WAS SIND SCHWINGUNGSDÄMPFER?
Schwingungsdämpfer sind wichtige Produkte zur Reduzierung von Lärm und Vibrationen in Industriemaschinen und -anlagen. Sie entkoppeln die Schwingungen und den Körperschall der Maschinen und reduzieren gleichzeitig den Verschleiß ihrer internen Komponenten. Schwingungsdämpfer bieten die niedrigsten Kosten pro reduziertem dB. Sie sind hochwirksam und werden in vielen Bereichen eingesetzt.
Typologie und Zusammensetzung von Schwingungsisolatoren.
Schwingungsdämpfer sollten korrekterweise als Schwingungsisolatoren, Schwingungsentkoppler oder einfach als Schwingungselemente bezeichnet werden. Es gibt viele verschiedene Materialien, die als elastische Elemente von Schwingungsdämpfern verwendet werden, je nach Anwendung und erforderlicher Leistung. Das verwendete Material gibt die Art der Schwingungsdämpfer an, wobei jedes elastische Material seine besonderen Vor- und Nachteile hat.
Schwingungsisolatoren aus Kunststoff haben die gleichen Leistungsmerkmale wie Schwingungsdämpfer aus Gummi-Metall und werden in gleichwertigen Konfigurationen verwendet. Zu ihren Vorteilen gehören niedrige Kosten und hervorragende Gleichmäßigkeit; zu ihren Nachteilen gehört eine maximale Betriebstemperatur, die in der Regel auf +80°C (180°F) begrenzt ist.
Metallfedern werden üblicherweise dort eingesetzt, wo große statische Einfederungen erforderlich sind, um niedrige Eigenfrequenzen zu erzeugen, und sie sind auch dort von Vorteil, wo hohe Temperaturen oder andere Umgebungsbedingungen Elastomere ungeeignet machen. Ein Nachteil von Stahlfederisolatoren ist die fehlende Dämpfung. Beim Einsatz muss damit darauf geachtet werden, dass die Stabilität des elastisch gelagerten Systems ausreichend hoch ist.
Pneumatische (Luft-)Federn bieten Vorteile, wenn eine Isolierung bei niedrigen Frequenzen erforderlich ist; sie können in vielen der gleichen Anwendungen wie Metallfedern eingesetzt werden. Ein Nachteil kann die noch weiter herabgesetzte Stabilität sein. Damit wird in der Regel eine besondere Konstruktion erforderlich.Elastische Kissen (d. h. flache Platten) werden aus vielen Materialien hergestellt, darunter Neopren, Filz, Glasfaser, Kork, Naturkautschuk und andere Verbundwerkstoffe. Sie sind nicht so anpassungsfähig wie Elastomere, die in Form gegossen und zur leichteren Montage an Metallteile anvulkanisiert werden.
ELASTOMERBASIERTE SCHWINGUNGSDÄMPFER
Die am häufigsten verwendete Art von Schwingungsdämpfern besteht aus Elastomeren, d. h. aus Naturkautschuk oder synthetischem Kautschuk. Solche Schwingungsisolatoren können großen Verformungen standhalten und kehren dann praktisch ohne Schaden in ihren ursprünglichen Ausgangszustand zurück.
Elastomerbasierte Schwingungsisolatoren sind anderen Arten von Schwingungsisolatoren insofern überlegen, als sie für ein bestimmtes Maß an Elastizität, Verformungsfähigkeit, Energiespeicherung und -ableitung weniger Platz und weniger Gewicht benötigen. Außerdem können sie in viele verschiedene Formen und Größen gegossen werden, um die für die jeweilige Anwendung erforderliche Leistung zu erreichen, und das im Allgemeinen zu geringeren Kosten als andere Arten von Schwingungsisolatoren.
Elastomere haben eine außergewöhnliche Verformbarkeit. Sie können für Dehnungen von bis zu 300 Prozent verwendet werden, wobei einige Elastomere eine Dehnung von bis zu 1000 Prozent erreichen können. Sie können bis zu 1000 bis 1500 psi (0,145 bis 0,218 Pa) oder mehr belastet werden, bevor ihre Elastizitätsgrenze erreicht ist. Ihre große Fähigkeit, Energie zu speichern, erlaubt es ihnen, hohe Spannungen zu tolerieren, und wenn die Spannung nachlässt, erholen sie sich praktisch vollständig von der Verformung. Die inhärente Dämpfung von Elastomeren ist oft nützlich, um übermäßige Schwingungsamplituden während eines Resonanzzustands zu verhindern bzw. zu verringern; die Amplitude ist viel geringer als beispielsweise bei Verwendung einer Metallfeder. Aufgrund ihrer relativ niedrigen spezifischen akustischen Impedanz bieten Elastomere auch einen ausgezeichneten Widerstand gegen die Übertragung von Körperschall durch Strukturen, ein wichtiger Aspekt, wenn akustische Anforderungen ein Schlüsselfaktor sind.
Von den verschiedenen Elastomeren weist Naturkautschuk die günstigste Kombination mechanischer Eigenschaften auf, wie z. B. minimale Drift, maximale Zugfestigkeit und maximale Dehnung bei Bruch. Seine Nützlichkeit wird durch seine begrenzte Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung von Kohlenwasserstoffen, Ozon und hohen Umgebungstemperaturen eingeschränkt. Neopren und Butadien (Nitril) weisen eine bessere Beständigkeit gegen Kohlenwasserstoffe und Ozon auf. Butadien ist besonders vorteilhaft für Anwendungen mit relativ hohen Umgebungstemperaturen.
Silikongummi ist eines der teuersten Elastomere. Seine Eigenschaften sind bemerkenswert stabil und er bietet eine wirksame Isolierung über einen sehr großen Temperaturbereich: -54ºC bis 177°C (-65 bis +350°F). Im Vergleich dazu ist die Verwendung von Neopren auf einen Bereich von etwa -20 °C bis 93 °C (-4 °F +200 °F) beschränkt. Die obere Temperaturgrenze hängt von den Eigenschaften der jeweiligen Verbindung ab, z. B. vom Grad der zulässigen Verschlechterung bei anhaltender Einwirkung hoher Temperaturen und der Dauer der Einwirkung. Bei Silikon ist eine Temperatur von mehr als 149 °C (300 °F) für mehrere Stunden zulässig. Die hervorragende Fähigkeit von Silikonelastomeren, extremen Temperaturen standzuhalten, wird durch ihre geringere Festigkeit, Reißfestigkeit und Abriebfestigkeit etwas aufgehoben.
Schwingungsdämpfer aus Elastomeren haben aufgrund ihrer viskoelastischen Eigenschaften (die zwischen denen eines Festkörpers und denen einer Flüssigkeit liegen) ein komplexes Verhalten. Ihre Leistung kann aufgrund ihrer unbestimmten Fließgrenze schwer zu bestimmen sein, da ihre physikalischen Eigenschaften mit der Zeit, der Temperatur und auch den Umwelteinflüssen variieren. Gummi ist zum Beispiel ein im Wesentlichen inkompressibles Material (es hat eine Poissonzahl von etwa 0,5).
Daher hängt die Steifigkeit eines Gummielements, wenn es unter Druck belastet wird, in erheblichem Maße von der Fläche ab, die für die seitliche Ausdehnung zur Verfügung steht. Im Gegensatz dazu ist die Steifigkeit eines Gummielements in Scherrichtung im Wesentlichen unabhängig von der Form des Gummielements. Als grobe Faustregel kann man davon ausgehen, dass die minimale wahrscheinliche Drucksteifigkeit einer gegebenen Gummifeder das Fünffache ihrer Schersteifigkeit beträgt. Die maximale Drucksteifigkeit kann ein Mehrfaches des Mindestwertes betragen, wenn die seitliche Ausdehnung des Gummis begrenzt ist.
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