Schwingungsdämpfer aus Drahtgestrick. Was ist das?

Fast jeder kennt Schwingungsdämpfer aus Elastomeren. Wenn die Bedingungen anspruchsvoller werden, stoßen Schwingungsdämpfer auf Gummibasis an ihre Grenzen. An dieser Stelle haben Edelstahldrahtgeflechte ihre Nische.

Fast jeder kennt Schwingungsdämpfer aus Elastomeren. Ob im normalen Haushaltsgebrauch als Neoprenplatte unter der Waschmaschine oder als Maschinensockel unter der Klimaanlage vor dem Haus. Auch in der Industrie finden Schwingungsdämpfer vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Pumpen sind mit Elastomerpuffern ausgestattet. Förderbänder haben Maschinenfüße aus dem gleichen Material und BHKW-Module sind oft auf schwingungsdämpfenden Matten auf Polyurethanbasis montiert. Im Einsatz unter atmosphärischen Bedingungen erbringen solche Halterungen eine sehr gute Leistung. Wenn die Bedingungen anspruchsvoller werden, stoßen Schwingungsdämpfer auf Gummibasis an ihre Grenzen. An dieser Stelle haben Edelstahldrahtgeflechte ihre Nische.

Diese Dämpfer sind weitgehend unbekannt. An dieser Stelle soll auf die grundsätzlichen Fragestellungen rund um Schwingungsdämpfer aus Stahlbauteilen näher eingegangen werden.

Herstellung in einem mehrstufigen Verfahren, teilweise in Handarbeit

Das Hauptelement jedes Schwingungsdämpfers ist das Dämpfungskissen aus Edelstahldraht. Die Herstellung erfolgt in einem mehrstufigen Verfahren. Zunächst werden mehrere Edelstahldrähte zu einer Socke zusammengestrickt. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Stricken in der Textilindustrie. Dieser Strumpf wird dann zu einer Matte gerollt. Während diese Prozesse noch automatisiert sind, sind die nächsten Schritte manuelle Arbeit. Die bestehende Matte wird über einen Dorn gezogen, in ihre (meist) zylindrische Form gebracht und punktverschweißt. Am Ende des Herstellungsprozesses wird der Rohling zu einem elastischen Formteil verpresst. Dies wird als Kissen verwendet.

Doch wie funktioniert diese Technik und welche Parameter sind nötig, um ein solches Kissen zu entwerfen und herzustellen?

Parameter für Design

Ein Element wird durch dieselben Werte charakterisiert, die zur Beschreibung der entsprechenden geometrischen Form verwendet werden. Als Basis für ein zylindrisches Element werden Außendurchmesser, Innendurchmesser und Höhe benötigt. Für ein Dämpfungselement in rechteckiger Form sind Breite, Länge und Höhe erforderlich. Andere Formen können angepasst werden. Aus der jeweiligen Masse eines Elements kann auf die Dichte geschlossen werden. Das Gewicht ist zwingend, denn es entscheidet darüber, wie weich oder hart der Schwingungsdämpfer am Ende sein wird.

Formen und Arten eines gestrickten Drahtgeflechtkissens

Zu diesem Zeitpunkt sind der Herstellungsprozess und die wichtigen Parameter zur Konstruktion eines Dämpfungskissens bekannt. Da drängt sich unwillkürlich die Frage auf, welche Formen ein solches Strickkissen aus Edelstahl annehmen kann? Wie bereits oben erwähnt, sind die Standardformen der Zylinder oder das Rechteck. Diese können sowohl voll als auch mit Loch gefertigt werden. Kissen mit integrierten Absätzen können mit einer einfachen Schraube mit zylindrischem oder sechseckigem Kopf in ein Profil eingesetzt werden. In letzter Zeit werden zunehmend Kissen eingesetzt, die durch ihre Vorspannung zusätzlich radiale Bewegungen aus dem System nehmen. Im Gegensatz zur Ferse bieten diese Elemente einen zentralen Kragen, der beispielsweise in einen Profilrahmen eingefügt werden kann. Dies sorgt für zusätzliche Stabilität im Polstersystem und verhindert ein Verrutschen des Kissens. Eine mögliche starre Verbindung mit dem Profilrahmen, die zu einer Vibrationsübertragung führt, kann somit verhindert werden. Auf diese Weise können Querkräfte in geringerem Maße aufgenommen werden.

Neben den beschriebenen Arten gibt es auch Kissen in Sonderformen, die mit größerem Aufwand hergestellt werden können. Dies können z.B. Elemente mit unterschiedlichen Entformungswinkeln auf beiden Seiten sein. Es können auch Polsterauflagen mit mehreren Löchern, Absätzen oder Stufen hergestellt werden.

Unterschiedliches Material je nach Temperatur oder Umgebungsbedingungen

Eine große Stärke von Drahtgestricken ist ihre Wirksamkeit bei Temperaturen über 100 °C. Das hängt mit dem Material zusammen. Als Standardwerkstoffe kommen die Werkstoffe 1.4301 und 1.4404 zum Einsatz. Bei noch höheren Anforderungen können auch Dämpfungselemente aus 1.4841 oder 2.4816 gefertigt werden. Dies zeigt, dass eine Fertigung aus den unterschiedlichsten Stahlsorten möglich ist, wobei in den meisten Fällen die beiden Standard-Edelstähle 1.4301 und 1.4404 vollkommen ausreichen.

Wie funktioniert ein Dämpfungskissen aus gestricktem Drahtgeflecht?

An dieser Stelle wissen Sie nun, wie ein Schwingungsdämpfer aus Edelstahl hergestellt wird. Sie wissen auch, welches Material verwendet wird und was zur Dimensionierung eines Dämpfungselements erforderlich ist. Es stellt sich die berechtigte Frage, wie genau funktioniert ein solches Drahtgeflecht und wo liegen die Vorteile gegenüber Standardelementen?

Die Funktion dieses Dämpfungspolsters beruht auf der inneren Reibung der verschlungenen Drähte. Bei der vibrationsbedingten Bewegung reiben die Edelstahldrähte im Inneren des Kissens aneinander. Die in das Kissen eingebrachte Energie wird somit in Wärme umgewandelt und durch die vorhandenen Kapillarkanäle zwischen den Drähten aus dem Element „gepumpt“. An diesem Punkt wird deutlich, dass die Energieadsorption umso größer ist, je mehr Material in einem Kissen vorhanden ist. Mehr Drähte erzeugen in diesem Fall mehr Reibung. Allerdings möchten wir an dieser Stelle nicht weiter auf dieses Thema eingehen, um weiteren Blogeinträgen nicht vorzugreifen.

Vorteile von gestrickten Drahtgeflecht-Dämpfungskissen

Nach allem, was bisher geschrieben wurde. Warum sollte man Schwingungsdämpfer mit integriertem Edelstahlgestrick verwenden, wenn andere Lösungen doch funktionieren? Welchen Nutzen haben Sie von dieser Form der Dämpfung?

Ein erster großer Vorteil des Drahtgestrick-Schwingungsdämpfers liegt in seinem Material selbst. Während Polymere bei Temperaturen über 100 °C oft mit der Zeit härter werden oder im schlimmsten Fall ihre Formstabilität verlieren, zeigt Edelstahl bei höheren Temperaturen überhaupt keine Instabilität. Dämpfungspads aus 1.4301 sind bis zu Temperaturen von 300°C ohne Einschränkungen einsetzbar. Oberhalb dieses Bereichs sind durch den Einsatz von 1.4404 oder 1.4841 noch höhere Temperaturen möglich. Was die Formstabilität betrifft, spricht vieles für den Einsatz von Drahtgestricken. Sie sind beispielsweise im dynamischen Belastungsbereich von fünffacher statischer Belastung formstabil und nehmen bei statischer Belastung wieder ihre ursprüngliche Form an. Dadurch können zeitlich begrenzte Kraftspitzen gut bewältigt werden. Gerade diese Kraftspitzen können ein System aus dem Gleichgewicht bringen und so dazu führen, dass die Maschine ungewollt in Schieflage gerät. Ein semiparabolischer Kraft-Weg-Verlauf mit großer Steifigkeit im Hochlastbereich sorgt für einen sicheren und ruhigen Stand Ihrer Maschine. Während oben auf die Temperaturbeständigkeit eingegangen wurde, bieten rostfreie Stähle auch Schutz vor Korrosion sowie vor Basen und Säuren. Ihre kompakte Bauweise bietet die Möglichkeit, sie auf kleinstem Raum zu installieren.

Diese rein technischen Aspekte sind die eine Seite der Medaille. Auch von logistischen Aspekten profitieren Sie bei der Verwendung von Ganzmetall-Dämpfungspads. Ihre lange Lebensdauer von bis zu 15 Jahren macht einen jährlichen Austausch der Vibrationselemente überflüssig. Dadurch können Stillstände und gegebenenfalls sogar Produktionsausfälle verhindert werden. Erfahrungen zeigen zudem, dass eine Dauerbelastung von bis zu 10^7 Lastwechseln keine Probleme für das Kissen verursacht und kein Setzverhalten erkennbar ist. Das bedeutet, dass eine einfache Sichtprüfung im Rahmen der Wartung Ihrer Maschine im jährlichen Rhythmus ausreicht, um die Funktion der Kissen zu beurteilen.

Das sind sicherlich viele gute Aspekte, die für den Einsatz dieses Nischenprodukts sprechen. Andererseits darf nicht verschwiegen werden, dass es auch Bereiche gibt, in denen diese Elemente ungeeignet sind. Im Bereich des Körperschalls verfügen Elemente aus Edelstahl materialbedingt über keine gute Dämmung. Im Arbeitsbereich geringerer statischer Belastung der Elemente ist die Energieaufnahme der Elemente deutlich geringer als bei anderen Dämpfungselementen. Darüber hinaus sind die Herstellungskosten für einen Schwingungsdämpfer aufgrund der bereits eingangs beschriebenen Handarbeit und der weiteren Produktionsschritte noch höher. Daher sollte die Ausrüstung von Maschinen mit Maschendrahtdämpfern, die nur eine kurze Lebensdauer haben, gut überlegt sein. Durch die lange Lebensdauer amortisieren sich Maschendrahtgeflechte.

Einsatzgebiete von Maschendrahtgeflechtdämpfern

Mittlerweile kennen wir die Maschendrahtgestricke und ihre grundsätzlichen Eigenschaften sehr gut. Aber wo kann ich sie verwenden? Was sind konkrete Anwendungen?

Die Einsatzmöglichkeiten dieser Maschinenhalterungen sind vielfältig. Diese Form der Schwingungsentkopplung kann nahezu überall dort eingesetzt werden, wo ihre Alternative installiert ist. Die Hauptanwendungsgebiete liegen in den Bereichen Schienenverkehr, Energietechnik, Anlagenbau und allgemeiner Maschinenbau. Dabei ist das Spektrum sehr breit und reicht von Werkzeugmaschinen in der Werkstatt über Transformatoren und Behälter im Schienenfahrzeugbau bis hin zu Schalldämpfern und Katalysatoren in der Energietechnik. Auch bei diesen Anwendungen erkennt man schnell die Vorteile von Metalldämpfern. Bei fast allen Anwendungen ist es wichtig, dass sie 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche verfügbar sind oder zumindest sehr schnell gewartet werden müssen. Im Bereich der Abgasnachbehandlung herrschen hohe Temperaturen, die für Schwingungsdämpfer aus Edelstahl kein Problem darstellen.

Wir hoffen, dass Sie mit diesem kurzen Überblick unser Hauptprodukt etwas näher kennengelernt haben und freuen uns darauf, Sie bei Ihrer nächsten Maschinen- oder Komponentenmontage zu unterstützen.