TÄTIGKEITS- BERICHT 2009 - Cetex Institut für Textil

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PUMPENTRÄGER - NOISE ABSORBING SYSTEM (NAS) Projektleiter: Dipl.-Ing. Bert Böhme Laufzeit: 10/07-12/09 Ausgangssituation Bei hydraulischen Antrieben erfolgt die Leistungsübertragung über ein fluides Medium. Das Fluid, in der Regel Mineralöl, wird zur Kraft- und Momentenübertragung unter Druck gesetzt und strömt in geschlossenen Kreisläufen zwischen der Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine. Der Pumpenträger, ein topfförmiges Strukturbauteil, ist die Umhausung der Antriebswelle und bauliche Verbindung zwischen Elektromotor und Hydraulikpumpe. Er garantiert die feste Verbindung beider Komponenten und sichert deren Fixierung, um einen Winkelversatz der Antriebswelle zu vermeiden. Da Hydraulikpumpen in der Regel freitragend ausgeführt sind, bildet der Pumpenträger die einzige feste Verbindung über den Motor zur Aufstellfläche. Damit muss er über den Kraftrückschluss das gesamte Drehmoment aufnehmen und erfährt durch die stirnseitig angeflanschte Hydraulikpumpe zusätzlich eine starke Biegebelastung. Der Pumpenträger stellt so ein mechanisch hochbelastetes Bauteil dar. Als Gehäuse dichtet er Antriebswelle und Kupplung zur Außenumgebung ab und verhindert so das Eindringen von Verunreinigungen über die Welle in den Motor und die Pumpe. Gleichzeitig soll das Gehäuse der Schallabsorption und Schwingungsentkopplung dienen und damit die Laufgeräusche des Antriebsaggregates dämpfen. Forschungsziel Marktübliche Pumpenträger bestehen meist aus metallischen Werkstoffen, heute oft aus Aluminiumdruckguss geringer Wandstärke. Diese Dünnwandigkeit führt zu einer nur noch sehr geringen Schallabsorption der Laufgeräusche der Antriebswelle durch den Pumpenträger. Aluminiumdruckguss besitzt kaum Dämpfungseigenschaften. Hydraulikpumpen erzeugen durch ihre Pulsation sehr starke Schwingungen, die vom Pumpenträgergehäuse nicht gedämpft werden. Außerdem besteht zwischen Elektromotor und Hydraulikpumpe wegen der fehlenden Dämpfungseigenschaften keine Schwingungsentkopplung. Im ungünstigsten Fall liegt die Pulsation der Pumpe in der Eigenfrequenz angeflanschter Komponenten, und das gesamte Antriebsaggregat schwingt mit sehr hoher Amplitude. Erste Schwingungsuntersuchungen haben ergeben, dass sich die Frequenzen des abgegebenen Luft- und Körperschalls in Bereichen befinden, in denen das menschliche Gehör seine größte Empfindlichkeit besitzt. Der metallene dünnwan- 26 dige Pumpenträger verstärkt die Laufgeräusche zusätzlich, da er wie eine Glocke wirkt und als Resonanzkörper die Schwingungsamplituden noch erhöht. Zielstellung des durchgeführten Projektes war deshalb die Entwicklung von Komponenten zur Geräuschdämmung des Pumpenträgers. Neben einer entsprechenden Erstausrüstung neuer Pumpenträger soll das zu entwickelnde Nachrüstkonzept dazu dienen, akut bestehende Probleme schlechter Schall- und Schwingungsisolierung auch bei bereits im Einsatz befindlichen Antriebsaggregaten zu beheben. Hierzu ist eine fertigungstechnisch unaufwendige Lösungsvariante konstruktiv zu erstellen, die ohne größeren Montageaufwand einsetzbar ist. Dies können u. a. textilgebundene Schall- und elastische Schwingungsdämpfungselemente sein, die an den Pumpenträger je nach vorhandenem Einbauraum nachträglich angebracht werden. Der Entwicklung und Herstellung benötigter Schalldämpfungs- und Verstärkungstextilien für eine Nachrüstvariante kommt dabei die besondere Bedeutung zu. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der textiltechnischen Konzipierung sowie die Anbindung und Integration in bzw. an den Pumpenträger. Forschungsergebnis Für die zu entwickelnden schallisolierenden Textilien wurden Abstandsgewirke verwendet, die bei Notwendigkeit eine Befüllung mit unterschiedlichen schallisolierenden Medien ermöglichen. Zur Vermeidung einer umfangreichen und aufwendigen Fertigung textiler Bauteile bereits für die Durchführung erster Vorversuche, wurden diese mit vorhandenem textilen Material in Form von Meterware, zugeschnitten auf die entsprechende Größe, durchgeführt. Mittels einer umfangreichen Versuchsauswertung wurden die Grundlagen für die Fertigung speziell abgepasster textiler Abstandsgewirke – das textile Bauteil, geschaffen. Für die Durchführung der Versuche wurde ein Versuchsstand, bestehend aus einem Grundgestell, zwei Motoren unterschiedlicher Leistung, verbindbar mit dem entsprechend zu prüfenden Pumpenträger an den Hydraulikpumpen unterschiedlicher Bauart angeflanscht werden können, konstruiert und gebaut. Die angeflanschte Pumpe ist verbunden mit einem Hydraulikaggregat. Der Versuchsstand wurde für die durchzuführenden Messungen des Schallleistungspegels im Versuchsraum der Firma SLG Prüf- und Zertifizierungs GmbH aufgestellt. Cetex Institut – Tätigkeitsbericht 2009
PUMPENTRÄGER - NOISE ABSORBING SYSTEM (NAS) Im Ergebnis der ersten Vorversuche zur Schallisolierung mit befülltem Abstandsgewirke erwies sich Stretchmaterial mit seiner offenen Struktur als schlecht geeignet, das evtl. notwendige Füllmaterial gleichmäßig am Umfang verteilt zu halten. Außerdem war eine Befüllung mit Gummi- und Kunststoffgranulat sehr aufwendig. Aus diesem Grund wurden im Anschluss speziell für den entsprechenden Anwendungsfall textile Nachrüstvarianten mit dichter Oberfläche entworfen. Die Fertigung der Muster erfolgt auf einem Vorläufer der Kettenwirkmaschine Typ HighDistance ® der Firma KARL MAYER Obertshausen. Drei unterschiedliche Varianten werden textiltechnologisch vorbereitet und anschließend auf der Kettenwirkmaschine (Doppelraschel) gefertigt. • Variante 1: befüllbar, Quergassen, Dicke 30 mm • Variante 2: befüllbar, Quergassen, Dicke 40 mm • Variante 3: nicht befüllbar, dichte Monofilanordnung, Dicke 30 mm Die damit durchgeführten umfangreichen Versuche zeigen, dass mit ungefüllten Abstandsgewirken und einer dichten Monofilanordnung die besten Ergebnisse zu erzielen sind, wenn für eine dichte, abgeschlossene Oberfläche gesorgt wird. Diese Oberfläche wird zunächst von einer konfektionierten Außenhülle aus polyurethanbeschichtetem Polyamid-Gewirke gebildet, um im Versuchsstadium auf aufwendige Beschichtungsversuche von Abstandsgewirken zu verzichten. Versuchsstand zur Schallleistungsmessung Das gefertigte Funktionsmuster erfüllt alle gestellten Anforderungen und kann gemeinsam mit einem Pumpenträger oder als Zubehör für derzeitig im Markt befindliche Pumpenträger vermarktet werden. Cetex Institut – Tätigkeitsbericht 2009 Ergebnis der Vorzugsvariante Ausführung Schallleistungspegel in DB(A) Ausgangszustand 80,2 Ungefülltes Abstandsgewirke mit dichter abgeschlossener Oberfläche ∆L zu Originalzustand 72,2 -8,0 Anwendung und wirtschaftliche Bedeutung Die Marktaussichten für textile schallisolierende Nachrüstvarianten aus Abstandsgewirken können für die Zukunft als positiv eingeschätzt werden, wobei die Anwendungen dabei nicht auf neue Pumpenträger beschränkt bleibt sondern auch für Pumpenträger die bereits lange im Industrieeinsatz sind von Interesse ist. Da die Nachrüstvarianten aus 3D-Abstandsgewirken den jeweiligen Einsatzzwecken und den damit verbundenen Funktionen sowie einer Fertigung in großen Stückzahlen angepasst werden müssen, ergibt sich für die Zukunft weiterer Entwicklungsbedarf. Dazu laufen 2010 erste Entwicklungsaufträge für die Industrie. Die Vermarktung der Neuentwicklung der Nachrüstvariante für Pumpenträger erfolgt durch ein mittelständisches Unternehmen aus Nordrhein- Westfalen, das den Marktzugang zu den entsprechenden Pumpen und Pumpenträgern hat. 27
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