Fachbeitrag: Vibrationen und Geräusche minimieren

(10.7.2024) Schwingungen können Menschen belästigen, Anlagen stören und Gebäude beschädigen. Vor dem geistigen Auge taucht normalerweise nicht das Wort „Schwingung” bei solchen Auswirkungen auf, eine deutlichere Vorstellung von Hör- oder Fühlbarkeit vermittelt da oft eher das Wort „Vibration”.

1. Vibrationen und die Folgen

Ganz sachlich betrachtet, ist Vibration ein mechanisches Phänomen, bei dem Schwingungen um einen Gleichgewichtspunkt auftreten. Nicht immer unerwünscht, wie etwa bei Gitarrensaiten oder Lautsprechermembranen. Zudem leisten mechanische Schwingungen auch nützliche Arbeit, etwa bei Förderanlagen, Betonrüttlern oder Ultraschall-Reinigungsgeräten.

Erzeugen aber Schwingungen etwa bei beweglichen oder rotierenden Teilen von Maschinen ein Ungleichgewicht, sorgen sie für Probleme. Sie sind unerwünscht, wenn sie Schäden verursachen oder ungewollte Geräusche erzeugen.

Die häufigsten Quellen von Vibrationen in Gebäuden

Fest mit Decke, Wand oder Dach verbundene Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und Bauteile, an oder in denen schwingungsverursachende Geräte angebracht sind, wie Heizkessel mit Öl- und Gasgebläsebrenner oder Wärmepumpen, bewegen sich. Sie können, ebenso wie Rohrleitungen und Luftkanäle, Körperschall übertragen. In der Praxis sind Schwingungen kaum zu vermeiden. Sie entstehen meist aufgrund von ...

• Fertigungstoleranzen und Lagerspielen,
• rollenden oder gleitenden Berührungen zwischen Maschinenteilen und
• Unwuchten in rotierenden und pendelnden Bauteilen.

Starke Vibrationen und erheblicher Lärm sind dabei oft verursacht durch kleine, unscheinbare Schwingungen, die Resonanzfrequenzen anderer Bauteile anregen.

Welche möglichen Folgen haben Vibrationen?

Verursachen Vibrationen Probleme, betreffen sie sowohl das Gebäude als auch seine Benutzer. Mögliche Folgen sind ...

• verminderte Arbeitsfähigkeit, Müdigkeit und Kopfschmerzen bei Personen
• verringerte Arbeitssicherheit von Personen in der Nähe
• negative Auswirkungen auf die Bausubstanz
• Störungen an in der Nähe aufgestellten Geräten und Instrumenten
• Verstoß gegen gesetzliche Anforderungen.

2. Vibrationen verhindern und beseitigen

Unerwünschte Schwingungen reduzieren lohnt sich. Grundsätzlich verlangsamt sich der Verschleiß von Bauteilen. Kaum zu unterschätzen sind auch die Wirkungen auf Menschen durch verbesserte Arbeitsbedingungen und höhere Arbeitssicherheit. Bereits bestehende Geräusch- oder Schwingungsprobleme zu beheben, erweist sich dabei häufig als weitaus kostspieliger als vorbeugende Maßnahmen. Aufwendungen für Untersuchungen, Nachrüstungsunternehmen und mögliche Entschädigungszahlungen an Gebäudebetreiber summieren sich schnell. Daher ist es meist ratsamer, Schwingungs- und Lärmprobleme zu vermeiden, statt sie zu beheben.

Die effizienteste Methode zur Vibrationseindämmung im SHK-Bereich ist die Isolierung der Schwingungsquelle von der tragenden Struktur. Es gibt viele Arten von Isolatoren für HLK-Geräte. In der Praxis ist der Einsatz von Schwingungsdämpfern die einfachste Lösung.

Was sind Schwingungsdämpfer?

Schwingungsdämpfer, auch als „Schwingungsisolatoren” oder „elastische Lager” bekannt, minimieren Vibrations- und Geräuschübertragung an Maschinen, Rohrleitungen und Kanälen. Sie bestehen meist aus Gummi, Metallfedern oder einer Kombination beider Materialien und weisen ausgezeichnete stoß- und vibrationsdämpfende Eigenschaften auf.

Auswahl des richtigen Schwingungsdämpfers

Vibrationsdämpfende Halterungen sind einfach zu installieren und in einer Vielzahl von Größen, Ausführungen und Belastbarkeiten erhältlich.

Übersicht der wichtigsten Schwingungsdämpferarten mit ihren Hauptanwendungen:

Stahlfederdämpfer

Stahlfederdämpfer werden hauptsächlich zur Dämpfung niederfrequenter Vibrationen auch für größere Lasten verwendet. Dies umfasst Anwendungen wie Lüftungsgeräte, Kaltwassersätze, Kältemaschinen, Luftkompressoren usw.

Gummi-Metall-Dämpfer

Glockenförmige Elastomerdämpfer eignen sich für Maschinen mit horizontalen Vibrationen. Sie sind ideal für Geräte mit hochfrequenten Vibrationen über 2.500 Umdrehungen pro Minute (U/min).

Nivellierbare Maschinenfüße

Nivellierbare Maschinenfüße erfüllen eine ähnliche Funktion wie Gummi-Metall-Dämpfer, benötigen jedoch keine Befestigung an der tragenden Struktur. Sie eignen sich z.B. für Klimageräte, Axial- und Radiallüfter, Motoren, Pumpen und Kompressoren.

Stahlfederhänger

Stahlfederhänger absorbieren Vibrationen und dadurch bedingte Geräusche abgehängter Lasten wie Rohrleitungen, Kanäle, Lüfter und andere HLK-Geräte. Der Gummifederteller verhindert den Kontakt zwischen Gehäuse und Feder und erhöht so die Effizienz.

Schallschutzaufhänger

Schallschutzaufhänger verwenden anstelle der Feder einen Gummidämpfer und werden normalerweise in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen eingesetzt. Der Schallschutzaufhänger ist schwenkbar und so z.B. auch für den Einsatz an schrägen Decken verwendbar.

Schwingungsdämpfer

Schwingungsdämpfer mit Innengewinde und/oder Gewindestift sind ideal für den Einsatz bei Maschinen und Geräten, die auf metallischen Oberflächen montiert werden.

Antivibrationsplatten

Antivibrationsplatten sind einfach zuschneide- und montierbare quadratische Matten. Sie eignen sich ideal als elastische schall- und schwingungsdämpfende Grundplatten für Geräte und Metallelemente.

3. Schwingungsdämpfer in der praktischen Anwendung

In der Praxis gibt es die unterschiedlichsten Anforderungen an Schwingungsdämpfer. Einflussfaktoren sind:

• Einsatzort
  • Anforderungen durch den Gebäudetyp wie z.B. Krankenhaus, Wohngebäude oder Industrieanlage.
  • Der zur Verfügung stehende Bauraum.
  • Umwelteinflüsse: Korrosionskategorie und Umgebungstemperatur.
• Montageart
  • Möglichkeiten der Befestigung, hängende oder stehende Montage.
• Gerätedaten
  • Abmessungen, Gewicht und vorgegebene Unterstützungspunkte für den Einsatz der Dämpfer.
  • Höhe, Richtung und Art der Belastung.
  • Frequenz des Gerätes - Drehzahl des Gerätes in U/min oder Umdrehungen pro Sekunde (U/sek, Hertz (Hz).

Aus der jeweiligen Anwendung heraus und im Zuge der schwingungstechnischen Auslegung, ergeben sich besondere Anforderungen wie Nennlast, Lastrichtung, Federrate und Dämpfungsverhalten.

Bemessung an einem Beispiel erläutert

Ein bodenstehendes Aggregat hat ein Gesamtgewicht von 1.140 kg und 4 Befestigungspunkte. Es soll mittels nivellierbarer Maschinenfüße schwingungsgedämpft montiert werden.

Daraus ergibt sich eine Belastung je Maschinenfuß von:

1.140 kg / 4 Befestigungspunkte = 285 kg pro Befestigungspunkt (Maschinenfuß)

Die Frequenz des Aggregates im Betrieb beträgt 2.100 U/min.

Vier Schritte, um herauszufinden, ob der ausgewählte Schwingungsdämpfer die Anforderung erfüllt:

1. In der Tabelle die Belastung je Maschinenfuß auswählen – größer oder gleich 285 kg.
2. In der gleichen Zeile in der ersten Spalte befindet sich die Artikelnummer des Produkts.
3. Rechts neben der Belastung kann der Federweg abgelesen werden.
4. In der obersten Zeile die Spalte mit der Drehzahl oder der nächstniedrigen Drehzahl auswählen. Im Beispiel 2.100 U/min die Spalte 2.000 U/min auswählen und die Einfügungsdämpfung 94 in % ablesen.

Autor: Thomas Geißler, Leiter Technik und Projektmanagement bei der Walraven GmbH

Weitere Informationen können per E-Mail an Walraven angefordert werden.