Konstruktion: Schwingungsisolation in Wasserkraftwerk

Lärm am Arbeitsplatz hat negative Auswirkungen und ist kontraproduktiv. Eine intelligente Schwingungsisolation kann Abhilfe schaffen, wie in einem Kraftwerk der Schluchseewerk AG, wo der von Schraubenpumpen ausgehende starke Lärm mit Hilfe von schwingungsisolierenden SLAB-Platten von ACE deutlich reduziert werden konnte.

Die Kraft des Wassers nutzbar zu machen, ist vornehmliche Aufgabe der Schluchseewerk AG. Das Unternehmen mit Hauptsitz im badischen Laufenburg am Hochrhein ist in der Nähe desjenigen Stausees beheimatet, der Teil des Firmennamens ist. Dort hat das 1928 gegründete Unternehmen im Laufe der Jahrzehnte ein Verbundsystem aus Kraftwerken geschaffen, das rund 1'600 Megawatt (MW) im Pumpbetrieb und 1'800 MW im Turbinenbetrieb für die Energieversorgung Deutschlands bereitstellt. Der Südschwarzwald bietet ideale Voraussetzungen für den sinnvollen und effizienten Bau und Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken. Vom Schluchsee bis hinunter zum Hochrhein fällt der Schwarzwald rund 600 Meter ab. Durch die große Fallhöhe entsteht hoher Wasserdruck, der von den fünf Kraftwerken des Unternehmens mit je vier Maschinensätzen in elektrische Energie umgewandelt wird.

In zwei Kraftwerksgruppen aufgeteilt, arbeiten jeweils Turbine, Generator und Pumpe nach Bedarf. Die Problematik, dass Mitarbeiter von Betriebslärm betroffen sind, ist an allen Standorten ähnlich. Als jüngstes Kind unter den Kraftwerken der Schluchseegruppe fiel die Wahl als Standort für ein Pilotprojekt zur Verbesserung des Arbeitsklimas auf das Kraftwerk (KW) Waldshut. Dessen maximaler Durchfluss beträgt im Pumpbetrieb 40 Kubikmeter Wasser pro Sekunde. Jährlich erzeugt das KW Waldshut etwa 170 Millionen Kilowattstunden Strom. Einen hohen Anteil daran haben die dort installierten Schraubenpumpen. Mit einem Gewicht von jeweils 300 kg sind sie zugleich auch Kern des Lärmproblems. Denn durch die direkte Übertragung der während des Pumpvorgangs entstehenden Kräfte auf den Wassertank wird die gesamte Konstruktion in Schwingungen versetzt. Dies liegt vor allem am hohen Luftanteil des Fördermediums Öl, das sich im Tank befindet. Die dadurch resultierende Geräuschkulisse ist so laut, dass sich so gut wie alle Mitarbeiter des Kraftwerks gestört fühlen. Um dies zu ändern, wandte sich die Schluchseewerk AG an einen vertrauten Partner: „Mit der ACE Stoßdämpfer GmbH haben wir in den vergangenen Jahren bereits mehrfach zusammengearbeitet. Dabei überzeugte uns neben den innovativen Produkten auch die zuvorkommende, freundliche und serviceorientierte Art der Mitarbeiter“, so Gerhard Bockstaller, Facharbeiter Erzeugung im KW Waldshut.

Gekonnte Eindämmung von Betriebslärm durch Teamwork

Die Stärke von ACE als Spezialisten für die industrielle Dämpfungstechnik liegt zum einen in der Schnelligkeit durch flächendeckenden Service, für den technische Berater vor Ort sorgen. Zum anderen werden je nach Anforderung des Kunden und abhängig von der Anwendung spezialisierte Teams zusammengestellt. In diesem Fall fiel Udo Fischer, der für ACE als Ingenieur und Kundenberater in Südwestdeutschland tätig ist, gleich auf, dass nicht nur die Pumpen an sich das Problem sein könnten, sondern auch ihre Verschraubung mit dem Fundament. Er setzte sich dann mit dem ACE Entwicklungsteam für die Schwingungstechnik in der Firmenzentrale in Langenfeld in Verbindung, um den Wunsch der Schluchseewerk AG nach einer Körperschalldämmung um 6 dB bestmöglich zu erfüllen. Als Ergebnis der Bestandsaufnahme schlug man dem Kunden zur Senkung des mit 86 dB gemessenen Betriebslärms eine elastische Verschraubung unter Verwendung von schwingungsisolierenden Platten aus der SLAB-Familie vor. „Was die Vibrationsisolierung betrifft, haben wir voll und ganz auf ACE vertraut. Udo Fischer und sein Team haben für uns Auslegung, Testphase und Anbringung ihrer Produkte übernommen“, erläutert Gerhard Bockstaller.

Die Berücksichtigung aller Faktoren führte schnell zu den schwingungsisolierenden Platten von ACE. Diese werden in drei verschiedenen Produktfamilien und Beschaffenheiten im Bereich der Schwingungstechnik des Unternehmens geführt. Einen ersten Anhaltspunkt, welche der drei verschiedenen Plattensorten von ACE am besten in Waldshut geeignet sind, lieferte die Auslegung mit Hilfe der firmeneigenen Software, die jedermann auf der Homepage www.ace-ace.de im Menü 'Berechnungen' rund um die Uhr zugänglich ist. Mit Hilfe des Programms kann über die Ermittlung der gewünschten Dämmung in Bezug auf die Erregerfrequenz die auflastabhängig richtige Materialtype gefunden werden. So entschied man sich für SLAB-Platten des Typs SL. Diese universell einsetzbaren, aus elastischen PUR-Werkstoffen hergestellten Vibrationsisolierungsplatten sind vielseitig einsetzbar. Sie stehen ab Werk in Langenfeld mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften, verschiedenen zulässigen Flächenpressungen sowie in variablen Standarddichten zur Verfügung und können von dort aus über den Online-Konfigurator direkt in jeder gewünschten Form bestellt, zugeschnitten und ausgeliefert werden.

Messungen im Werk bestätigen Isolierung der Schwingungen um 6,6 dB

In Waldshut ging es zuvor um die eigentliche Isolation der Lärmquelle. Zu diesem Zweck brachte das ACE Team zwischen Tank und Pumpe sowie zwischen Schraubenkopf und Pumpe SLAB-Platten an. Dies erfolgte in Form einer sogenannten elastischen Lagerung. Mit Hilfe der abgebildeten Verschraubung gelang es, die Körperschallübertragung komplett vom Sender, nämlich der Pumpe, zum empfangenden Tank hin zu trennen. Die im Vorfeld durchgeführten theoretischen Berechnungen sagten als Ergebnis dieser Maßnahme eine Reduktion von 6,6 dB voraus. Schwingungsmessungen, die das Team auf Wunsch des Kunden während der Installation durchführte, bestätigten die theoretische Annahme, dass über die besondere Art der elastischen Verschraubung die Restübertragung von Vibrationen durch ACE verhindert werden könne. Am Ende des Tages freuten sich Kunde und ACE über einen Wert von 6,6 dB und darüber, dass der theoretisch ermittelte Wert sich in der Praxis vor Ort genau erzielen und sich sogar gegenüber den vom Kunden angestrebten 6 dB um 10 Prozent senken ließ. Den Mess-Service bietet ACE je nach Anwendung inklusive. Bedenkt man zudem, dass eine Pegelminderung um 3 dB bereits einer Minderung der Schallenergie um 50 Prozent entspricht und eine Reduktion um 10 dB mit der Halbierung der Lautstärke einhergeht, ist dieses Ergebnis als großer Schritt zu werten.

Als hilfreich bei dieser Lösung erwies sich, dass die SLAB-Produkte von ACE zuschneidbar und einfach durch Aufkleben zu montieren sind. Damit sind sie ideal geeignet für viele Dämpfungsanforderungen. Das Hightech-Material aus microcellularen Polyurethan-Elastomeren wird umweltfreundlich mit Wasser aufgeschäumt. Durch die Möglichkeit des Aufschäumens kann es auch auf anderen Materialien, zum Beispiel selbstklebenden Trägerfolien oder Verschleißschichten, appliziert werden. Dadurch erhöht sich das weite Einsatzspektrum dieser Produkte noch einmal um ein Vielfaches.

Um den Arbeitskomfort durch eine weitere Lärmreduktion zusätzlich zu erhöhen, wird die beschriebene Lösung noch durch eine Schalldämmung des Antriebsmotors ergänzt. Aber das Einsatzspektrum der hier vorgestellten schwingungsisolierenden SLAB-Platten von ACE geht über den Fall weit hinaus. Andere Anwendungsbereiche sind beispielsweise die Verringerung von Schwingungen an Fundamenten von Anlagen und Maschinen, die Rohrleitungsisolierung oder die Beruhigung von Prüfständen, Messtischen und deren Fundamenten.

Ab sofort ist es möglich, die schwingungsisolierenden und stoßdämpfenden Platten aus den SLAB-Produktfamilien auf der Homepage www.ace-ace.de im Menü 'Berechnungen' direkt auszuwählen, zuzuschneiden und zu bestellen.

ACE Stoßdämpfer GmbH an der Messe Motek in Stuttgart vom 8. bis 11. Oktober 2018: Halle 5, Stand 5223.

Bild oben: Messung vorher mit an Stör- und Empfängerseite angebrachten Sensoren: Die 300 kg schweren Schraubenpumpen verursachen einen Betriebslärm von 86 dB.

  • Schwingungsisolierende Platten der Typen SLAB 170 bis SLAB 720 lassen sich in vielen Formen konfektionieren. Sie weisen Eigenfrequenzen zwischen 12 und 50 Hz auf und sind in Belastungsbereichen zwischen 0,002 N/mm2 bis 0,5 N/ mm2 einsetzbar. Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH
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