Schwingungsausschlag um die Ruhelage. Sie bestimmt die Schwingstärke.

Die Dämpfung D bezeichnet das Mass der Amplitudenabnahme der Schwingung eines frei schwingenden Feder-Masse-Systems durch Reibung. Die Dämpfung beruht auf der Energieumwandlung in Wärme.

Die Eigenfrequenz f0 eines Körpers ist die Frequenz, mit der er ohne äussere Einwirkung frei um seine Gleichgewichtslage schwingt. Jeder Körper hat seine Eigenfrequenz, die aber nur in den einfachsten Fällen berechnet werden kann. Meistens kann sie jedoch problemlos mittels Schlag- oder Impulsanregung gemessen werden. Ist diese Eigenfrequenz nahe bei einer Erregerfrequenz fE oder stimmt sie gar mit dieser überein, herrscht  Resonanz. In diesem Fall wächst die Amplitude an, was zur Zerstörung des Systems führen würde.

Schwingungsisolierung

Schwingungsisolation
Bild 2: Schwingungsisolierung eines dynamischen Systems
Bild 3: Kraftübertragungsfaktor in Funktion des Frequenz-verhältnisses

Die Schwingungsisolierung eines dynamischen Systems besteht darin, dieses gegenüber der Umgebung durch einen elastischen Körper abzutrennen, der eine von der Systemerregerfrequenz fE wesentlich verschiedene Eigenfrequenz f0 aufweist. 

In Bild 2 ist ein solches System mit Isolierung schematisch dargestellt. Praktisch interessiert die noch abgegebene Restkraft FR beziehungsweise das Verhältnis dieser Restkraft zur ursprünglichen Erregerkraft. 
Dieses Verhältnis, Kraftübertragungsfaktor VK genannt, ist in Bild 3 in Funktion des Frequenzverhältnisses    dargestellt.
Bei der Verwendung von elastischen Materialien wurde festgestellt, dass auch unterhalb des Resonanzbereichs von etwa η = 0,5 die Schwingungsbeschleunigungswerte reduziert werden und somit eine Isolationswirkung vorhanden ist.
Die Eigenfrequenz in Funktion der spezifischen Belastung muss für Elastomere in Labormessungen ermittelt  werden. Die messbare Dickenabnahme der Platten wird zweckmässigerweise mit Stauchung bezeichnet.

Schwingungsisolierte Maschinenlagerung

Fast immer sind die Anforderungen an eine Maschinenaufstellung widersprüchlich: Die Maschine soll fest und stabil stehen, aber gut schwingungsisoliert sein. Sie soll einfach und schnell montierbar (und demontierbar) sein, aber nicht rutschen. Und sie soll auch hochpräzise nivelliert und nachnivelliert werden können, sich aber nicht verstellen. Hier hilft nur die grosse praktische Erfahrung von AirLoc Schrepfer AG, um die individuell richtige Lösung zu finden.

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Druckdatum: 05.12.2016