Schwingungsdämpfer aus Drahtgestrick als Alternative zum Standard
Fast jeder kennt Schwingungsdämpfer aus Elastomeren. Wenn die Bedingungen schwieriger werden, stoßen gummibasierte Schwingungsdämpfer jedoch an ihre Grenzen.
Herstellung im mehrphasigen Prozess teils in Handarbeit
Die Basis beziehungsweise das Hauptelement eines jeden Schwingungsdämpfers ist das Dämpfungskissen aus Edelstahldraht. Dieses wird in einem mehrstufigen Prozess hergestellt. An erster Stelle steht hierbei das Verstricken von mehreren Edelstahldrähten zu einem Strumpf. Im Anschluss wird dieser Strumpf gewalzt, so dass eine Matte entsteht. Während diese Prozesse noch automatisiert ablaufen, ist der nächste Schritt immer noch Handarbeit. Die vorhandene Matte wird über einen Dorn gezogen und in seine meist zylindrische Form gebracht. Am Ende der Fertigung wird dieser Rohling verpresst und punktgeschweißt, so dass ein elastisches Formteil entsteht. Dieses wird als Dämpfungskissen genutzt.
Parameter zur Auslegung
Charakterisiert wird ein Element über die gleichen Werte, mit denen die entsprechende geometrische Form beschreiben wird. Beim zylindrischen Kissen werden als Grundlage der Außendurchmesser, Innendurchmesser und die Höhe benötigt. Für ein Dämpfungselement in rechteckiger Form die Breite, Länge und Höhe. Andere Formen sind anhand der Geometrie adaptierbar. Aus der jeweiligen Masse eines Elements kann auf das Volumen oder die Dichte geschlossen werden. Das Gewicht oder die Dichte sind zwingend erforderlich, da sich aus diesen Parametern ergibt, wie weich oder hart der Schwingungsdämpfer am Ende wird.
Formen und Typen von Drahtgestricken
Wie bereits oben angesprochen sind die Standardformen der Zylinder oder das Rechteck. Diese können sowohl vollflächig als auch mit Durchgangsloch gefertigt werden. So können sie sehr gut auf die entsprechende Applikation und die Anbindung an diese angepasst werden. Hierfür bieten sich Kissen mit integriertem Absatz an, welche durch einfache Verschraubung in ein Profil eingebracht werden können.
Neben Kissen mit Absatz gibt es ebenfalls Elemente mit einem zentralen Bund, der beispielsweise in einen Profilrahmen eingebracht wird. Dieser sorgt für zusätzliche radiale Stabilität im Dämpfungssystem und verhindert ein Verrutschen des Kissens. Eine mögliche starre Verbindung mit dem Profilrahmen, welche zur Vibrationsübertragung führt, kann so verhindert werden. Seitliche Kräfte können ebenfalls in geringem Maße gehändelt werden.
Neben den beschriebenen Sorten existieren auch Kissen in Sonderformen, welche mit höherem Aufwand zu fertigen sind. Dies können Elemente mit beidseitig unterschiedlichen Formschrägen sein. Auch Dämpfungskissen mit mehreren Löchern, Absätzen oder Stufen sind fertigbar. Standardmaterialien sind die Werkstoffe 1.4301 und 1.4404.
Funktionsweise eines Drahtgestricks
Die Funktion eines Dämpfungskissen beruht auf der inneren Reibung der verstrickten Drähte. Bei der durch Vibrationen induzierten Bewegung reiben die Edelstahldrähte im Inneren des Kissens aneinander. Die in das Kissen eingebrachte Energie wird in Wärme umgesetzt und durch die vorhandenen Kanäle zwischen den Drähten aus dem Element „gepumpt“.
Vorteile eines Metalldämpfers
Ein erster großer Vorteil des Schwingungsdämpfers aus Drahtgestrick liegt in seinem Material selbst. Der Edelstahl zeigt bei niedrigen, wie auch hohen Temperaturen keinerlei Instabilität. Dämpfungskissen aus 1.4301 sind ohne Einschränkungen bis zu Temperaturen von 300°C verwendbar. Oberhalb dieses Bereichs ist durch die Verwendung von 1.4404 oder 1.4841 auch ein Einsatz bei höheren Temperaturen möglich.
Dämpfungskissen sind im dynamischen Lastbereich bis zu fünffacher statischer Last formstabil und kommen bei normaler Belastung wieder in ihren Ursprung zurück. So können zeitlich begrenzte Kraftpeaks gut kompensiert werden. Genau diese Kraftpeaks sind es, die ein System aus dem Gleichgewicht bringen können und somit für einen ungewollten Schiefstand der Maschine sorgen. Eine halbparabolische Kraft-Weg-Kurve mit einer großen Steifigkeit im hohen Lastbereich sorgt für einen sicheren und ruhigen Stand Ihrer Maschine.
Während weiter oben bereits über Temperaturresistenz gesprochen wurde, bieten Edelstähle einen Schutz gegen Korrosion sowie Basen und Säuren. Ihr kompaktes Design bietet die Chance, sie auf kleinstem Raum zu montieren und in das bestehende System zu integrieren.
Die lange Lebensdauer von bis zu 15 Jahren, verhindert einen jährlichen Austausch der Schwingelemente. So können Stillstände und gegebenenfalls sogar Produktionsausfälle verhindert werden. Dauerbelastung mit bis zu 107 Lastwechseln stellen keinerlei Probleme für das Kissen dar. Ein mögliches Setzverhalten bleibt an dieser Stelle aus.
Nachteile von Metalldämpfern
Dies sind sicherlich sehr viele gute Aspekte, die für die Verwendung dieses Nischenprodukts sprechen. Auf der Gegenseite darf nicht verschwiegen werden, dass es auch Bereiche gibt, wo diese Elemente ungeeignet sind. Bei Körperschall weisen Elemente aus Edelstahl keine große Dämmung auf. Im Bereich der unteren statischen Lastgrenze ist die Energieaufnahme der Elemente sehr viel niedriger als die der Konkurrenz.
Weiterhin ist es so, dass durch den Fertigungsprozess, der mehrere Fertigungsschritte teils in Handarbeit beinhaltet, die Herstellungskosten für einen Schwingungsdämpfer dieser Art vergleichbar hoch sind. Maschinen, welche nur eine kurze Standzeit haben, mit dieser Art von Schwingungsdämpfern auszustatten, sollte dementsprechend gut überlegt sein. Bei hohen Standzeiten amortisieren sich Drahtgestricke nach einigen Jahren.
