Schwingungstechnik ACE präsentiert Demonstrationsgerät für Schulungen

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Wie veranschaulicht man plastisch die Auswirkungen von schädlichen Schwingungen an Maschinen? ACE Stoßdämpfer antwortet darauf mit einem neuen Demonstrationsgerät für Schulungen.

Jörg Brinkmann, seit fast 20 Jahren als ACE-Schulungsleiter tätig, hatte einen Plan: Neben den Themen Dämpfungstechnik und Geschwindigkeitsregulierung wollte er den Bereich der Schwingungen in seine Vortragsreihe integrieren. Nach einer Veranstaltung an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe unterhielt er sich darüber mit Prof. Dr.-Ing. Theo Kiesel vom Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik. Dieser war aufgeschlossen, im Rahmen einer Bachelorarbeit einen Anforderungskatalog zu erstellen, wie ein Demonstrationsgerät aussehen könnte und was gezeigt werden sollte, um Auswirkungen von Vibrationen auf das Verhalten von Maschinen didaktisch zu veranschaulichen. Das Umsetzungsergebnis eines der Studierenden der Hochschule für angewandte Wissenschaften mit Promotionsmöglichkeit in Ostwestfalen-Lippe mit Sitz in Lemgo und weiteren Standorten in Detmold und Höxter war von der Konzeption her und mittels zahlreicher 3D-gedruckter Bauteile beachtlich. Da ACE und Jörg Brinkmann planten, eigene Standardkomponenten zu integrieren, nahm das Schulungsteam einige Modifikationen vor und realisierte in der Folge ein Demonstrationsgerät für die Schwingungstechnik.

ACE-Gerätepark für Schulungen erhält Zuwachs

Bei den von ACE gratis für verschiedenste technische Lehrinstitute angebotenen Schulungen setzt das zur Stabilus-Gruppe gehörende Unternehmen bereits unterschiedliche Demonstrationsobjekte ein. Dazu gehört neben einem Federbaum, der aus diversen Industrie-Gasdruck- und -Gaszugfedern besteht und der Veranschaulichung der Geschwindigkeitsregulierung dient, auch ein Falltester. An diesem werden sowohl Schwerkraft und kinetische Energie als auch Verzögerungskräfte von Massen vorgeführt. Dies geschieht eindrucksvoll, wenn auch schwere Lasten anhand von Klein- und Industriestoßdämpfern auf den Punkt genau und ohne Zerstörung von empfindlichen Objekten wie etwa aus Glas oder Porzellan abgebaut werden. Zur Verdeutlichung weiterer Vorteile dieser hydraulisch und stromlos funktionierenden Komponenten nutzt das Schulungsteam zudem eine Konstruktion, mit deren Hilfe sich gängige Methoden der Endlagendämpfung miteinander vergleichen lassen. Hier sind in einem Gerät elektrische, hydraulische und pneumatische Bremsen vereint, die in einem Versuch jeweils dieselbe Masse zu verzögern haben. Dabei schneiden die Industriestoßdämpfer zum einen dank linearer Kennlinien und gleichmäßiger Verzögerung über den gesamten Bremsweg sowie aufgrund der zum Abbremsen nicht erforderlichen Versorgung mit Druckluft und Strom am vorteilhaftesten und nachhaltigsten ab.

Investitionen in die deutsche Produktion

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Die Latte für das neu zu realisierende Demonstrationsgerät für den Bereich der Schwingungstechnik lag also hoch. Aus diesem Grund holte Jörg Brinkmann seinen Kollegen Niklas Backhausen aus der Abteilung Entwicklung und Innovation für die neue Konstruktion mit ins Boot. Während Niklas Backhausen sich um das Didaktikkonzept, die Integration von entscheidenden Komponenten zum Abbau von Vibrationen und Schwingungen sowie um die Endabnahme kümmerte, wurde noch ein Spezialist aus dem Bereich Sondermaschinenbau hinzugezogen. Dieser steuerte Auslegung, Antrieb, Steuerung und Schaltschrank bei.

Neues Demonstrationsgerät für die Schwingungstechnik

Als Resultat dieser Kooperation ist nun ein vollkommen neues, leicht zu transportierendes Demonstrationsgerät für die Schwingungstechnik entstanden. Es besteht aus Aluminiumprofilen als Grundkorpus und einer blauen Platte mit zwei Griffen, die als Gewicht fungieren. Unterhalb der Platte befindet sich ein elektrischer Vibrationsmotor. Die blaue Platte kann im Korpus wahlweise in der rechten Position oder links montiert werden. Auf der rechten Seite ist die Platte samt Motor fest mit dem Grundgestell verschraubt. Wird dieser eingeschaltet, lässt sich sehr anschaulich darstellen, was passiert, wenn in einer Maschine Vibrationen auftreten und diese nicht isoliert werden. Die ganze Einheit vibriert dann und fängt an, auf dem Boden zu „wandern“.

Zur Erzielung von Aha- und von Lerneffekten ist es möglich, die blaue Platte von der rechten Seite abzuschrauben. Sie lässt sich dann leicht auf der linken Seite neu befestigen, wo sie für Schulungszwecke auf Schwingungsisolatoren von ACE vom Typ AAM gelagert wird. Dabei handelt es sich um ein Akronym für All Attitude Mounts und um Schwingungen isolierende Verbindungselemente, die in jeder gewünschten Raumachse montierbar und für Belastungen in Schub-, Druck- und Zugrichtung einsetzbar sind, wobei sie Belastungen zwischen 0,5 und 22,7 Kilogramm aufnehmen. Mit einer Eigenfrequenz von 16 bis 46 Hertz kommen die standardmäßig aus verzinktem Metall und mit Gummibauteilen aus Neopren gefertigten AAM in vielen industriellen Applikationen zum Einsatz, wenn empfindliche Maschinenelemente vor schädlichen Vibrationen geschützt werden sollen.

Veranschaulichung guter und schlechter Schwingungsisolierung

Im Schulungsfall ist das Gerät so ausgelegt, dass zwei Betriebszustände dargestellt werden können. Auf diese Weise erleben die Studierenden, was passiert, wenn zum einen eine gute Isolierung und zum anderen eine schlechte nahe am Resonanzbereich gewählt worden ist. Diese Lektion gelingt dem Schulungsteam von ACE, weil die Erregerfrequenz des Vibrationsmotors einstellbar ist. Zusammenfassend kann die Einheit diese drei möglichen Szenarien darstellen:

1. Fest verschraubt: Keine Schwingungsisolierung der Maschine, die Konstruktion vibriert, schaukelt sich auf und beginnt, deutlich zu wackeln, was absolut unerwünscht ist.

2. Gut isoliert: Die Maschine ist auf Schwingungsisolatoren mit einer Erregerfrequenz für gute Isolierung montiert, sodass ihr Gewicht exakt gelagert und die Schwingungsamplitude sehr klein ist, was zu einem ruhigen Betrieb führt.

3. Schlecht isoliert: Die Maschine ist ebenfalls durch Schwingungsisolatoren gelagert, allerdings mit einer Erregerfrequenz für schlechte Isolierung montiert, wobei die Schwingungsamplitude sehr hoch ist, sodass das Gewicht beginnt, sich aufzuschaukeln.

Zu guter Letzt haben die Experten in ihrem neuen Demonstrationsgerät für die Schwingungstechnik auch den Schaltschrank abgesichert und die empfindliche Elektronik vor Schwingungen geschützt. Dies gelang durch die Integration von Drahtseilfedern. Auch diese Produkte mit der Typbezeichnung WR, dem Akronym für Wire Ropes, dämpfen, isolieren und entkoppeln Vibrationen wirksam. Dafür sind die Drahtseile aus Edelstahl und die Riegel, welche die Seile klemmen, auf Wunsch aus Edelstahl oder Aluminiumlegierungen gefertigt, wodurch sie sich durch hohe Widerstandskräfte und lange Standzeiten auszeichnen. Die Drahtseilfedern isolieren eine breite Palette unterschiedlicher Vibrationen und decken ein Belastungsspektrum von 300 Gramm bis 2000 Kilogramm ab. Damit sind sie neben der Lagerung der Schaltschrank-Elektronik ebenso geeignet für die Isolierung empfindlicher Festplatten und Messapparaturen wie für die von Containern und Schwermaschinen.

Robert Timmerberg M. A. ist Fachjournalist (DFJV) und Geschäftsführer von plus2 in Düsseldorf.