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EFB-Forschungsbericht Nr. 174

Schwingungsprognose und -minderung für Presswerke

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Verfasser:
Knut Großmann, Manfred Kießling, Günter Jungnickel, Holger Rudolph, Hannes Weishart - Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der Technischen Universität Dresden

93 Seiten (sw 57 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-076-8

Preis (Digital) EUR 47,00

Preis (Print) EUR 52,40

Zusammenfassung

Beim Betrieb von Presswerken treten erhebliche Schwingungsemissionen auf, welche zu Belastungen und Gefährdungen von Menschen und Gebäuden führen können. Die Schwingungsimmission wird in der Regel durch Messungen ermittelt. Zuverlässige Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Schwingungsbelastung sind nicht in der erforderlichen Weise verfügbar. Für die Beurteilung vorhandener Anlagen und zur Planung von Maßnahmen zum Schwingungsschutz im Presswerk fehlen dem Presswerkbetreiber geeignete Werkzeuge.

Ziel des Forschungsvorhabens war der Aufbau eines Schwingungs-Prognoseverfahrens (Orientierungsverfahren) für Presswerke zum Schwingungsschutz am Arbeitsplatz, am Bauwerk und im Wohnbereich.

Der Schwerpunkt der Bearbeitung lag auf einer ganzheitlichen Betrachtung der Schwingungsprognose. Ausgehend vom technologischen Ablauf beim Umformen lassen sich die erregenden Kräfte an der Presse angeben. Das sind Stoßerregungen beim Umformen bzw. Schneiden und die Massenkräfte des Maschinenantriebs. Über ingenieurgemäße Schätzkurven der Amplitudendichte dieser Kraftverläufe erhält man mittels eines Viermassenmodells von der Presse mit Fundamentierung die in den Boden eingebrachten Schwingungsleistung. Unter der Annahme eines unendlichen elastischen Halbraumes läßt sich die Schwingungsausbreitung im Boden mit Raum- und Oberflächenwellen beschreiben und die Schwinggeschwindigkeit an den Immissionsorten bestimmen. Die Wirkungen der einzelnen Emittenten werden zusammengefaßt.

Die Bewertung und Beurteilung der Schwingungsimmission erfolgt für Menschen am Arbeitsplatz entsprechend den Vorschriften der VDI 2057, in Wohnräumen nach DIN 4150/2 und für Gebäude gemäß DIN 4150/3. Durch Integration des Verfahrens in das vorhandene Beratungssystem zum Lärm- und Schwingschutz (Forschungsbericht Nr. 129) wurde eine einfach zu handhabende PC-Software erstellt, welche mittels quantitativer Werte eine Beurteilung von Schwingungsschutzmaßnahmen ermöglicht. Dabei erhält man ausgehend von einer Beschreibung des Emittenten mit technologischen, konstruktiven, organisatorischen und lokalen Daten sowohl Teilaussagen zur Schwingungssituation als auch die arbeits- und umweltschutzrelevanten Beurteilungsgrößen an den Immissionsorten. Durch viele gemeinsame Datensätze wird ein Übergang von der Lärm- zur Schwingungsprognose und umgekehrt erleichtert.

Mit der Komplettierung des „Beratungssystems zum Lärm- und Schwingungsschutz in Presswerken“ mit dem ganzheitlichen Schwingungsprognoseverfahren steht den Presswerkbetreibern insbesondere kleinerer und mittelständischer Unternehmen ein Berechnungswerkzeug zur Verfügung, mit welchem Maßnahmen des Lärm- und Schwingungsschutzes geplant und beurteilt werden können. Die Aussagefähigkeit als Orientierungsverfahren ist sowohl für die Lärm- als auch Schwingungsprognose ausreichend.

Das Forschungsvorhaben „Schwingungsprognose und -minderung bei Presswerken“ wurde unter der Fördernummer AiF 12084B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 174 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Formelzeichen
1 Einleitung
2 Aufgabe und Lösungsweg
2.1 Aufgabenstellung
2.1.1 Ziel
2.1.2 Schwingungstechnische Beurteilung eines Presswerkes im Planungsstadium
2.1.3 Aufstellung von Schwingungsminderungsprogrammen
2.1.4 Schwingungstechnische Beurteilung von Veränderungen im Betrieb
2.2 Beurteilung der Schwingungsimmission
2.2.1 Beurteilungsverfahren
2.2.2 Schwingungseinwirkungen auf Menschen am Arbeitsplatz
2.2.3 Erschütterungseinwirkungen auf Menschen in Gebäuden
2.2.4 Dauererschütterungen von Gebäuden in der Nachbarschaft
2.3 Aufbau der Schwingungsprognose
2.3.1 Anforderungen an die Schwingungsprognose
2.3.2 Allgemeiner Ablauf der Schwingungsprognose
2.3.3 Struktur der Schwingungsprognose
2.3.4 Integration in das Beratungssystem
3 Beschreibung des Beratungssystems
3.1 Struktur und Arbeitsweise
3.1.1 Aufbau
3.1.2 Informationsteil
3.1.3 Berechnungsteil
3.2 Beschreibung des Berechnungsteils Schwingungsschutz
3.2.1 Arbeitszyklus
3.2.2 Pressenarbeitsplatz
3.2.3 Presswerk
3.2.4 Betriebsumgebung
3.3 Programmtechnische Realisierung
3.4 Handhabung des Beratungssystems
3.4.1 Installation des Beratungssystems
3.4.2 Arbeiten mit dem Beratungssystem
3.4.3 Erstellung eines Schwingungsschutz-Projektes
3.5 Aussagefähigkeit der Schwingungsprognose
4 Rechnerische Grundlagen der Schwingungsprognose
4.1 Einführung
4.2 Schwingungsanregung
4.2.1 Fourierspektrum
4.2.2 Erregung durch Massenkräfte
4.2.3 Erregung durch Umformkräfte
4.2.4 Verarbeitung spektraler Größen
4.3 Pressen-/Aufstellungsmodell
4.3.1 Modellentwicklung
4.3.2 Viermassenmodell
4.3.3 Modellparameter
4.3.3.1 Angebotswerte
4.3.3.2 Pressenparameter
4.3.3.3 Werkzeugsteife
4.3.3.4 Aufstellung
4.3.3.5 Bodensteifigkeit
4.4 Schwingungsausbreitung im Boden
4.4.1 Wellenausbreitung
4.4.2 Kompressionswellen in Quellnähe
4.4.3 Oberflächenwellen
4.5 Bestimmung und Beurteilung der Schwingungsimmission
4.5.1 Presswerksbetrieb und Gesamtemission
4.5.2 Schwingungsimmission am Arbeitsplatz
4.5.3 Schwingungsimmission in der Nachbarschaft
4.6 Messwertverarbeitung
5 Experimentelle Prüfung
5.1 Durchführung der Messungen
5.2 Ergebnisse
5.2.1 Prüfung der Schwingungsprognose
5.2.2 Pressenschwingungen
5.2.3 Bodenschwingungen am Aufstellungsort
5.2.4 Schwingungen am Immissionsort in der Umgebung
6 Zusammenfassung
Literatur