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EFB-Forschungsbericht Nr. 011

Geräuschuntersuchung und Lärmminderung bei der Feinbearbeitung (Schleifen, Polieren) von Flach- und Hohlkörpern

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hans Kurt Tönshoff, Dipl.-Ing. Heiner Degenhardt, Institut für Fertigungstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen der Universität Hannover

103 Seiten (Sw 41 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-063-8

Preis (Digital) EUR 51,00

Preis (Print) EUR 57,80

Schlagwörter: Lärm, Hohlkörper

Zusammenfassung

Bei den Bandschleifen an Kontaktscheiben stellt das Arbeitsgeräusch häufig eine gesundheitsschädliche Belastung der Beschäftigten dar. Da in Werkshallen oft mehrere Bearbeitungsstationen in einer Halle untergebracht sind, Geräuschpegel häufig über 100 dB(A).
Liegen die Ausgehend von der Kennzeichnung und Einordnung des Bearbeitungsverfahrens behandelt die vorliegende Arbeit die Zusammenhänge zwischen den technologischen Anforderungen und den entstehenden Bearbeitungsgeräuschen.

Ein wesentliches Ergebnis der Untersuchung der Einflüsse von Werkzeugspezifikationen und Maschineneinstellgrößen auf den Schalldruckpegel und die prozeßbeschreibenden technologischen Werte war, daß die Ausführung der Profilierung des Laufpolsters der Kontaktscheiben diese Meßgrößen wesentlich beeinflußt. Mit fallendem Profilwinkel und Verhältnis Profilsteg zu -lücke ist ein starkes Anwachsen von Zeitspanvolumen, gemittelter Rauhtiefe am Werkstück und Schalldruckpegel verbunden. Die Bearbeitungsgeräusche sind extrem tonal.

Die Trennung der Teilschallquellen ergab das Schleifband als dominanten Schallabstrahler. Die Anregung des Bandes erfolgt über eine periodische Durchmesseränderung der profilierten Kontaktscheibe.

Folgende akustische Kennwerte für kunstharzgebundene Gewebeschleifbänder wurden an einem Modellversuchsstand ermittelt:
- Grenzfrequenz fg ca. 64 kHz
- Abstrahlmaß 0 bis 3,15 kHz: δ <-10dB; 3,15 kHz: δ > - 10 dB
- mittlerer Verlustfaktor dm = 0,14. 

Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wurden Möglichkeiten zur Lärmminderung abgeleitet.

Optimierung der Maschineneinstellgrößen:

Zur Erzielung eines hohen Zeitspanvolumens stellt die Bearbeitung mit hohen Normalkräften bei relativ geringen Schnittgeschwindigkeiten die akustisch günstigste Variante dar. Durch die konsequente Einhaltung dieser Regel kann im Einzelfall mit einer Pegelabnahme von bis zu 5 dB(A) gerechnet werden.

Die Auslegung des Backstandgehäuses als eine akustisch wirkungsvolle Kapsel ist nicht sinnvoll.

 Maßnahmen an der Kontaktscheibe:

Durch spezielle Ausführungen von Laufpolstern der Kontaktscheibe konnte keine wirkungsvolle Lärmminderung erzielt werden, da die Wechselkräfte in der Kontaktzone einerseits zum Erzielen eines hohen Zeitspanvolumens notwendig sind, andererseits aber das Bearbeitungsgeräusch bewirken. Einen sinnvollen Kompromiss zwischen den gegenläufigen Anforderungen von Technologie und Akustik stellt der Einsatz von Kontaktscheiben mit Profilwinkeln im Bereich zwischen 25° und 45° dar. Dabei sollte mit möglichst großen Kontaktscheibendurchmessern gearbeitet werden.

Maßnahmen am Schleifband:

Die Verringerung der Luftschallabstrahlung vom Schleifband kann durch die Ausnutzung ( Vergrößerung ) des akustischen Kurzschlusses erreicht werden. Die Perforierung des Schleifbandes stellt hierfür eine wirkungsvolle Maßnahme dar. Schleifbänder mit 5% Lochanteil ergaben eine Pegelreduzierung in Bezug auf den Beurteilungspegel von 5 bis 8 dB (A). Weiterhin kann die Profilierung der Kontaktscheibe in Form ein er unterbrochenen Schleifkornbestreuung auf das Schleifband übertragen werden.
Die durch profilierte Kontaktscheiben erreichbaren technologischen Werte konnten mit den Spezialanfertigungen nicht realisiert werden.

 Maßnahmen an der Schleifbandführung:

Das Schleifband stellt ein hochgedämpftes System dar (dm = 0,14). Die dominante Schallabstrahlung erfolgt von den Freifeld Nahfeldern. Praxisgerechte Maßnahmen an der Schleifbandführung zur Senkung des Schallpegels sind daher wirkungslos.

 Alternative Kontaktelemente:

Die Kontaktscheibe kann durch einen unterhalb des Schleifbandes laufenden, gesondert geführten Kontaktriemen ersetzt werden.

Durch den Kontaktriemen wird bei gleicher Profilierung (hier Geradverzahnung) von Scheibe und Riemen in Bezug auf den Beurteilungspegel eine Lärmminderung von ca. 6 dB(A) erzielt.
Durch einen unprofilierten Kontaktriemen, der über eine harte, profilierte Erregerscheibe läuft, wurde eine Pegelminderung im Bereich von 5 bis 8 dB(A) erreicht. Infolge unterschiedlicher Kontaktsteifigkeit kann kein exakter technologischer Vergleich zum Bandschleifen in herkömmlicher Prozeßführung gebildet werden.

Das Forschungsvorhaben "Geräuschuntersuchung und Lärmminderung bei der Feinbearbeitung (Schleifen, Polieren) von Flach- und Hohlkörpern" wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 11 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Aufgabenstellung
2 Verwendete Formelzeichen
3 Planung und Durchführung des Vorhabens
3.1 Voraussetzungen zur Durchführung
3.1.1 Literaturstudium
3.1.2 Technologie
3.2 Versuchsanlage, Messgrößen und Messverfahren
3.2.1 Versuchsanlage
3.2.2 Messgrößen und Messverfahren
4. Forschungsergebnisse
4.1 Einflussgrößen auf den Schalldruckpegel und die prozessbeschreibenden technologischen Parameter
4.1.1 Werkzeuge
4.1.2 Maschineneinstellgrössen
4.1.3 Backstandgehäuse
4.2 Trennung der Teilschallquellen und Ermittlung der Geräuschentstehungsmechanismen
4.2.1 Direkter Luftschall
4.2.2 Indirekter Luftschall
4.3 Akustische Kennwerte Eines Schleifbandes
4.3.1 Biegewellenlänge Und Grenzfrequenz
4.3.2 Abstrahlgrad
4.3.3 Verlustfaktor
4.4 Möglichkeiten zur Lärmminderung
4.4.1 Werkzeugbezogene Möglichkeiten
4.4.2 Prozessbezogene Möglichkeiten
5 Fehlerbetrachtung und Gültigkeitsbereich
6 Zusammenfassung
7 Literaturzusammenstellung