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HandhabungstechnikIn der Ruhe liegt die Kraft

Geräuscharme Handhabungstechnik
Handhabungstechnik: In der Ruhe liegt die Kraft
Als Lärm bezeichnet man Schallempfindungen, die lästig sind und auf Dauer zu Gehörschäden führen können. Weil wir die „unmanned production“ aber nicht haben und auch nicht im Vakuum leben (im Vakuum gibt es nämlich keinen Schall), muss auch der Nebenfunktion „Lärmminderung“ bei der Konzipierung von Handhabungstechnik Beachtung geschenkt werden. Die Kunst besteht darin, in Verbindung mit der handhabungstechnischen Hauptfunktion einen insgesamt optimalen Kompromiss zu finden.

Grundlage: Maschinenakustik

Die Maschinenakustik befasst sich zusammen mit der Strömungsakustik mit den Gesetzen der Schallentstehung in Maschinen und Vorrichtungen sowie mit ihrer Beeinflussung. Bei der Entwicklung von Handhabungstechnik sollte „lärmarmes Konstruieren“ den Vorrang vor nachträglicher „Lärmminderung“ bekommen. Letzteres gipfelt in der Regel in solchen Maßnahmen wie Umhausung, Abdeckung und Abschirmwand als mehr oder weniger wirkungsvolle Schallabsorber. Meistens wird mit solchen sekundären Maßnahmen die Zugänglichkeit zu Aggregaten eingeschränkt und auch wertvolle Produktionsfläche in Anspruch genommen. Konstruktionshinweise für den Lärmschutz an Maschinen werden unter anderem in der internationalen Norm ISO 11688 (Teil 1) gegeben.

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Grundsätzlich kann jedes schwingungsfähige System auch eine Schallquelle sein, selbst eine einfache Hebelanordnung. Betrachtet man zum Beispiel den Kraftfluss einer Schwingarmes, so zeigt sich, dass lange Kraftleitungswege zu einer „weichen“ Baustruktur führen. Dazu gibt es auch Parallelen zur Geräuschbildung. Der in Bild 1b dargestellte Anordnungswechsel für die Federkraft und die Wandlung von der Zug- in eine Druckfeder entlastet das Lager und stellt außerdem auch die lärmtechnisch bessere Lösung dar. Betriebskräfte lassen sich also akustisch günstig führen. Sie müssen den kürzesten Weg nehmen und es sind keine Nebenwege zuzulassen. Auch dürfen Betriebskräfte nicht über abstrahlende Teile geführt werden. Es ist eine strikte Trennung zwischen betriebskraftführenden und umgebenden Elementen herzustellen.

Einige Komponentenhersteller bieten auch geräuscharme Linearführungen an. Bei Kugelumlaufführungen werden zwischen die Stahlkugeln des Laufwagens Abstandshalter (Spacer) aus Kunststoff eingefügt. Leise Linearachsen halten übrigens auch länger. Es gibt geräuscharme Zahnräder aus dämpfenden Werkstoffen, geräuscharme Verzahnungen sowie lärmarme Lager bis hin zum geräuscharmen Roboter.

Stoßgesetze beachten

Viele Maschinengeräusche haben ihre Ursache in der Einwirkung von Stößen. Als Parameter wirken vor allem Masse, Geschwindigkeit der stoßenden Körper und die Zeitdauer der Stoßeinwirkung. Das Bild 2 zeigt, wie man beim Vereinzeln durch veränderte Gestaltung eines umlaufenden Zuteilers (Drehteller) den Geräuschpegel senken kann. Allmähliches Nachrücken des Magazininhalts verringert die Stoßgeschwindigkeit beim Fallen und ist deshalb die bessere Lösung (VDI 3720, Lärmarm konstruieren).

Vorteilhaft sind aus gleichen Gründen auch Schleusenzuteiler, die das Arbeitsgut stetig von der Werkstückschlange absondern und nicht ruckartig. Das wird in Bild 3 an zwei Ausführungsbeispielen gezeigt. Der Zuteilrotor ist als archimedische Spirale ausgebildet. Die Teile im Magazin sind ständig in Bewegung. Der Nachrückstoß bleibt aus, und so gibt es auch keinen akustischen Spitzenwert mehr. Ähnlich funktioniert auch der lineare Zuteilschieber mit einem Schrägkanal für den Teiledurchlauf. In beiden Fällen führen die aktiven Elemente eine stetige Bewegung aus.

Strömungsgeräusche vermeiden

Geräuschintensive Strömungsvorgänge, wie das An- und Abblasen von Werkstücken (Plattenkanten, Düsenlärm, Bohrungskanten) mit Druckluft, sollte man durch weniger laute Verfahren ersetzen. Ein Beispiel ist der in Bild 4a dargestellte Werkstückauswerfer. Der mechanische Auswerfer mit Schubklinke arbeitet sanfter und ist leiser. Seine Bewegung wird vom Stößelhub der Presse abgeleitet und ist deshalb zeitlich exakt koordiniert.

Soll es dennoch bei einem pneumatisch angetriebenen Auswerfer bleiben, dann kann man auf die in Bild 5 gezeigte Lösung zurückgreifen. Der am Werkstück anschlagende Stößel ist mit einer Kappe aus elastischem Material abgepolstert. Die Auswerfgeschwindigkeit kann man mit einem Drosselventil einstellen.

Der Abwurf der Blechteile in einen Sammelbehälter wäre die nächste Geräuschquelle bei der Teileherstellung. Hier gilt: Bedämpfe die abstrahlenden Flächen! Drahtbehälter mit stabilen, engmaschigen Baustahlmatten sind leiser als Blechcontainer mit Kunststoff-Aufprallbrett und diese wiederum sind weniger laut als normale Blechkisten. Die abgestrahlten Frequenzen liegen im Bereich von 100 Hz bis zu 10 kHz.

Viel zu oft bleibt es noch bei einer nachträglichen Geräuschbekämpfung. Sekundäre Maßnahmen sind Kapseln und Einhausen bis zur aufwändigen kompakten Maschinenverkleidung mit angepasster Kontur. Maßnahmen, an die man bereits bei der Konstruktion denken kann, sind

– Beschichtung der Wendel von Vibrationswendelförderern

– Vermeidung von Schwingungen durch Massenausgleich

– Beschichtung der Transportrohre von pneumatischen Fördersystemen

– Belegung von Gleitflächen mit Bürstenfeldern

– Einsatz von Lärmdämmhauben bei Vibrationswendelförderern

– Unterbrechung der Körperschallleitung durch dämpfende Zwischenglieder wie Schäume, Fliese, Textilien und elastomere Körper

– Technologiewechsel hin zu lärmarmen Prinzipen

– Versteifung frequenzbestimmender Teile und Befestigung an Stellen mit Schwingungsmaximum

– Erhöhung der Gleichförmigkeit von Bewegungs- und Kraftverläufen

– Geschwindigkeitsverringerung bei Gleit- und Abrollvorgängen. Stefan Hesse

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