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Erschütterungen in der Baustoffindustrie: wie kann - imb-dynamik

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dynamik
Erschütterungen in der Baustoffindustrie:
wie kann man sie verringern oder
beseitigen?
Eine Einführung mit praktischen Beispielen
Stand Mai 2006
dynamik
Dipl.-Ing. Helmut Schmitz
Geschäftsführer
Dr.-Ing. Frank Mueller-Boruttau
Inhaber
Calenberg Ingenieure
Hersteller elastischer Elemente
Salzhemmendorf, Deutschland
imb-dynamik
Beratende Ingenieure
Inning-Buch, Deutschland
www.calenberg-ingenieure.de
www.imb-dynamik.de
Calenberg Taiwan Mass spring system.ppt
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
Erschütterungen in der Baustoffindustrie:
wie kann man sie verringern oder beseitigen?
Inhaltsübersicht
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
2 Eigenschwingungen an einfachen Beispielen
3 Typische Erregerfrequenzen
4 Der Einmassenschwinger unter dynamischen Lasten
5 Die Prinzipien der Verringerung von Schwingungen
6 Calenberg Elastische Elemente, Auswahl, Wirksamkeit
7 Anforderungen an Fundament
8 Anforderungen an den Unterbau
9 Korrekturmöglichkeiten
10 Sanierung bestehender Anlagen
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 2
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.1 Erschütterung - Übertragung- Erschütterungseinwirkung =
Emission - Transmission - Immission
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 3
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.2 Arten der Anregung: Krafteinwirkung (Mühle auf Fundament)
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 4
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.2 Arten der Anregung: Erschütterungseinwirkung vom Aufstellort (schwingendes
Fundament wirkt auf Aggregate, Leitungen, Steuerstände etc. ein, die auf dem
Fundament oder auf der Mühle selbst befestigt sind)
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 5
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.3 Der zeitliche Verlauf der Einwirkung: sinusförmig, eine Frequenz, stationär
Nicht ausgeglichene
Massen in Rotation
Schwingweg s(t)
Schwingungszeitverlauf
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 6
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.3 Der zeitliche Verlauf der Einwirkung: sinusförmig, mehrere Frequenzen
Schwingungszeitverlauf
Getriebe mit
Drehzahlen
Schwingweg s(t)
unterschiedlichen
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 7
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
Fallhammer
Kraftzeitverlauf
Kraft F(t)
1.3 Der zeitliche Verlauf der Einwirkung: stoßartig
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 8
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.3 Der zeitliche Verlauf der Einwirkung: zufällig, regellos (Rauschen)
Kraft-Zeitverlauf
Kraft F(t)
Kugelmühle
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 9
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.4 Unerwünschte Auswirkungen: auf Menschen z. B. am Arbeitsplatz
¾ Ermüdung
¾ Verringerte Arbeitsleistung
¾ Schlafstörungen
¾ Krankheit
Mensch im Labor bei
Erschütterungseinwirkungen
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 10
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wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.4 Unerwünschte Auswirkungen: auf Gebäude
Gebäudeschäden
infolge von
Sprengungen,
Spundwandrütteln
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 11
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wie verringern oder beseitigen?
dynamik
1 Schwingungen in der Baustoffindustrie
1.4 Unerwünschte Auswirkungen: Maschinen, technische Anlagen
Bruch von Befestigungen, Rohrleitungen, Beschädigung von Getrieben,
elektrischen Leitungen, Steuereinrichtungen
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 12
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wie verringern oder beseitigen?
dynamik
2 Eigenschwingungen an einfachen Beispielen
2.1 Einmassenschwinger
EINE Eigenfrequenz,
abklingende Schwingung
Auslenkung s(t)
s(t)
exp
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 13
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
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dynamik
2 Eigenschwingungen an einfachen Beispielen
2.2 Schwinger mit kontinuierlichen Strukturen
unendliche viele Eigenschwingungen
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 14
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
2 Eigenschwingungen an einfachen Beispielen
2.2 Schwinger mit kontinuierlichen Strukturen
Schwingungsschutz:
leicht für Anregung mit EINER Frequenz / EINE Eigenfrequenz
schwierig für Anregung mit VIELE Frequenzen und / oder VIELEN Eigenfrequenzen
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 15
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dynamik
3 Typische Frequenzen
3.1 Anregungsfrequenzen
Zementmühle
abhängig von Größe und
Technologie
3 – 100 Hz
Motor,
drehende Maschine
Grunddrehzahl,
3 x Grunddrehzahl,
5 x Grunddrehzahl,
.....
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 16
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wie verringern oder beseitigen?
dynamik
3 Typische Frequenzen
3.1 Anregungsfrequenzen
Getriebe
Frequenzgemisch
5 – 100 Hz
Spundwandrütteln, Bodenverdichtung
20 – 40 Hz
Großpresse
3 – 50 Hz
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 17
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wie verringern oder beseitigen?
dynamik
3 Typische Frequenzen
3.2 Struktureigenfrequenzen
Weitgespannte Hallen
2 – 5 Hz
Bürogebäude mit großen
Deckenspannweiten
5 – 15 Hz
Wohngebäude, Deckenspannweiten ca. 5 m
20 – 30 Hz
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 18
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
3 Typische Frequenzen
3.2 Struktureigenfrequenzen
schwimmende Estriche
30 – 100 Hz
Elastisch gelagerte
Großmaschinen / Gebäude
3 – 12 Hz
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 19
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
3 Typische Frequenzen
3.2 Kritische Frequenzen
Empfindlichkeit des Menschen
1 – 80 Hz
Empfindlichkeit von Gebäuden
1 – 100 Hz
Empfindlichkeit technischer Geräte
0,1 – 1000 Hz
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 20
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
3 Typische Frequenzen
3.2 Kritische Frequenzen
Empfindlichkeit des Menschen
1 – 80 Hz
Empfindlichkeit von Gebäuden
1 – 100 Hz
Empfindlichkeit technischer Geräte
0,1 – 1000 Hz
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 21
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
4 Einmassenschwinger unter dynamischer Belastung
Kraft F(t)
Kraftzeitverlauf
Zeit t
Schwingweg s(t)
Schwingungszeitverlauf
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 22
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
4 Einmassenschwinger unter dynamischer Belastung
Eine sinusförmige einwirkende Kraft erzeugt eine sinusförmige Antwort mit der
gleichen Frequenz.
ABER: Die Schwingweite kann sich von der statischen Einsenkung unter der
maximalen Last erheblich unterscheiden, Grund: Resonanz
Überhöhungsfunktion = dynamische Auslenkung / statischer Auslenkung
(vergrößerte Darstellung)
Überhöhungsfunktion
Überhöhungsfunktion
3
10
Überhöhungsfaktor [-]
Überhöhungsfaktor [-]
Fall 2
5
0
2
1
D=0
D=0
D = 0,2
Fall 1
D = 0,2
D = 0,4
D = 0,4
D = 0,6
D = 0,6
D = 0,8
D = 0,8
D=1
D=1
Reihe7
Reihe7
Fall 3
0
1
10
100 1
10
Frequenz [Hz]
Erschütterungen Zementmühlen 2006
100
Frequenz [Hz]
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Erschütterungen in der Baustoffindustrie
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dynamik
4 Einmassenschwinger unter dynamischer Belastung
Fall 1: Langsame Belastung, Anregungsfrequenz kleiner als Eigenfrequenz
Schwingweg s(t)
Schwingung (t)
Kraft (t)
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 24
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
4 Einmassenschwinger unter dynamischer Belastung
Fall 2: Belastung mit Anregungsfrequenz knapp unter der Eigenfrequenz
Schwingweg s(t)
Schwingung (t)
Kraft (t)
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 25
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
4 Einmassenschwinger unter dynamischer Belastung
Fall 3: Belastung mit Anregungsfrequenz über der Eigenfrequenz: Schwingungsdämmung
Schwingweg s(t)
Schwingung (t)
Kraft (t)
Zeit t
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 26
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
5 Die Prinzipien der Verringerung von Schwingungen
Annahme: Die einwirkende Kraft bleibt unverändert durch die Maßnahme
Die Zwischenschaltung einer Feder ermöglicht der Masse oberhalb der Feder, durch
die Trägheit der Masse der anbgreifenden Kraft entgegen zu wirken. An das
Fundament wird nur noch ein Bruchteil
der angreifenden Kraft weitergeleitet.
Erschütterungen Zementmühlen 2006
Seite 27
Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
5 Die Prinzipien der Verringerung von Schwingungen
Dafür ist es aber wichtig, dass man den Fall 3 erreicht. Im Fall 1 und 2 vergrößert sich
die auf das Fundament einwirkende Kraft, die Erschütterungen werden höher!!
Überhöhungsfunktion
3
Überhöhungsfaktor [-]
Fall 2
D=0
2
D = 0,2
Fall 1
D = 0,4
D = 0,6
D = 0,8
D=1
1
Reihe7
Fall 3
0
1
10
100
Frequenz [Hz]
Erschütterungen Zementmühlen 2006
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Erschütterungen in der Baustoffindustrie
wie verringern oder beseitigen?
dynamik
5 Die Prinzipien der Verringerung von Schwingungen
Tabelle USM mit Bandbreite und Beispiellösungen einfügen
Ciditan Stoßschutzmatte unter Hämmern Lösungen
Korrekturen nicht erforderlich
Massenveränderung Auflast prozentual sehr gering, kein Problem, aber wenn falsche Lasten oder
Frequenzen, 1000 W und alle Noppenmatten gleichbleibende Abstimmfrequenz
Abstimmung abhängig von: Erregerfrequenzen, Übertragung, Immissionsorte und lokale
Anforderungen, individuelle Abstimmung für abweichende Situationen erforderlich
Lenbach als Beispiel für Langlebigkeit: und Beispiel Flächenlochlager für stat. Lagerung mit
250facher Belastung, Eigenschaften gleichbleibend über Lebensdauer Gesamtsystem.
Verlustenergie geht in Ela, daher gleichbleibende Eigenschaften erforderlich, verlängert
Lebensdauer Fundament und Anlage
Auf Kraftreduktion Stöße eingehen
Hohe Qualität Beratung UND Material
Matte Seitenwand Alternativen, Beratung durch Baudynamik, dynamische Versteifung
Hammer und Messgerät mitnehmen, verschiedene Sachen demonstrieren, vorher Berechnungen
anstellen
2 Beamer russisch UND deutsch
2 h einsprachig + >= 0,5 h Diskussion mit whiteboard
Sanierung möglich für Mühle selbst + Aggregate
Hochrangiges Publikum
Erschütterungen Zementmühlen 2006
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dynamik
This presentation was prepared by
dynamik
Dipl.-Ing. Helmut Schmitz
General Manager
Dr.-Ing. Frank Mueller-Boruttau
Managing Director
Calenberg Engineers
Bearings Manufacturer
Salzhemmendorf, Germany
imb-dynamik
Consulting Engineers
Inning-Buch, Germany
www.calenberg-ingenieure.de
www.imb-dynamik.de
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State December 2005
Calenberg Taiwan Mass spring system.ppt
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Automobil
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