Schwingungen ade
Dr.-Ing. Johann Lenz
Zur Qualitätssicherung in der Grundstoffindustrie (z. B. Klinkerherstellung) werden Probenaufbereitungsgeräte eingesetzt, um durch nachfolgende Analysen Auskunft über die Materialzusammensetzung oder die Qualität eines Produktionsprozesses zu geben.
Als ein wesentliches Bauteil der Probenaufbereitungsgeräte werden Scheibenschwing¬mühlen verwendet, die aufgrund von Unwuchtkräften der rotierenden Scheiben die Feinmahlung von unterschiedlichsten Materialien (z. B. Klinker, Hochofenmehl, Rohmehl) vornehmen. Dabei führen die Unwuchtkräfte der meist drehzahlvariablen Mühle zu erhöhten Kräften, die sich durch äußere Rahmenschwingungen des Gerätes oder auch durch Erschütterungen im Fußboden bzw. Deckenbereich störend bemerkbar machen. Um diese Problematik einmal grundsätzlich zu durchleuchten, wurde KÖTTER Consulting Engineers mit einer kombinierten messtechnisch/theoretischen Schwingungsunter¬suchung an einem Probenaufbereitungsgerät beauftragt. Die durchgeführten Schwingungsmessungen zeigten, dass neben den kurzzeitig auftretenden Impulserhöhungen (Start, Stop) die größten Betriebsschwingungen bei der mittleren von drei Drehzahlen (siehe Bild 1) zu verzeichnen waren.
Zur Schwingungsreduzierung wurden verschiedene Möglichkeiten erarbeitet, die prinzipiellen Auswirkungen bzw. Verbesserungen miteinander verglichen und vorgestellt (Tabelle 1).
In einer gemeinsamen Diskussionsrunde wurde entschieden, die Modifikation Schwingungsisolierung mit Stahlfederelementen vorzunehmen, da hierdurch die effektivste Schwingungsminderung zu erwarten ist. Die Detailauslegung der erforderlichen vertikalen und horizontalen Federsteifigkeiten erfolgte mit einem Finite-Element Modell der Mühle und der Rahmenverstrebung. Die bei dieser tieffrequent wirkenden Schwingungsisolierung auftretenden Resonanzdurchläufe beim Ein- und Ausschalten der Mühle wurden durch den Einbau von zusätzlichen Dämpfungselementen in den Stahlfedern sowie Zusatzmassen am Mühlkörper unterbunden. Nach Realisierung der Maßnahme wurden Messungen an der modifizierten Mühle vorgenommen. In Bild 2 ist auszugsweise der Vergleich der Schwingungen vor und nach Umsetzung der Schwingungsisolierung (blau) für den Arbeitszyklus "Rohmehl" dargestellt.
Die auftretenden Schwingungen werden durch die umgesetzte Schwingungsisolierung mit Stahlfederelementen durchschnittlich um mehr als 90 % reduziert. Eine vom Auftraggeber nachträglich durchgeführte Funktionskontrolle der Mühle und eine Qualitätskontrolle des Mahlergebnisses zeigte, dass die neue Lagerung der Feinmühle ohne Einschränkung in die Serienfertigung übernommen werden kann. Damit kann dem Anwender zukünftig ein "schwingungsfreies" Probenaufbereitungsgerät geliefert werden.
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Dr.-Ing. Johann Lenz
Zur Qualitätssicherung in der Grundstoffindustrie (z. B. Klinkerherstellung) werden Probenaufbereitungsgeräte eingesetzt, um durch nachfolgende Analysen Auskunft über die Materialzusammensetzung oder die Qualität eines Produktionsprozesses zu geben.
Als ein wesentliches Bauteil der Probenaufbereitungsgeräte werden Scheibenschwing¬mühlen verwendet, die aufgrund von Unwuchtkräften der rotierenden Scheiben die Feinmahlung von unterschiedlichsten Materialien (z. B. Klinker, Hochofenmehl, Rohmehl) vornehmen. Dabei führen die Unwuchtkräfte der meist drehzahlvariablen Mühle zu erhöhten Kräften, die sich durch äußere Rahmenschwingungen des Gerätes oder auch durch Erschütterungen im Fußboden bzw. Deckenbereich störend bemerkbar machen. Um diese Problematik einmal grundsätzlich zu durchleuchten, wurde KÖTTER Consulting Engineers mit einer kombinierten messtechnisch/theoretischen Schwingungsunter¬suchung an einem Probenaufbereitungsgerät beauftragt. Die durchgeführten Schwingungsmessungen zeigten, dass neben den kurzzeitig auftretenden Impulserhöhungen (Start, Stop) die größten Betriebsschwingungen bei der mittleren von drei Drehzahlen (siehe Bild 1) zu verzeichnen waren.
Zur Schwingungsreduzierung wurden verschiedene Möglichkeiten erarbeitet, die prinzipiellen Auswirkungen bzw. Verbesserungen miteinander verglichen und vorgestellt (Tabelle 1).
In einer gemeinsamen Diskussionsrunde wurde entschieden, die Modifikation Schwingungsisolierung mit Stahlfederelementen vorzunehmen, da hierdurch die effektivste Schwingungsminderung zu erwarten ist. Die Detailauslegung der erforderlichen vertikalen und horizontalen Federsteifigkeiten erfolgte mit einem Finite-Element Modell der Mühle und der Rahmenverstrebung. Die bei dieser tieffrequent wirkenden Schwingungsisolierung auftretenden Resonanzdurchläufe beim Ein- und Ausschalten der Mühle wurden durch den Einbau von zusätzlichen Dämpfungselementen in den Stahlfedern sowie Zusatzmassen am Mühlkörper unterbunden. Nach Realisierung der Maßnahme wurden Messungen an der modifizierten Mühle vorgenommen. In Bild 2 ist auszugsweise der Vergleich der Schwingungen vor und nach Umsetzung der Schwingungsisolierung (blau) für den Arbeitszyklus "Rohmehl" dargestellt.
Die auftretenden Schwingungen werden durch die umgesetzte Schwingungsisolierung mit Stahlfederelementen durchschnittlich um mehr als 90 % reduziert. Eine vom Auftraggeber nachträglich durchgeführte Funktionskontrolle der Mühle und eine Qualitätskontrolle des Mahlergebnisses zeigte, dass die neue Lagerung der Feinmühle ohne Einschränkung in die Serienfertigung übernommen werden kann. Damit kann dem Anwender zukünftig ein "schwingungsfreies" Probenaufbereitungsgerät geliefert werden.
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Bild 1: Betriebsschwingform, Messpunkte Betriebsschwingungsform (unverformt: gestrichelte Linie, verformt: durchgezogene Linie) bei der mittleren Drehzahl.
Tabelle 1: Übersicht möglicher Minderungsmaßnahmen und ihrer Vor- und Nachteile.
Bild 2: Betriebsschwingungen vor und nach der Modifikation