Schwingungsisolierung

Unerwünschte Schwingungen und Stoßeinwirkungen treten in allen technischen Gebieten, insbesondere der Maschinen- und Elektroindustrie, der Verkehrs-, Bau- und Verfahrenstechnik auf. Als Schwingungsisolierung wird in der Maschinendynamik die Methode bezeichnet, dass durch ein oder mehrere parallel zwischen zwei Körpern angeordnete Feder/Dämpferelemente Schwingungen aus dem einen Körper nicht vollständig auf den anderen Körper übertragen werden. Die Schwingungsisolierung nutzt den Effekt, dass eine Reduzierung der Übertragung mechanischer Schwingungen, die durch äußere Erregungen entstehen, durch Kompensation dieser Erregungen durch Massenkräfte erreicht werden kann, was auch als Massenkraftkompensation bezeichnet wird. Die Massenkräfte entstehen durch die Schwingbewegungen des gegebenen schwingungsfähigen Systems. D.h. die elastisch gelagerte Masse (Maschine, Anlage usw.) muss selbst Schwingbewegungen ausführen, damit diese Massenkräfte entstehen, welche ab einem bestimmten Frequenzverhältnis (s.u.) dann den Erregerkräften entgegenwirken. Das zulässige Schwingungsverhalten der elastisch gelagerten Maschine ist anlagenspezifisch.

Die Schwingungsisolierung und die Körperschallisolierung dienen also der Reduzierung von übertragenen mechanischen Schwingungen. Auch bei der Körperschallisolierung sollen übertragene mechanische Schwingungen reduziert werden, jedoch mit dem eigentlichen Ziel der 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 $\eta > \sqrt{2}$ auftritt. Gleichzeitig wird das Isolierungsverhalten durch die Dämpfung des Elements beeinflusst. Je höher die Dämpfung ist, desto geringer ist die isolierende Wirkung. Je nach Anwendung (Gewicht, Frequenzbereich, Art der Anregung ...) kommen sehr unterschiedliche Bauteile und Materialien zum Einsatz. Schwingungs- und Körperschallisolierung unterscheiden sich dabei grundsätzlich nicht. Die Unterscheidung /-teilung wird nach den betrachteten Frequenzbereichen durchgeführt. Die Schwingungsisolierung hat meist Abstimmfrequenzen unterhalb 25 Hz.

Amplitudenfrequenzgang (Betrag der Übertragungsfunktion) eines Einmassenschwingers für verschiedene Dämpfungswerte

Die Schwingungs- und Körperschallisolierung wird unterteilt in

• Quellenisolierung (Emissionsschutz) und
• Empfängerisolierung (Immissionsschutz).

Die der Berechnung der Schwingungsisolation zugrundeliegende Vergrößerungsfunktion α₄ lautet:

$\alpha_4 = \sqrt{\frac{1+4D^2\eta^2}{(1-\eta^2)^2+4D^2\eta^2}}$

Die Methode wird im Anlagen- und Maschinenbau genutzt, um Schwingungsemissionen aus Maschinen (etwa Getrieben in Windkraftanlagen oder von Pressen) zu vermindern oder um erschütterungsempfindliche Maschinen, wie 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. Um Schwingungsisolierung zu erreichen, muss die elastisch gelagerte Maschine über "ihrer" Eigenfrequenz, also im überkritischen Bereich, betrieben werden. Beim Hochfahren der Maschine muss beachtet werden, dass kurzzeitig die Resonanz durchfahren wird, ebenso beim ausschalten. Die Resonanzüberhöhungen können, in Abhängigkeit der Dämpfung der schwingungsisolierenden Elemente, dabei unterschiedlich groß werden.

Weblinks

• Skript zur Schwingungsisolierung Uni Siegen (PDF-Datei; 300 kB)
• FAQ Schwingungstechnik in der Praxis