Vibrationsdämpfer: Vibrationen dämpfen und Schäden vermeiden

Vibrationsdämpfer: Vibrationen dämpfen und Schäden vermeiden

Vibrationsdämpfer werden in vielen Industriezweigen angewandt. Neben der Verringerung von Vibrationen haben die Dämpfer weitere wichtige Funktionen. Sie schützen die Maschinen vor Schäden. Was Sie noch über Schwingungsdämpfer wissen müssen.

Große Maschinen und Instrumente, die in der Industrie eingesetzt werden, erzeugen Vibrationen. Die Schwingungen sind in mehrfacher Hinsicht gefährlich. Einerseits können dadurch empfindliche Bauteile der Maschine beschädigt oder zerstört werden. Andererseits beschädigen die Vibrationen angrenzende Maschinen. Die Schwingungen der Maschine pflanzen sich weiter fort, wenn diese fest mit einer Unterlage verbunden ist. Zugleich können Vibrationen und Schwingungen ebenfalls zu schweren gesundheitlichen Schäden führen. Aus diesem Grund ist es im Rahmen des Vibrationsschutzes wichtig, die Vibrationen zu dämpfen und die Menschen vor gesundheitsgefährdenden Belastungen zu schützen.

    Wirkung von Vibrationsdämpfern

    Außerdem verfügen Maschinen häufig über eine hohe Drehzahl. Dadurch produzieren sie Lärm im Maschinenraum. Dieser ist oft noch in anderen Räumen zu hören. Der Körperschall, der im Maschinenraum entsteht, macht sich auch in unmittelbarer Nähe der Lärmquelle bemerkbar.

    Um die maschinenschädliche Wirkung der Vibrationen zu verringern, werden in der Industrie häufig Vibrationsdämpfer eingesetzt. Diese bezeichnet man auch als Schwingungsdämpfer. Die Dämpfer verringern nicht nur Schäden an der Maschine. Durch die Vibrationen und durch den Lärm verringert sich die Konzentration und die Leistungsfähigkeit beim Menschen. Zusätzlich sind sie der Auslöser für Kopfschmerzen. Vibrationsdämpfer können die gesundheitsschädlichen Wirkungen der Vibrationen verringern.

    Definition von Schwingungsdämpfern

    Bei Schwingungsdämpfern handelt es sich um Geräte, welche die Schwingungsenergie aufnehmen. Die Schwingungen werden von diesem Gerät absorbiert und dadurch deutlich verringert. Mit einem Vibrations- oder Schwingungsdämpfer verfolgt man unterschiedliche Ziele.

    Durch den Einsatz der Schwingungsdämpfer werden nicht nur Personen und Maschinen erheblich geschützt. Die Bausubstanz kann durch entstehende Vibrationen Schaden nehmen. Mit Hilfe der Dämpfer entstehen deutlich weniger Schäden an der Substanz. Außerdem sorgen Vibrationsdämpfer für ein gesünderes Arbeitsklima, da sie effizient vor Lärm schützen.

    Die Dämpfer werden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik verwendet. Hier sind hydraulische Schwingungsdämpfer im Einsatz, die mit einem ruhenden Gegenstück arbeiten. Dieses Gegenstück erlaubt die frequenzunabhängige Absorption der Schwingungsenergie.

    Ein weiteres Ziel mit dem Einsatz der Dämpfer ist die Eliminierung der Schwingungen. In diesem Fall ist die Verwendung von Resonanzsystemen eine Möglichkeit. Für Maschinen in der Industrie werden Vibrationsdämpfer heutzutage unter anderem als Gummipuffer, Drehschwingungsdämpfer, Ausgleichswelle oder als elektrodynamische Schwingungsdämpfer bereitgestellt. Zudem sind Vertikalschwingungsdämpfer für Wandmontagen möglich.  

    Die Wahl des Schwingungsdämpfers hängt im Wesentlichen vom Einsatzzweck ab. Elektrodynamische Schwingungsdämpfer kommen zum Beispiel in der Frästechnik und in der Zerspanungsmechanik zum Einsatz. In der Fräs- und Fertigungstechnik entstehen Vibrationen, die das Ergebnis negativ beeinflussen. Die sogenannten Ratternschwingungen beeinflussen die Zerspanungsleistung negativ. Durch die elektrodynamischen Schwingungsdämpfer wird die Fertigungsleistung der Maschinen deutlich erhöht und die Fehlerquote geht zurück.

    Vibrationsdämpfer erfüllen nicht nur für Industriemaschinen ihren Zweck. Oft werden sie auch für herkömmliche Haushaltsgeräte, wie beispielsweise Waschmaschinen oder Trockner verwendet.

    Materialien von Vibrationsdämpfern

    Moderne Vibrationsdämpfer bestehen heutzutage aus unterschiedlichen Materialien. Elastomere sind weit verbreitet. Aufgrund ihrer formbaren Eigenschaft eignen sie sich dazu, die Vibrationen der Maschinen zu dämpfen. Bei Dämpfern aus Elastomeren spricht man von Gummielementen.

    Allerdings sind auch Schwingungsdämpfer aus Metall weit verbreitet. In den meisten Fällen werden sie in Form von Drahtseildämpfern genutzt. Darüber hinaus sind Aluminium und andere Gussmaterialien bei Vibrationsdämpfern üblich.  

    Die einzelnen Dämpfungselemente werden außerdem aus mehr als einem Material gefertigt. Meistens sind es Kombiprodukte, die in der Industrie verwendet werden. Elastisch verformbare Materialien werden miteinander verbunden, um die größtmögliche Dämpfungsleistung zu erbringen. Welche Materialien miteinander kombiniert werden, hängt wiederum vom Einsatzgebiet des Vibrationsdämpfers ab.

    Belastungsgrenze der Vibrationsdämpfer

    Sie müssen bei der Wahl des Schwingungsdämpfers zwei wichtige Aspekte beachten. Der Dämpfer muss belastbar sein und über eine lange Lebensdauer verfügen. Zudem sollte ein Bauteil die Schwingungen möglichst in alle drei Raumachsen dämpfen können.

    Große Klimaanlagen üben beispielsweise auf den Untergrund und auf die Vibrationsdämpfer große Belastungen aus. Wenn diese mit Dämpfungselementen mit geringer maximaler Gewichtskraft ausgestattet sind, haben sie nur eine zeitlich begrenzte Lebensdauer. In manchen Fällen halten sie nur wenige Betriebsstunden.

    Aus diesem Grund müssen Arbeitgeber dafür sorgen, dass die Vibrationsdämpfer mit einer hohen maximalen Gewichtskraft ausgestattet sind und so die volle Dämpfungsleistung erbringen.

    Daneben gibt es in Bezug auf die Belastungstoleranz einen weiteren Punkt. In vielen Industriezweigen wird mit verschiedenen Chemikalien, wie beispielsweise Laugen oder Salze gearbeitet. Zudem erfolgen zahlreiche Produktionsprozesse unter hohen Temperaturen.

    Diesen Anforderungen müssen Vibrationsdämpfer gerecht werden. Ihre Eigenschaften dürfen sich bei Kontaktaufnahme mit den Chemikalien nicht verändern. Ansonsten werden sie in ihrer Funktion eingeschränkt und können die Schwingungen der Maschinen und Instrumente nicht mehr wirksam abfedern. Beim Kauf der Vibrationsdämpfer müssen die Belastungsgrenzen genauso berücksichtigt werden wie die Materialeigenschaften.

    Schwingungen berechnen: So geht’s

    Damit Maschinen optimal arbeiten können und der Produktionsprozess nicht unterbrochen wird, benötigen sie eine sichere Lagerung. Mit Hilfe der Vibrations- oder Schwingungsdämpfer haben Maschinen und Instrumente einen sicheren Stand, arbeiten präzise und beschädigen keine angrenzenden Maschinen.

    Doch oft stehen Unternehmen vor der Frage, welche Schwingungsdämpfer am besten geeignet sind. Hier haben sie sprichwörtlich die Qual der Wahl, denn die Hersteller bieten oft eine Fülle von Dämpfern aus unterschiedlichen Materialien an.  Viele Hersteller von Dämpfungs- und Schwingungstechniken stellen ihren Kunden zudem eine Software zur Verfügung, mit deren Hilfe sie die Schwingungen der Maschinen berechnen können. Anhand des Ergebnisses werden den Unternehmen dann die passenden Dämpfer oder Maschinenlagerungen angezeigt.

    Bei der Berechnung der Schwingungen müssen bestimmte Faktoren berücksichtigt werden. Bei vielen Programmen zur selbstständigen Berechnung der Maschinen können die Nutzer auswählen, ob es sich um stationäre oder um mobile und dynamische Maschinen handelt.

    Zu den Berechnungsgrundlagen für Schwingungen müssen Nutzer der verschiedenen Berechnungsprogramme die Auflagerpunkte und die Position der Isolatoren angeben. In oft vorprogrammierten Eingabemasken müssen die Abstände der Maschine zu anderen Maschinen eingegeben werden. Darüber hinaus verlangen die meisten Programme Angaben zum Massenschwerpunkt und zum Gewicht der Maschine.

    Außerdem müssen Nutzer die Erregerfrequenz und den Isolationsgrad angeben. Wenn alle notwendigen Daten angegeben wurden, ermitteln die Programme automatisch den passenden Schwingungsdämpfer für die Maschinen.

    Was ist eine Eigenfrequenz?

    Bei der Berechnung der Schwingungen spielt die Eigenfrequenz der Maschine eine große Rolle. Hierbei handelt es sich um die Frequenzen, mit denen die Maschinen oder das System ohne den Einfluss äußerer Kräfte schwingen kann. Voraussetzung ist, dass die Maschine einmalig angeregt wird. In manchen Programmen wird die Eigenfrequenz zur Bestimmung des besten Vibrationsdämpfers auch verlangt.

    Allerdings gibt es bei einer Werkzeugmaschine, welche beispielsweise in der Frästechnik eingesetzt werden, keine universale Eigenfrequenz. Eine Maschine besteht aus mehreren Bauteilen, von denen jedes einzelne für sich schwingen kann und dies in verschiedenen Eigenschwingungsformen. Je komplexer die Maschine ist, desto komplexer sind die Eigenschwingungsformen.

    Was ist eine Erregerfrequenz?

    Für die Berechnung der Schwingung spielt unter anderem auch die Erregerfrequenz eine Rolle. Hier spricht man auch von der erzwungenen Schwingung. Sie beschreibt ein schwingendes System, das durch eine äußere Kraft angetrieben wird. Der Fachbegriff für das schwingende System heißt Oszillator.

    Wird nun das System oder die Maschine von einer Erregerfrequenz angetrieben, unterscheidet man drei Fälle. Die Frequenz kann wesentlich kleiner oder größer als die Eigenfrequenz sein. Darüber hinaus kann die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz der Maschine identisch sein. Wenn dies der Fall ist, spricht man vom Resonanzfall. Mit Hilfe von Differenzialgleichungen kann die erzwungene Schwingung berechnet werden. Weitere Informationen darüber gibt die Berufsgenossenschaft Bau (BG Bau) auf ihrer Webseite.

    Definition wichtiger Begriffe

    In der folgenden Tabelle werden nochmals die wichtigsten schwingungstechnischen Begriffe erläutert. Für die Berechnung der Schwingungen sind sie wichtig und dürfen nicht außer Acht gelassen werden.

    Begriff Abkürzung Einheit Definition
    Amplitute A M Größe des Schwingungsausschlags von der Mittelstellung
    Frequenz f Hz Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit. Eine Einheit besteht aus Perioden pro Sekunde oder Hz.
    Erregerfrequenz f Hz Identisch mit der Maschinendrehzahl
    Eigenfrequenz fo Hz Schwingungsanzahl eines freischwingenden Systems pro Zeiteinheit
    Masse m kg Masse des schwingenden Systems/Masse der Maschine
    Störkraft Fs N beschreibt die Kraft, die bei einer abgefederten Maschine auf die Unterlage abgegeben wird.
    Impulskraft Fi N Bezeichnung für die Gesamtkraft, die bei einer abgefederten Maschine auf die Unterlage abgegeben wird
    Isolationsgrad I   Wirkungsgrad der mit Hilfe der Schwingungsisolierung gedämpft wird
    Reduzierung R dB Reduzierung des Körperschalls
    Federkraft F N Kraft, die von einer Feder auf eine Maschine übertragen wird oder umgekehrt.
    Federweg   m Bezeichnung für die Federverformung aus einer Neutrallage
    Abstimmung Z   Verhältnis zwischen der Erregerfrequenz und der Eigenfrequenz

    Höhere und gewinnbringende Produktivität: Höhere und gewinnbringende Produktivität

    Heutzutage werden die Schwingungsdämpfer im industriellen Fertigungsprozess verwendet. In der Regel werden sie bei der Anschaffung von neuen Maschinen direkt dazugekauft. Unternehmen profitieren in gleich mehrfacher Hinsicht von den Vibrationsdämpfern.

    Einerseits können durch die Dämpfer die Motoren schwingungsarm gelagert werden. In vielen Produktionsbetrieben werden die Maschinen bereits so aufgestellt, dass eine Übertragung von Schwingungen nur minimal sind. Gleichzeitig sorgen die Dämpfer dafür, dass die Bausubstanz des Betriebs geschont wird.

    Darüber hinaus müssen die einzelnen Maschinenbauteile gedämpft werden. Daraus ergibt sich nämlich eine höhere Genauigkeit in der Produktion bei gleichzeitig reduziertem Materialverbrauch. Zudem haben die einzelnen Maschinenbauteile wie auch die Maschine selbst eine höhere Lebensdauer. Letztendlich profitieren Unternehmen dann von einer höheren und gewinnbringenden Produktivität.

    Vibrationsdämpfer für Haushaltsgeräte

    Wie bereits erwähnt, werden Vibrationsdämpfer nicht nur für Industriemaschinen, sondern auch für private Haushaltsgeräte verwendet. Neben Waschmaschinen und Wäschetrockner finden sie unter anderem bei Geschirrspülern Anwendung.

    Die Schwingungsdämpfer sorgen nicht nur für die gute Dämpfung der Vibrationen. Die Wärmeisolierung ist eine weitere Eigenschaft der Dämpfer. So können die Haushaltsgeräte besser arbeiten und haben gleichzeitig eine verbesserte Standfestigkeit.

    Die Hersteller von Vibrationsdämpfern für Haushaltsgeräte bieten ihre Produkte in der Regel mit universellen Eigenschaften an. Somit eignen sich die meisten Dämpfer nicht nur gegen lästige Vibrationen im Haushalt, sondern auch gegen unerwünschtes Verrutschen der Geräte. Wenn Waschmaschinen oder Trockner in Betrieb sind, verrutschen sie leicht. Durch die Vibrationsdämpfer wird dies verhindert.

    Die Produkte für Haushaltsgeräte sind meistens aus massiven Gummi. Das Material eignet sich deshalb gut, da es elastisch ist. Haushaltsgeräte haben einen sicheren Stand, die Vibrationen und die Arbeitsgeräusche werden gut gedämmt und es gibt keinen Hohlraum an der Unterseite des Geräts. Im Internet können die Vibrationsdämpfer als Zubehör problemlos in sämtlichen Materialien bestellt werden. Unter der Fülle an Waschmaschinenzubehör sowie Zubehör zu anderen Haushaltsgeräten zählen die Schwingungsdämpfer.

    Sowohl Vibrationsdämpfer für die Industrie als auch für private Haushaltsgeräte sorgen für eine angenehme Kommunikation. Der Lärm, der von den Maschinen ausgeht, wird durch die Geräusche gedämmt.

    Alternative zu den Schwingungsdämpfern

    Zu den Vibrationsdämpfern gibt es Alternativen, die sowohl in der Industrie als auch in Privathaushalten Verwendung finden. Dämpfungskissen und Antivibrationsmatten fangen die Vibrationen der Maschinen ab und dämmen die Betriebsgeräusche. Vor allem für Wäschereien, in denen die Waschmaschinen täglich für mehr als acht Stunden in Betrieb sind, eignen sich die Antivibrationsmatten.

    Die meisten Matten lassen sich zuschneiden und passen somit gut unter die Maschinen. Die Antivibrationsmatten verleihen den Maschinen einen festen Stand. Vorteilhaft ist dies vor allem bei unebenen Böden. Viele der Matten sind aus Gummi. Sie können einerseits als Waschmaschinenunterlage oder auch als Zwischenboden verwendet werden. Andererseits können die Antivibrationsmatten als Bautenschutz verwendet werden.

    Eine ähnliche Eigenschaft besitzen die Dämpfungskissen. Diese werden beispielsweise oft in der Schwerindustrie sowie in der Wasserversorgung eingesetzt. Die Dämpfungskissen lindern die Vibrationen und die Geräusche der Maschinen. Darüber hinaus sorgen die Kissen dafür, dass angrenzende Maschinen nicht durch Vibrationen beschädigt werden. Die Vibrationskissen sind vergleichbar mit Pads, die unter die Maschinen geschoben werden können.

    Fazit

    Fakt ist: durch Maschinen, die in der Schwerindustrie sowie in kleinen und mittelständischen Unternehmen eingesetzt werden, entstehen Vibrationen und unangenehme laute Geräusche. Durch Vibrationen können die Maschinen außerdem verrutschen. Aufgrund der fehlendenden Standfestigkeit werden angrenzende Maschinen und Instrumente schnell beschädigt.

    Um die Schwingungen abzufedern und den Lärm zu reduzieren, werden die Maschinen häufig mit Vibrationsdämpfern oder Schwingungsdämpfern ausgestattet. Diese bestehen meistens aus Gummi oder Stahl, sind sehr effektiv und absorbieren die Vibrationen an der Quelle. Darüber hinaus verringern die Vibrationsdämpfer die Geräusche. Die Lärmreduzierung wirkt sich wiederum positiv auf das Arbeitsklima und die Kommunikation zwischen den Mitarbeitern aus. Darüber hinaus wirken sich Schwingungsdämpfer positiv auf die Gesundheit der Mitarbeiter aus. Das Gehör wird dadurch weniger belastet und es kommt zu weniger Lärmschwerhörigkeiten im Beruf. Diese ist mittlerweile eine anerkannte Berufskrankheit.

    Vibrationsdämpfer dämmen nicht nur die Vibrationen, die von den Maschinen ausgehen. Sie schonen gleichzeitig die Motoren. Der Einsatz und die Investition in die Dämpfer lohnen sich deshalb, da durch die Schonung der Motoren die Produktivität der Maschinen länger gewährleistet wird. Die Materialien aus Gummi und Stahl haben in der Praxis durch eine lange Lebensdauer überzeugt. Aus diesem Grund sollten Arbeitgeber die Investition in Vibrationsdämpfer nicht scheuen.