Schwingungsisolierung. Hilfen zur Auslegung. und Körperschalldämmung. von elastischen Lagerungen

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1 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen

2 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen 2

3 Vowot 4 1. Einfühung 4 2. Beechnungsgundlagen, Kenngößen Esatzsyste (Ein-Massen-Schwinge) Fedesteife (Fedeate) Statische Fedesteife (Fedeate) c Dynaische Fedesteife (Fedeate) C dyn Eigenfequenz f o de elastischen Lageung Statische Einfedeung h, Betiebshöhe (Höhe unte Last) H B Däpfungsgad D Abklingkonstante σ Fequenzvehältnis λ Kaft-/Aplitudenübetagungsfunktion α Däung L α Isoliefakto I Aplitudenübehöhungsfunktion β Köpeschalldäung L v Poduktpalette - Auswahlkiteien Aufbau de elastischen Lageung Allgeeine Voaussetzungen Einbau und Montage Beechnungsbeispiel 13 3

4 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen Vowot Köpeschall- und Schwingungspoblee teten in fast allen Beeichen de Technik auf. De Einsatz zweckgeechte Schutzaßnahen efodet eine enge Zusaenabeit zwischen de Hestelle und de Anwende von Isolieeleenten. Unsee beite Poduktpalette von Eleenten gewähleistet eine optiale Schwingungsisolieung bzw. Köpeschalldäung it witschaftlich vetetbae Aufwand. Diese Duckschift soll in allgeein veständliche Fo einen Übeblick übe die in diese Zusaenhang auftetenden Fagen geben. Sie will und kann jedoch nicht das Spezialwissen des Fachbeates esetzen, welches auf diese koplexen Gebiet unentbehlich ist. Alle Angaben in diese Duckschift efolgen nach beste Wissen, ohne Gewäh. Sie befeien den Benutze nicht von de eigenen Püfung. Schadenesatzanspüche, die auf den Inhalt diese Duckschift gestützt weden, sind ausgeschlossen. 1. Einfühung Die Isolieung echanische Schwingungen bzw. die Däung von Köpeschall duch den Einbau elastische Lageungen findet heute in fast allen Beeichen de Technik Anwendung. In Abhängigkeit vo betachteten Fequenzbeeich und de it den Isolieaßnahen angestebte Ziel spicht an dabei von Schwingungsisolieung bzw. von Köpeschalldäung. Die Köpeschalldäung befaßt sich - veeinfacht ausgedückt it de Reduzieung de Schwingungsübetagung i gesaten akustisch inteessieenden Fequenzbeeich, de sich von ca. 16 Hz bis 16 khz esteckt, und de dait angestebten Reduzieung de Schalleinwikung auf den Menschen. Die Schwingungsisolieung beschänkt sich i Zusaenhang it de Einsatz elastische Lageungen schwepunktäßig auf die Reduzieung tieffequente echanische Schwingungen (f < 100 Hz) und de Beheschung deen Auswikungen auf die eegende Maschine selbst und die Ugebung. Dies beinhaltet sowohl die Veindeung de Weiteleitung von Schwingungen an die Ugebung, was als aktive Schwingungsisolieung ode auch als Eissionsschutz bezeichnet wid, als auch die Untedückung von außen einwikende Schwingungen, was als passive Schwingungsisolieung ode auch Iissionsschutz bezeichnet wid. Beide Maßnahen vefolgen das Ziel, die Schwingungs-/Köpeschalleinwikung an eine vogegebenen Aufpunkt in zulässigen Genzen zu halten. Hinsichtlich de Eegungen ist allgeein zwischen peiodischen, stoßatigen und stochastischen Eegungsvogängen zu untescheiden. Peiodische Eegungen teten bei Maschinen it otieenden Massen (Elektootoen, Ventilatoen, Pupen, Geneatoen, etc.) auf; auch bei Kolbenaschinen ist die duch die Kolbenbewegung veusachte Stökaft ein peiodisch. Stoßatige Eegungen findet an z.b. bei Schiedehäen, Pessen und Stanzen. Dabei ist die eegende Kaft als kuzzeitige Ipuls wiksa. Bei beitbandigen, egellosen Schwingungen, wie sie vo Staßen- ode Schienenvekeh veusacht weden, spicht an von stochastischen Eegungen. Die Mehzahl de paktischen Anwendungen befaßt sich it de Schwingungsisolieung / Köpeschalldäung bei peiodische Eegung. Maschine Isolieeleente c Abb. 1 Ein-Massen-Schwinge F ü Fundaent 2. Beechnungsgundlagen, Kenngößen Bei Einbau eine elastischen Lageung wid die Maschine ode auch die koplette Anlage übe eine gewisse Anzahl von Isolieeleenten (weiche Feden, weiche Schicht) auf de Untegund (Fundaent, Decke, Boden,...) aufgestellt. Bei de echneischen Auslegung de elastischen Lageeleente wid das eale Schwingungssyste soweit wie öglich duch ein idealisietes Esatzsyste, bei de sich das Schwingungsvehalten it öglichst geinge Aufwand beechnen lässt, angenähet. 2.1 Esatzsyste Ein elastisch gelagetes Syste kann in este Näheung als Ein-Massen-Schwinge betachtet weden (Abb. 1). De Ein- Massen-Schwinge kann tanslatoische und otatoische Schwingungen in bzw. u die dei Rauachsen ausfühen, e hat also sechs Feiheitsgade. Entspechend egeben sich allgeein sechs Syste-Eigenfequenzen. In den eisten paktischen Anwendungen ist es jedoch auseichend nu die tanslatoische Schwingung in vetikale Richtung zu betachten, weil die Kafteinwikung eist in diese Vozugsichtung efolgt und soit in vetikale F e Fe = Eegekaft +z -z F Ü c z = übetagene Kaft = aufgelagete Masse = Fedesteife = Däpfungskoef zient = Auslenkung 4

5 Richtung auch die gößten Schwingungsaplituden aufteten. Die nachfolgenden Ausfühungen beschänken sich auf die Behandlung des Schwingungssystes als Ein-Massen- Schwinge it eine Feiheitsgad. In Fällen, bei denen das eale Schwingungssyste i inteessieenden Fequenzbeeich von de de Rechnung zugunde gelegten Esatzsyste abweicht, sind weitegehende Beechnungen efodelich, auf die hie nicht eingegangen weden kann. U eine bessee Anschaulichkeit zu eeichen, wid in den folgenden Ausfühungen fü die allgeein gehaltene Bezeichnung elastisch gelagetes Syste de Ausduck elastisch gelagete Maschine vewendet. Die Ausfühungen sind jedoch nach wie vo allgeein gültig und nicht nu auf die Anwendung bei Maschinen begenzt. 2.2 Fedesteife (Fedeate) Die Fedesteife (Fedeate) ist ein Maß fü die an de Fede auftetende Auslenkung infolge eine von außen einwikenden Kaft. Es ist zu untescheiden zwischen de statischen Fedesteife (Fedeate) c und de dynaischen Fedesteife (Fedeate) c dyn Statische Fedesteife (Fedeate) c Die statische Fedesteife (Fedeate) definiet den Zusaenhang zwischen de auf die Fede einwikenden Kaft und de daduch veusachten Einfedeung bei Aufbingen eine statischen Last. In de gaphischen Dastellung de Zusaenhänge kot die Fedesteife (Fedeate) in de Steigung de Kennlinien zu Ausduck. In Abb. 2 sind als Beispiele typische Fedekennlinien eine Stahlfede und eine Guifede angegeben. Stahlfeden weisen eine lineae Kennlinie auf. Hie kann de Zusaenhang zwischen de statischen Last und davon hevogeufene Einfedeung i gesaten Lastbeeich duch einen konstanten Koeffizienten, duch die statische Fedesteife (Fedeate), beschieben weden. Bei Guifeden ist das nu eingeschänkt öglich, da die Kennlinie i Allgeeinen nu in eine eingeschänkten Lastbeeich statische Last Stahlfede Tagkaft Abb. 2 Statische Fedekennlinien Einsatz- Beeich Einfedeung annähend linea veläuft. Bei Guifeden aus unsee Poduktpalette kann die Fedesteife (Fedeate) i Lastbeeich untehalb de in den Datenblätten angegebenen Tagkaft in Näheung als linea angenoen weden Dynaische Fedesteife (Fedeate) c dyn Isolieeleente zeigen, in Abhängigkeit von den Eigenschaften de vewendeten Wekstoffe, bei dynaische Beanspuchung i Allgeeinen eine höhee Steife als bei allein statische Beanspuchung. Die Eleente weden bei dynaische Beanspuchung häte. Diese Sachvehalt wid i dynaischen Beiwet kd, de das Vehältnis de dynaischen zu statischen Steife angibt, zu Ausduck gebacht. Die dynaische Fedesteife (Fedeate) egibt sich nach: c dyn = k d c (1) c = statische Fedesteife (Fedeate) k d = dynaische Beiwet Bei Stahlfeden ist die Vehätung in de Paxis venachlässigba, bei Guifeden dagegen uss sie beücksichtigt weden. Die dynaischen Beiwete und statischen Fedesteifen (Fedeaten) de Isolieittel sind den entspechenden Datenblätten de Eleente zu entnehen. statische Last 2.3 Eigenfequenz f o de elastischen Lageung Die Eigenfequenz des Ein-Massen- Schwinges (Abb. 1) beechnet sich allgeein aus de Beziehung: f o = als Zahlenwetgleichung: f o 5 Bei Stahlfeden (k d 1) veeinfacht sich die Beechnung de Eigenfequenz, hie ist: f o 5 Bei flächenhaften Isolieitteln (Platten) gilt entspechend: 1 E dyn f o = Als Zahlenwetgleichung: f o 50 E dyn Guifede Tagkaft 1 2 π 2 π Einsatz- Beeich C dyn k d c [N/] [kg] c [N/] [kg] Einfedeung d [Hz] (2) [Hz] (3) E dyn [N/ 2 ] [Hz] (4) d [] [kg/c 2 ] = Dynaische Elastizitätsodul de Platte d = Dicke de Platte = Massenbelag (Flächenpessung) 5

6 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen Die dynaischen und statischen Kennwete unsee Platten sind in den entspechenden Poduktinfoationen und Datenblätten in Abhängigkeit von den auslegungselevanten Paaeten diekt angegeben und können von dot ohne Zwischenechnung übenoen weden. 2.4 Statische Einfedeung h, Betiebshöhe H B Zwischen de Eigenfequenz f o de elastischen Lageung und de vetikalen Einfedeung de Isolieeleente unte de statischen Last de Maschine besteht de Zusaenhang: Δh = g = 9,81 /s 2 (Edbeschleunigung) Daaus egibt sich: Δh = g k d (2π f o ) k d ( f o [Hz]) 2 [] (5) In Abb. 3 ist die statische Einfedeung h übe de Eigenfequenz f o aufgetagen. Paaete ist de dynaische Beiwet k d. Nach efolgte Auswahl de Isolieeleente kann die statische Einfedeung auch unittelba aus de statischen Belastung de Eleente eittelt weden: Δh = 9,81 c = statische Fedesteife (Fedeate) = aufgelagete Masse Aus de Höhe de Eleente i unbelasteten Zustand, Anliefeungshöhe (Höhe ohne Last) H A, abzüglich de statischen Einfedeung h egibt sich die Betiebshöhe (Höhe unte Last) H B de elastischen Lageung: H B = H A Δh [kg] c [N/] Bei vogespannten Eleenten ist die beeits übe die Vospannung aufgebachte Einfedeung zu beücksichtigen. Die entspechenden Wete sind den Datenblätten zu entnehen. 2.5 Däpfungsgad D [] (6) (7) Die Däpfung de Isolieeleente ist von Inteesse, u zu einen bei stoßatige Eegung des Schwingungssystes die Ausschwingvogänge zu veküzen (Abb. 4) und zu andeen bei peiodische Eegung bei Duchfahen de Eigenfequenz f o de Lageung, die übetagenen Käfte bzw. Schwingaplituden (Abb. 6) und die Aplitudenübehöhung (Abb. 10) an de Maschine selbst zu eduzieen. Rechnet an wie in de Paxis üblich it eine zu Schwinggeschwindigkeit popotionalen Däpfungskaft ode andes ausgedückt, it eine von de Schwinggeschwindigkeit unabhängigen Däpfungskoeffizienten, dann besteht zwischen de Däpfungsgad D und den Paaeten, c und de Lageung (Abb. 1) de Zusaenhang: D = 2 k d c (8) D = 2 (2 π f o ) = (2 π f o) 2 k d c f o = Däpfungskoeffizient des Isolieeleents = Eigenfequenz des Systes elastische Lageung De Däpfungsgad D (fühe: Leh sches Däpfungsaß ) ist eine Systekonstante. Eine weitvebeitete Göße zu Bescheibung de Däpfung ist auch de Velustfakto η de elastischen Lageung. Zwischen de Däpfungsgad D und de Velustfakto η besteht de einfache Zusaenhang: D = η / 2 (9) Da Stahlfeden nu schwach bedäpft sind, weden diese bei Bedaf in Kobination it zusätzlichen Däpfungseleenten aus de Liefepoga eingesetzt. Bei de paktischen Auslegung bedäpfte elastische Lageungen wid ein Däpfungsgad D von 0,1 bis 0,3 angestebt. Dait hält sich die Aplitudenübehöhung bei Duchfahen de Eigenesonanz in vetetbaen Genzen, ohne daß die Isoliewikung de Lageung i Betiebsbeeich nennenswet beeintächtigt wid. 2.6 Abklingkonstante σ Abb. 3 Statische Einfedeung als Funktion de Eigenfequenz Bei stoßatige Eegung wid das Schwingungssyste beitbandig angeegt und schwingt in seine Eigenfequenz f o aus. Die Abnahe de Aplitude de feien 6

7 Schwingung hängt von de Abklingkonstante des Systes ab. Zwischen de Eigenfequenz f o, de Däpfungsgad D und de Abklingkonstante σ besteht de Zusaenhang: σ = 2 π f o D Mit Gleichung (8) kann dafü auch geschieben weden: σ = 2 (10) (11) Die Abnahe de Hüllkuve de feien gedäpften Schwingung (Abb. 4) folgt de Beziehung: Schwingungsisolieung F e aktiv c F ü passiv c z Ü z e A o /A n = e σ Δt n (12) F... = Kaft z... = Schwingaplitude Wie die Gleichungen zeigen, klingt die feie Schwingung u so schnelle übe de Zeit ab, je göße die Abklingkonstante σ ist, d.h. je göße de Däpfungsgad D und je höhe die Eigenfequenz f o des Schwingungssystes sind. Ode andes ausgedückt, je göße bei gegebene Masse de Däpfungskoeffizient ist. 2.7 Fequenzvehältnis λ Das Fequenzvehältnis λ ist als noiete Fequenz zu vestehen, bei de die Eegefequenz f e auf die Eigenfequenz f o de elastischen Lageung bezogen ist (13). Abb. 5 Kaft-/Aplitudenübetagungsfunktion bei aktive/passive Schwingungsisolieung λ = f e f o (13) Duch die Noieung lassen sich die nachfolgenden Übetagungsfunktionen übesichtlich übe de Fequenz dastellen. Das Fequenzvehältnis ist eine de bedeutenden Gößen bei de Auslegung von elastischen Lageungen. Wie in den folgenden Kapiteln beschieben, wid ein Fequenzvehältnis von indestens 3 angestebt. 2.8 Kaft-/Aplitudenübetagungsfunktion α Bei de aktiven Schwingungsisolieung (Abb. 5) wid die Eegekaft F e von de elastisch gelageten Maschine übe die Isolieeleente auf das Fundaent übetagen. Das Vehältnis de auf das Fundaent übetagenen Kaft F ü, bezogen auf die Eegekaft F e, wid als Kaftübetagungsfunktion α bezeichnet: F α = ü (14) F e Bei peiodische Eegung besteht zwischen de Däpfungsgad D, de Fequenzvehältnis λ und de Übetagungsfunktion α de Zusaenhang: Abb. 4 Abklingen de feien gedäpften Schwingung eines Ein-Massen-Schwinges it eine Feiheitsgad α = 1 + (2 D λ) 2 (1 λ 2 ) 2 + (2 D λ) 2 (15) Die Übetagungsfunktion α gilt in analoge Weise fü die Aplitudenübetagung bei de passiven Schwingungsisolieung (Abb. 5) it: Z α = ü (16) Z e Die Übetagungsfunktion α ist in Abb. 6 übe de Fequenzvehältnis λ aufgetagen; Paaete in den Kuven ist de Däpfungsgad D. 7

8 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen ΔL α = 1 20 Ig [db] α (18) In Abb. 7 ist die Däung L α übe de Fequenzvehältnis λ aufgetagen; Paaete ist de Däpfungsgad D. Abb. 6 Kaft-/Aplitudenübetagungsfunktion bei aktive/passive Schwingungsisolieung in Abhänigkeit vo Fequenzvehältnis und vo Däpfungsgad Wie Abb. 6 zeigt, ist die Übetagungsfunktion α i Fequenzbeeich λ < 2 göße als 1, d.h. die Schwingungsübetagung wid in diese Beeich nicht veindet sonden ganz i Gegenteil, aufgund de Resonanzeinwikungen des Schwingungssystes noch ehöht. Das Maxiu de Übehöhung titt i Beeich de Eigenfequenz (λ 1) auf, es ist u so schwäche ausgebildet, je höhe die Däpfung ist. I Fequenzbeeich λ > 2 wid die Schwingungsübetagung it ansteigende Fequenz veindet, wobei abe hie die Isoliewikung u so besse ist, je geinge die Däpfung ist. Die Auswikungen de Däpfung sind in den genannten Fequenzbeeichen in de Tendenz also genau gegenläufig. Bei Lageungen, die nicht gezielt it zusätzlichen Däpfen ausgefüht weden (hie ist D < 0,1), ist de Einfluß de Däpfung auf die Übetagungsfunktion α - fü Eegefequenzen i Beeich λ > 3 - in de Paxis venachlässigba. Fü die paktische Auslegung elastische Lageungen ohne zusätzliche Däpfe ist soit in Näheung: α D o 1 1 λ 2 (17) 2.9 Däung L α Die Isoliewikung de Lageung wid - insbesondee in de Akustik - häufig auch in Pegelfo dagestellt. Angegeben wid die Däung duch (18): 2.10 Isoliefakto I De Isoliefakto I gibt die Veindeung de Eegegöße in % an: I = (1 α) 100 [%] (19) Die Angabe wid auf das Fequenzvehältnis λ > 2, wo eine positive Isoliewikung auftitt, beschänkt. De Isoliefakto ist in Abb. 8 angegeben; Paaete an den Kuven ist wiede de Däpfungsgad D. Bei Lageungen it venachlässigbae Däpfung (D < 0,1) kann de Isoliefakto in Näheung auch diekt aus de Fequenzvehältnis beechnet weden. Dabei ist I D o λ 2 2 λ [%] Gibt an bei de paktischen Auslegung eine elastischen Lageung den Isoliefakto I bzw. die Däung L α ode die Abb. 7 Däung in Abhängigkeit von Fequenzvehältnis und Däpfungsgad (20) 8

9 das Vehältnis de Schwingaplitude z an de elastisch gelageten Maschine bezogen auf die Schwingaplituden z o, die bei eine idealen ückwikungsfeien Aufstellung de Maschine aufteten wüden (Abb. 9): β = λ 2 (1 λ 2 ) 2 + (2 D λ) 2 (21) Es wid dabei davon ausgegangen, daß die Eegekäfte auf peiodische Stökäfte (Massenkäfte, Unwuchtkäfte), die de Quadat de Eegedehzahl popotional sind, zuückzufühen sind. Die Schwingaplitude z o egibt sich dait zu: Z o = F e (2 π f e ) 2 Abb. 8 Isoliefakto I in Abhängigkeit von Fequenzvehältnis und Däpfungsgad Kaftaplitudenübetagungsfunktion α vo, dann kann aus Abb. 8 bzw. 7 ode 6, in Abhängigkeit vo Däpfungsgad D, das efodeliche Fequenzvehältnis abgelesen weden und dait die efodeliche Eigenfequenz f o eittelt weden. In de Paxis sollte ein Fequenzvehältnis von λ > 3 angestebt weden. F e z Aplitudenübehöhungsfunktion β In de Übehöhungsfunktion β kot die Rückwikung de elastischen Lageung auf das Schwingungsvehalten de Maschine selbst zu Ausduck. Die Rückwikung füht zu eine Ehöhung de Schwingungsaplituden an de Maschine, vowiegend i Beeich de Eigenfequenz de Lageung. Die Übehöhungsfunktion β bescheibt f e F e = Eegefequenz = Eegekaft = aufgelagete Masse und die Schwingaplitude z, bei de Eegefequenz de elastisch gelageten Maschine zu: z = β z o = 25 β F e [N] [kg] (f e [Hz]) 2 [] (22) Dabei ist fü β de Funktionswet bei f = f e bzw. λ = f e /f o einzusetzen. F e z c Abb. 9 Definition de Aplitudenübe höhungsfunktion β Abb. 10 Aplitudenübehöhungsfunktion β in Abhänigkeit vo Fequenzvehältnis und vo Däpfungsgad 9

10 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen In este Näheung kann bei elastisch gelageten Maschinen eine Schwingaplitude von z < 0,05 als zulässig angesehen weden. Detailliete Vogaben finden sich in entspechenden Regelweken wie z.b. DIN ISO 10816, Teil 1. Die Aplitudenübehöhungsfunktion β ist in Abb. 10 übe de Fequenzvehältnis λ dagestellt; Paaete ist de Däpfungsgad D. Die Aplitudenübehöhungsfunktion β nähet sich it ansteigende Fequenz f e, also it göße wedende Fequenzvehältnis λ, unabhängig von de Däpfung de Wet 1. De absolute Schwingungsausschlag z nähet sich soit de Wet nach Gleichung (22), de bei eine idealen ückwikungsfeien Aufstellung de Maschinen aufteten wüde. Bei de paktischen Auslegung elastische Lageungen ohne zusätzliche Däpfung (D < 0,1), kann i Beeich λ > 3 in Näheung it: β D o geechnet weden. I Beeich de Eigenfequenz de elastischen Lageung weist die Übetagungsfunktion ein deutlich ausgepägtes Maxiu auf, dessen Höhe in stake Maße vo Däpfungsgad des Systes abhängt. In de Paxis wid diese Fequenzbeeich bei An- und Auslaufen de Maschine duchfahen. Maschine Isolieeleente Fundaent λ 2 1 λ 2 Abb. 11 Köpeschalldäung c (23) F e U die Resonanzübehöhungen in zulässigen Genzen zu halten, ist diese Beeich gundsätzlich öglichst schnell zu duchfahen. Bei Bedaf sind Isolieeleente it Däpfen ode Wegbegenzen ( Stoppe ) einzusetzen Köpeschalldäung L v In den voangegangenen Ausfühungen wude davon ausgegangen, daß das Fundaent unte den Isolieeleenten sta ist und dait die Schwingungsaplituden a Aufstellungsot venachlässigba klein sind. Diese Voaussetzung ist bei Köpeschallbetachtungen in de Paxis nicht eh efüllt. Bei de Beechnung de Köpeschalldäung sind die fequenzabhängigen dynaischen Eigenschaften des Fundaents und daübe hinaus de Isolieeleente und de Maschinen zu beücksichtigen. Das dynaische Vehalten de Lageungseleente kann duch ihe koplexen Ipedanzen ode äquivalente Gößen, bei denen die auftetenden Wechselkäfte F und Schwingschnellen v iteinande veknüpft weden, beschieben weden. A gebäuchlichsten, weil auch a einfachsten zu essen, ist die Angabe de Däwikung eine elastischen Lageung als Köpeschallpegeldiffeenz L v in db. Mit den Benennungen in Abb. 11 ist: F Ü v 1 v 2 Ipedanz de Isolieittel Z = F Ü Ipedanz des Fundaents Z = F Ü v 2 v 1 - v 2 ΔL v = 10 Ig v 1 v 2 2 Z 2 F Z I = 10 Ig 1 + [db] Wie Gleichung 24 zeigt, ist die Köpeschalldäung L v neben de Ipedanz Z I de Isolieeleente auch von de Ipedanz Z F des Fundaentes (Untegund a Aufstellungsot) abhängig. Je höhe die Fundaentipedanz ist, desto besse ist bei gegebenen Isolieeleenten die Däwikung de elastischen Lageung. Die fü die Auslegung de Köpeschalldäung efodelichen Ipedanzen können in de Regel nicht it de efodelichen Genauigkeit beechnet weden, sie weden in de Paxis geessen. In akustisch kitischen Auslegungsfällen, bei denen die Köpeschalldäung in eine weiten Fequenzbeeich zu gaantieen ist, epfehlen wi einen schalltechnischen Beate hinzuzuziehen. 3. Poduktpalette Auswahlkiteien Die Poduktpalette von G+H Schallschutz ufasst eine Vielzahl von Isolieeleenten, it denen sich elastische Lageungen paxisgeecht und it witschaftlich vetetbae Aufwand ealisieen lassen. Einen Übeblick eöglicht unsee Duckschift Eleente fü die Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung. Die Isolieeleente lassen sich in folgende 3 Hauptguppen einteilen. Stahlfedeisolatoen AVIBRATOR Fedeisolatoen Vibex -Längsdäbügel Decken- und Rohabhänge Gui-Metalleleente Elasto -Rundeleente Elasto -Schienen Plattenföige Isolieittel MAFUND-Platten Elasto -Platten Vibofund -Platten Kok-Platten (24) 10

11 Aktuelle Poduktinfoationen stellen wi Ihnen gene zu Vefügung. Bei de Auswahl de Eleente üssen geneell die Einbaubedingungen und die Uwelteinwikungen a Einsatzot beücksichtigt weden. Aus schwingungstechnische Sicht oientiet sich die Auswahl in este Linie an de auftetenden Belastung und de efodelichen Eigenfequenz des elastisch gelageten Systes. Die efodeliche Eigenfequenz egibt sich aus de Zielvogabe des Isoliefaktos bzw. de Däung und de sich daaus egebenden Mindestfequenzvehältnis (Abb. 8). Wichtig ist die niedigste Eegefequenz, die sich bei Maschinen it peiodische Eegung aus de niedigsten Betiebsdehzahl egibt. Die zulässige Belastung und die eeichbae Eigenfequenz sind in den Datenblätten de Eleente angegeben. 4. Aufbau de elastischen Lageung 4.1 Allgeeine Voaussetzungen Abb. 12 Einsatzbeispiel fü einen geeinsaen Gundahen Bei de Konstuktion von Maschinen wid i Allgeeinen von eine vollflächigen Auflage de Maschine auf eine Fundaent ausgegangen. Duch die eist punktföige Untestützung bei de elastischen Aufstellung kann es in de Paxis zu Vefoungen des Maschinengehäuses bzw. Rahens koen, wenn diese nicht auseichend vewindungssteif ausgefüht sind. Diese Punkt ist vo de Diensionieung jede elastischen Lageung abzukläen. Bei unzueichende Steifigkeit de Maschine, uß duch Untebau eines vewindungssteifen Gundahens ode Betonfundaents die efodeliche Steifigkeit de elastisch zu lagenden Maschine gewähleistet weden. Kaftschlüssig gekoppelte Aggegate (z.b. Antiebs- und Abtiebsaschine) üssen ie geeinsa, ggf. unte Zwischenschaltung eines geeinsaen Gundahens ode eines Betonfundaents, elastisch gelaget weden (Abb. 12). Ansonsten kann duch die Relativbewegung de einzelnen Aggegate zueinande ihe Funktionsfähigkeit beeintächtigt weden. Vielfach ist ein solches Zwischenfundaent auch efodelich, wenn die Gundabessungen de Maschine i Vegleich zu Höhenlage des Gesatschwepunktes klein sind und soit die Standsicheheit gefähdet ist. Bei Maschinen it entspechend hohen Eegekäften kann de Einsatz eines Zwischenfundaents auch als Beuhigungsasse zu Reduzieung de auftetenden F i F i falsch ichtig G G X i F i Z Y X Schwingaplituden von Voteil sein. Gundsätzlich ist auf den flexiblen Anschluss alle Zu- und Ableitungen eines elastisch gelageten Aggegats übe Kopensatoen o.ä. zu achten. 4.2 Einbau und Montage Die Anodnung de Isolieeleente uss so gewählt weden, dass alle Eleente gleichäßig belastet weden und dass die Maschinenaufstellung i statischen Gleichgewicht ist. Bei Maschinenaufstellungen it unsyetische Schwepunkt (Abb. 13) uss die Position de Eleente den allgeeinen Gleichgewichtsbedingungen genügen. k i = 1 F i = G k F i = x i = 0 i = 1 k F i = y i = 0 i = 1 F i F i F i F i (25.1) (25.2) (25.3) G = g = Gewicht de elastisch gelageten Maschine (g = 9,81 /s 2 ) k = Anzahl de Isolieeleente Fü häufig vokoende otationssyetische Anodnungen it k = 6 Auflage- y i G Abb. 13 Maschinenaufstellung it unsyetische Schwepunkt 11

12 Schwingungsisolieung und Köpeschalldäung Hilfen zu Auslegung von elastischen Lageungen punkten (Abb. 14) veeinfachen sich die Gleichungen wie folgt: F i = G k = g 6 (26,1) x 1 + x 2 + x 3 = 0 (26,2) In de paktischen Auslegung de elastischen Lageung sollte de Abstand zwischen den einzelnen Feden nicht göße als ca. 1,5 sein. In Abb. 15 sind Einbau- und Befestigungsbeispiele von Isolationseleenten bei typischen Auflageausfühungen angegeben. Es ist anzusteben, die Bauteile i Beeich de Isolieeleente so steif wie nu öglich auszufühen, u die elastischen Eleente an die gesate Maschine und an das Fundaent kaftschlüssig anzukoppeln, u eine gute Isoliewikung zu eeichen. Weden die Eleente unte Rahen ode Konsolen angeodnet, dann üssen diese Bauteile in de Regel aus akustischen Günden zusätzlich ausgesteift weden. Die Befestigung de Fedeisolatoen auf de Fundaent kann duch Steinschauben ode Dübel bzw. ittels Veklebung unte Zwischenschaltung eine Haft- bzw. Köpeschall-Däplatte efolgen. Bodenunebenheiten können bei Stahlfedeisolatoen i Allgeeinen duch Höheneinstellschauben ode Ausgleichsbleche ausgeglichen weden. G Abb. 15 Einbau- und Befestigungsbeispiele ➀ AVIBRATOR FO unte steife Fundaentschulte ➁ AVIBRATOR FO-H unte ausgesteifte Maschinenahen ➂ AVIBRATOR FO-H unte eine it Beton ausgegossenen vesteiften Stahlahen F 1 x 2 F 2 x 1 x 3 F 3 S H F 1 F 2 F 3 G x1 x 2 F 1 F 2 F 3 Abb. 14 Rotationssyetische Maschinenaufstellung auf 6 Isolieeleenten x Abb. 16 Elastisch gelagete Moto-Ventilato-Einheit (Beechnungsbeispiel) 12

13 5. Beechnungsbeispiel Vogaben Eine Moto-Ventilato-Einheit soll elastisch gelaget weden. Moto und Ventilato sind auf eine geeinsaen biegesteifen Rahen sta befestigt. Gesatasse (Moto + Ventilato + Rahen): = 2000 kg Betiebsdehzahl: n = 1200 in -1 Eegekaft bei n: F e = 1000 N Gefodete Isoliefakto: I > 85 % Die elastische Lageung soll aus Eleenten eines Typs aufgebaut weden. Fundaentabessungen und Schwepunktlage siehe Abb. 16. Auslegung de Lageung Aufgund de Rahenabessungen und de unsyetischen Schwepunktlage in Längsichtung des Aggegates weden k = 6 Auflagepunkte gewählt. De Längsabstand de außenliegenden Eleente zu Schwepunkt wid it x 1 = 1050 x 3 = 750 festgelegt. Nach Gleichung (26.2) egibt sich fü den Abstand de ittleen Eleente zu Schwepunkt: x 2 = x 1 x 3 = = 300 Die Belastung de einzelnen Eleente egibt sich nach Gleichung (26.1) zu: F i = g = 6 = 3,27 kn 2000 kg 9,81 /s 2 6 Die aufgelagete Masse je Eleent ist: i = 6 = 2000 kg 6 = 333 kg Nach Abb. 8, bzw. Gl. (20), wid ein Isoliefakto von > 85 % bei venachlässigbae Däpfung bei eine Fequenzvehältnis von λ > 2,8 eeicht. Die efodeliche Eigenfequenz eechnet sich it Gl. (13) zu: f 0 = it ist f e λ f e = n [in-1 ] [Hz] 60 = 1200 in-1 60 = 20 Hz f o < 20 2,8 f o < 7,1 Hz Beechnungsbeispiel Daten Eleent-Daten Tagkaft Statische Steife (Fedeate) Dynaische Beiwet Anliefeungshöhe (Höhe ohne Last) Auslegungswete Eigenfequenz Statische Einfedeung (unte Last) Betiebshöhe (Höhe unte Last) Fequenzvehältnis Angaben bei λ Kaft-/Aplitudenübetagungsfunktion Isoliefakto Däung Aplitudenübehöhung Schwingaplitude F c bzw. c D k d H A f o h H B λ α I L α β z [kn] [N/] [] [Hz] [] [] [%] [db] [] Aufgund de Belastung je Eleent, de efodelichen Eigenfequenz und de Befestigungsöglichkeit weden aus den beiliegenden Datenblätten folgende Eleente gewählt : AVIBRATOR FL 250 altenativ : Elasto -Rundeleent GFIS 1060a Die Daten de ausgewählten Isolieeleente und die Auslegungsegebnisse sind in de untenstehenden Tabelle zusaengestellt. Beide Eleente efüllen die gestellte Fodeung. Auch die bei elastisch gelageten Maschinen in este Näheung zulässige Schwingaplitude von ax. 0,05 (siehe Kap. 2.11) wid von beiden Eleenten unteschitten. Bei Einsatz de Stahlfede wid i Vegleich zu Guifede abe eine deutlich höhee Isoliewikung eeicht, in de Däung betägt de Unteschied 14 db. (GI. 2) (GI. 6) (GI. 7) (GI. 13) (GI. 17) (GI. 20) (GI. 18) (GI. 23) (GI. 22) AVIBRATOR FL 250 1,75 bis 3, ,0 * Da die Avibatoen FL ab Wek vogespannt sind, lässt sich die statische Einfedeung nicht wie bei Eleenten ohne Vospannung eitteln. Die Betiebshöhe (Höhe unte Last) wid aus de Datenblatt eittelt. 90 3,2 * 72* 6,3 0,026 97,4 31,7 1,03 0,03 Elasto - Rundeleent GFIS 1060a 3, ,2 60 6, ,9 0,13 86,5 17,7 1,13 0,04 13

14 Best.-N. 81/2 G+H Schallschutz GbH Bügeeiste-Günzweig-St Ludwigshafen Tel.: Fax: E-ail: info@guh-schallschutz.de