Darstellung der unterschiedlichen Larm- minderungsmaBnahmen und ihre Bedeutung *

Paul-Jurgen Schroder**

Im Rahmen des Umweltschutzes gewinnt die Aufgabe der Larmminderung immer mehr an Bedeutung. Die Auflagen zur Einhaltung geforderter Immissions-Pegel am Arbeits- platz und in der Nachbarschaft erfordern SchallschutzmaB- nahmen zur Emissions-Minderung um 20 bis 30 dB(A), die in Einzelfallen auch bis zu 40 dB(A) betragen konnen. Dies gilt sowohl fur Einzelaggregate als auch fur gesamte Anlagen. Man kann sich heute nicht mehr darauf beschranken, den geforderten Schallschutz allein durch sekundare MaBnah- men zu realisieren, da dies aus wirtschaftlichen Grunden fur den Betreiber nicht tragbar ist. Vielmehr mussen larmarme Aggregate und Technologien entwickelt werden. Dies erfor- dert den Einsatz von primaren MaBnahmen zur Minderung der Schallentstehung an der Schallquelle.

Presentation or various noise-limitation measures and their significance. The task of noise limitation is becoming increasingly important within the general framework of environmental protection. Legislation prescribing certain maximum noise levels at the place of work and in the neighbourhood requires means of reducing noise levels by 20 to 30 dB (A), and in some cases by 40 dB (A). This applies both to individual units and to complete plants. It is nowadays no longer possible to achieve the stipulated noise protection solely by secondary measures since this would impose too great a burden on the operator. Instead low-noise units and technologies should be developed. This requires the use of primary measures for noise reduction at source.

1 Einleitung

In der Bundesrepublik fuhlen sich etwa 40% der Bevolkerung zeitweilig oder dauernd durch Larm belastigt. Bei steigender Tendenz - zwischen 1967 und 1977 betrug der Anstieg 33% - wird die Larmbelastigung bald zur starksten Umweltbela- stung werden. Als Ursache wird zu uber 80% der StraBen-, Schienen- und Flugverkehr angegeben. Die zunehmende Bevolkerung wirkt sich insbesondere auf den Freizeit- und Nachbarschaftslarm aus. Zur Zeit fuhlen sich etwa 10% der Larmbetroffenen durch Freizeit- und Nachbarschaftslarm belastigt [I]. Der Gewerbe- und Industrielarm wird in 6% der Falle als Belastigung empfunden. Die Larmschwerhorigkeit ist heute zur haufigsten Berufskrankheit geworden. Dies ist aber weniger auf eine erhohte Larm-Einwirkung am Arbeitsplatz, als vielmehr auf die verbesserte Erfassung der Larmschwer- horigkeitsfalle zuruckzufuhren. 1978 war eine erfreuliche Trendwende in der Anzahl der erstmals zu entschadigenden Larmschwerhorigkeitsfalle festzustellen, so daB man fur die nachsten Jahre mit einem spurbaren Ruckgang rechnet. Die grooen Anstrengungen der Industrie in den letzten Jahren, den Larm zu vermeiden oder zumindest zu mindern, haben also schon ihre Wirkung gezeigt. Bei steigender Tendenz des Verkehrs-, Nachbarschafts- und Freizeitlarms wird die Larm-Einwirkung auf den Menschen groBer. Die Aufgabe lautet also, dieser Erhohungentgegenzu- wirken, sie in Zukunft sogar zu mindern. Zur Beantwortung der Frage, mit welchen technischen Mitteln dies fur den

Industriebereich erfolgen kann, mussen einige allgemeine Anmerkungen vorangestellt werden. Larm ist jede Art von Gerausch, das auf den Menschen storend, belastigend oder gesundheitsgefahrdend einwirkt. Was unser Trommelfell anregt und allgemein als Schall, Gerausch oder Larm bezeichnet wird, sind Druckschwan- kungen der Luft um den statischen Luftdruck. Als MeBgroDe wird der Schalldruckpegel in Dezibel (dB) angegeben. Da das Empfinden des menschlichen Ohres frequenzabhangig ist, wird dies durch eine entsprechende Korrektur im MeDgerat berucksichtigt und der MeBwert durch den Buchstaben A hinter dem dB-Zeichen gekennzeichnet - d B(A) bezeichnet also die gehorgerechte Bemessung eines Gerausches. Zur Einstufung unterschiedlicher Gerauschquellen sind in Tab. 1 die zugehorigen Schalldruckpegel [dB(A)] und der Meljabstand [m] aufgefuhrt.

Tabelle 1. Einstufung unterschiedlicher Gerauschquellen.

GerBuschquelle Schalldruckpegel Entfernung [dB(A)I [ml

Ticken eines Weckers normale Unterhaltung Zimmerlautstarke von Rundfunk und Fernsehen Schreibmaschine PK W-Verkehr LKW-Verkehr Drucklufthammer Dusenflugzeug

30 1 SO bis 60 1

62 3 70 1

80 bis 85 7 90 bis 95 7 90 bis 100 7

120 bis 130 SO bis 100

* Vortrag auf dem Jahrestreffen der Verfahrens-Ingenieure, 30.

** Dr.-lng. P.-J. Schriider, Bayer AG, IN PLT-PAT, SO90 Leverku- Sept. bis 2. Okt. 1981 in Dusseldorf.

sen-Bayerwerk.

Die Horschwelle des menschlichen Ohres liegt bei 0 Dezibel und die Schmerzgrenze bei etwa 120 Dezibel. Eine Pegelerhohung um 10 dB(A) wird als Verdoppelung der

Chem.-1ng.-Tech. 54 (1982) Nr. 3, S. 187-192 0 Verlag Chemie GmbH, D-6940 Weinheim 1982 0009-286X/82/0303-0187$02.50/0

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Lautstarke empfunden. So wird (in gleicher Entfernung) ein Drucklufthammer rnit 95 dB(A) etwa doppelt so laut empfunden wie ein vorbeifahrender PKW mit 85 dB(A). Wirken mehrere Quellen rnit gleichgrol3em Schalldruckpegel auf den Menschen ein, so erhoht sich der Pegel um 10 lg n ( n = Anzahl der Quellen). Bei 2 Quellen ergibt sich also eine Pegelerhohung um 3 dB, bei 10 Quellen um 10 dB und bei 100 Quellen um 20 dB. Dies gilt auch bei der Subtraktion, so dal3 eine Verminderung der Anzahl gleichlauter Larmquellen um den Faktor 2 nur zu einer Pegelminderung um 3 dB fuhrt. 3 dB sind vom Ohr aber kaum wahrnehmbar, da erst - 10 dB zur Halbierung der Lautstarke-Empfindung fuhrt. Dazu muI3ten aber 90% der pegelbestimmenden Quellen entsprechend vermindert oder beseitigt werden. Daraus sind schon die Schwierigkeiten und der notwendige Umfang zum Erreichen einer spurbaren Larmminderung bei der Vielzahl der vorhandenen Larmquellen in unserer Umgebung zu erken- nen . Der Schalldruckpegel ist eine entfernungsabhangige GroBe. So ergibt sich nach dem Abstandsgesetz bei einer Entfer- nungsverdoppelung im Freien eine Pegelabnahme um 6 dB. Der von einer Quelle abgestrahlte Schall ist jedoch konstant und wird durch den Schall-Leistungspegel angegeben. So wurde eine Quelle rnit einer Schall-Leistung von 1 10 dB(A) bei halbkugelformiger Abstrahlung in 1000 m Abstand einen Schalldruckpegel von 45 dB(A) erzeugen. Durch die zusatzli- che - allerdings frequenzabhangige - Ausbreitungsdamp- fung, wie sie in der VDI-Richtlinie 2714 beschrieben ist, wird im Mittel der Schalldruckpegel jedoch nur bei 35 dB(A) liegen . Dies ist der Richtwert, der von einer Industrieanlage nachts in einem benachbarten reinen Wohngebiet nicht uberschritten werden darf. Dieser Pegel ist auBerhalb der Wohnhauser einzuhalten und entspricht weniger als der halben Lautstarke einer normalen Unterhaltung. Fur die Arbeitsplatze gilt als Richtwert ein mittlerer Schalldruckpegel von 85 dB(A), bezogen aufeine 8-h-Schicht. Dies entspricht dem Gehor-Eindruck eines vorbeifahrenden LKW’s in 10 m Abstand. Die Immission innerhalb und auDerhalb einer Industrieanla- ge wird aber durch die Schallabstrahlung einer Vielzahl von Einzelquellen bestimmt , an denen Schallschutzmahahmen vorzunehmen sind, um die geforderten Richtwerte einzuhal- ten. Damit kann dieses Problem, unabhangig von den wirtschaftlichen Aspekten, nur langfristig gelost werden.

2 Moglichkeiten der Larmminderung

Die wirkungsvollsten Maonahmen zur Larmminderung sind der Einsatz larmarmer Aggregate und Technologien. Dies setzt jedoch voraus, daB von Maschinenherstellern ausrei- chend larmarme Aggregate angeboten werden, beziehungs- weise der Verfahrens-Ingenieur larmarme Verfahrenstechni- ken einsetzen kann. In beiden Fallen ist festzustellen, daD dies in der Praxis noch nicht in ausreichendem MaBe zutrifft. Vielfach wird die Schall-Leistung einer Anlage schon durch die Wahl des Antriebssystem oder des Arbeitsverfahrens bestimmt. Hier konnen die Herstellungs- und Betriebskosten aus der Sicht der Industrie jedoch nicht unbeachtet bleiben, so daD letztlich die Wirtschaftlichkeit wohl den Ausschlag geben dur fte. Bekannte Beispiele fur larmarme Antriebssysteme oder Arbeitsverfahren sind : - Elektromotore statt Hubkolben- oder Hydraulikmotore, - Sperrschieberpumpen statt Flugelzellenpumpen, - Umformen durch Drucken statt durch Schlagen,

- hydraulische Pressen statt mechanischer Pressen, - GieDen statt Schmieden sowie - Heben und Senken statt Rollen und Werfen. Welches sind nun die Ursachen der Schallentstehung und -ausbreitung, und wie konnen sie vermeiden oder zumindest in ihrer Auswirkung vermindert werden ? Dazu wird im Folgenden zwischen primaren Maonahmen zur Minderung der Schallentstehung an der Schallquelle und sekundaren MaBnahmen zur Minderung der Ausbreitung des Luftschalls unterschieden.

2.1 Primare MaBnahmen

Zunachst ist festzustellen, dalj in jedem Fall eine Erregerkraft vorhanden sein muB, um eine Schwingungsanregung und die daraus folgende Schallabstrahlung zu erzeugen. Im einfach- sten Fall ist dies ein Hammer, rnit dem ein Werkstuck bearbeitet wird. Primare Maonahmen sind darauf ausgerichtet, die Anregung auf ein Minimum zu reduzieren, das Schwingungsverhalten bezuglich einer moglichst geringen Schallabstrahlung unter Berucksichtigung des Erregerspektrums zu optimieren und vor allem Resonanzerscheinungen zu vermeiden. Dies kann durch die Minderung bzw. zeitliche Dehnung der Erregerkraft, die Anderung des Schwingungsverhaltens, insbesondere zur Vermeidung von Resonanzanregungen, die Bedampfung zur Erhohung des Verlustfaktors sowie die Entkopplung larmintensiver Bauteile erreicht werden.

2.1.1 Minderung brw. zeitliche Dehnung der Erregerkraft

Es ist einleuchtend, daI3 durch eine Verminderung der Erregerkraft auch die Schwingungsanregung und die daraus folgende Schallabstrahlung kleiner wird. Dies ist bei unter- schiedlich starken Schlagen mit einem Hammer auf eine Stahlplatte deutlich zu horen. Im Automobilbau wird durch eine Drehzahlreduzierung die Schwingungsanregung und damit die Larmentwicklung geringer. So fuhrt der Einsatz eines funften Ganges beim Kfz-Getriebe nicht nur zur Energie-Einsparung, sondern auch zur Larmminderung. Eine Verminderung der Erregerkraft 1aBt sich aber in den meisten Fallen aus funktionstechnischen Grunden nicht realisieren. So ist beispielsweise fur die Bearbeitung eines Werkstucks ein ausreichend harter Hammerschlag erforder- lich - denkt man nur an den Nagel, der in die Wand geschlagen werden soll. Ebenso kann eine gewunschte hohe Fahrgeschwindigkeit des PKW’s nur rnit einer ausreichend hohen Motordrehzahl erreicht werden. Wesentlich interessanter ist die Moglichkeit, die zeitliche Dehnung des Kraftimpulses zur Larmminderung auszunut- Zen. Die Wirkung beruht auf dem Effekt, da13 rnit zunehmen- der Impulsdauer der Frequenzbereich, in dem die Anregung erfolgt, kleiner wird, so da13 die Entstehung von Korperschall und die daraus resultierende Luftschallabstrahlung in einem oberen Frequenzbereich entfallt. Am deutlichsten wird dies beim Anschlagen einer Stahlplatte rnit einem Stahlhammer und einem Gummihammer [2]. Die Verminderung und zeitliche Dehnung der Erregerkraft lassen sich im Getriebebau durch eine unterschiedliche Verzahnungsgeometrie berucksichtigen. Im Getriebe erfolgt die Schwingungsanregung durch die Ubertragung der Krafte von einem Zahnrad auf das andere, d .h . durch den Kraftimpuls zwischen den Zahnflanken bei jedem Zahn- eingriff. Entsprechend der Verzahnungsgeometrie andert sich die Schwingungsanregung. So ist eine Getriebestufe rnit Geradverzahnung in jedem Fall lauter als eine rnit Schragver- zahnung, da sich bei der Schragverzahnung iiber einen

188 Chem.-1ng.-Tech. 54 (1982) Nr. 3, S. 187-192

Iangeren Zeitraum zwei Zahne im Eingriff befinden und deshalb eine gunstigere Kraftverteilung gegenuber der Geradverzahnung zu erreichen ist. In Abb. 1 ist das Luftschallspektrum eines 230-kW-Lei- stungsgetriebes mit Geradverzahnung (Kurve 1) und Schrag- verzahnung (Kurve 2 ) dargestellt. Aufgetragen ist der in 1 m Abstand gemessene A-bewertete Schalldruckpegel in Abhan- gigkeit von der Frequenz. Die ausgepragten Maxima sind auf

110 (A)

100

90

80

70

60 0 1 2kHz

Frequenz Abb. 1. Luftschallspektren eines Zahnradgetriebes.

die Anregung zwischen den Zahnflanken in der Zahnein- griffsfrequenz - Drehzahl pro Sekunde ma1 Zahnezahl - und auf Vielfache dieser Grundfrequenz zuruckzufuhren. Durch die geanderte Zahngeometrie werden demnach auch vor allem diese Einzelton-Komponenten vermindert, was in summa eine Pegelminderung von 17 dB(A) bewirkt. In Abb. 1 wurde eine stark verschlissene, geradverzahnte Getriebestufe durch eine neue Schragverzahnung ersetzt. Vergleicht man dagegen zwei neue Getriebestufen, so ergibt sich durch die unterschiedliche Verzahnungsgeometrie eine Pegelminde- rung von 7 bis 10 dB(A) [3]. Mischtrommeln werden zum Losen des Produktes von der Wand durch einen Kraftimpuls zum Schwingen angeregt. Ohne Funktionsbeeintrachtigung lassen sich hier vielfach durch eine Verminderung der Kraftamplitude und eine zeitliche Dehnung der Impulsdauer Pegelminderungen bis zu 10 dB(A) erreichen. Der Einsatz von Unwucht-Erregern und elektrischen oder hydraulischen Schwingungs-Erregern kann dafur eine LarmminderungsmaBnahme sein. LaBt sich eine Schnecke in der Trommelinnenwand anbringen, wird das Produkt abgeschalt, und die Impulsanregung als Larmquelle entfallt. Durch den Feststoffaustrag bei Separatoren werden Impuls- schalldruckpegel von mehr als 110 dB(A)erzeugt. Ursache ist der an die Gehausewand geschleuderte Feststoffstrom. Durch Einsatz eines Prallringes werden Pegelminderungen um 15 bis 20 dB(A) erreicht. Die Bedeutung der Veranderung der Erregerkraft als Larm- minderungsmahahme liegt in erster Linie bei Neukon- struktionen und der Entwicklung neuer Technologien. Nachtraglich - bei bestehenden Maschinen - ist diese MaDnahme nur in den seltensten Fallen anzuwenden.

2.1.2. Anderung des Schwingungsverhaltens

Das Schwingungsverhalten einer Struktur ist fur die abge- strahlte Schall-Leistung wesentlich. EinfluBparameter sind die dynamische Masse, die Steifigkeit und die Dampfung. Eine lokale Anderung eines dieser Parameter bewirkt die Veranderung des Schwingungsverhaltens der Gesamtstruk-

tur. Um gezielt konstruktive MaBnahmen erarbeiten zu konnen, mussen diese EinfluBparameter bekannt sein. Ferner sollten die Auswirkungen der zu treffenden Larmmin- derungsmaonahmen vorausberechenbar sein, da das ,,Pro- bieren" am Objekt unwirtschaftlich ist und in den meisten Fallen nicht zum Erfolg fiihrt. In jungster Zeit wird dazu das Verfahren der Modal-Analyse mit einer darauf aufbauenden Rechnertechnik zur Vorausberechnung der Wirksamkeit von MaBnahmen empfohlen [4]. Inwieweit dieses jedoch auf dem Gebiet der konstruktiven Larmminderung praxisgerecht eingesetzt werden kann, mu13 die Zukunft zeigen. Grundlagen sind Messungen der Eingangs- und Ubertragungsimpedan- Zen, aus denen die EinfluBparameter berechnet werden. Bislang beschrankte man sich vorwiegend auf die Messung der Eingangsimpedanz, um uber das Schwingungsverhalten, d. h. den wirksamen Schwingwiderstand im Kraft-Einlei- tungspunkt, die Lage der Eigenfrequenzen und die Damp- fung eine Aussage machen zu konnen. Aufgrund derartiger Messungen lassen sich die Moglichkeiten der Impedanzerho- hung durch Zusatzmassen sowie die Auswirkungen einer Bedampfung zur Larmminderung abschatzen. Bei Kenntnis des Erregerspektrums sind auch eventuell auftretende Reso- nanzeffekte festzustellen. Impedanzmessungen sollten jedoch moglichst am Gesamtsystem und nicht an Einzelbauteilen erfolgen, da das Schwingungsverhalten wesentlich durch die Randbedingungen, wie Einspannungen, Geometrie, Kopp- lung usw., bestimmt wird. Die Erhohung der Eingangsimpedanz durch Zusatzmassen ist in der Praxis nur in den seltensten Fallen moglich. Zum einen liegt dies an der anzustrebenden kompakten Bauweise und zum anderen an der vielfach nicht vorhandenen, aber notwendigen Nachgiebigkeit der Struktur. Wesentlich bedeutungsvoller ist die Vermeidung von Reso- nanzeffekten. Da der Konstrukteur das Schwingungsverhal- ten und insbesondere die Lage der Eigenfrequenzen der gekoppelten Bauteile in den meisten Fallen nicht kennt, kommt es in der Praxis nicht selten zur Resonanzanregung, d. h. zur Anregung einer Eigenschwingung des Systems durch eine besonders starke Erregerkraft. Das Schwingungsverhalten von Systemen ist frequenzabhan- gig, d. h. bei gleichbleibender Erregerkraft treten frequenzab- hangig unterschiedlich groBe Schwingungsamplituden auf. Diese sind fur Eigenfrequenzen am groBten und in den dicht daneben liegenden sog. Antiresonanzen am kleinsten. Bei Eigenfrequenzen laBt sich also ein System mit relativ geringen Erregerkraften zu starken Schwingungen anregen, wahrend bei den Antiresonanzen die Erregerkrafte teilweise bis zum Faktor 1000 groljer sein mussen, um die gleiche Schallab- strahlung zu erzeugen. Wo die Eigenfrequenzen und Antire- sonanzen liegen, ist von der jeweiligen Konstruktion des Bauteils abhangig. Die Moglichkeit der konstruktiven Larmminderung besteht nun darin, die Eigenschwingungen und damit die Eigenfre- quenzen von Bauteilen so aufeinander abzustimmen, daI3 durch die Kopplung in bestimmten Frequenzbereichen Antiresonanzen auftreten. Hierzu gehort auch der konstruk- tive Einsatz von Resonanzabsorbern. Ebenso kann eine Frequenzverschiebung der pegel bestimmenden Eigen- schwingungen, z. B. durch Anderung der Steifigkeit, in einen Frequenzbereich kleiner Erregerkrafte oder die Verlagerung der Erregerfrequenzen eine wirkungsvolle Liirmminderungs- maBnahme sein. So kann man beim Autofahren vielfach diesen Effekt der Resonanzanregung beobachten. Kommt der Motor in einen bestimmten Drehzahlbereich kann - zumindest bei alteren Modellen - z. B. der Ruckspiegel oder ein Teil der

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Armaturenverkleidung in Schwingungen geraten. Bei einer Unwucht im Reifen fangt das Lenkrad an zu Schlagen. Bei einer Erhohung der Fahrgeschwindigkeit klingen diese Schwingungen dann meist wieder ab. Als Beispiel aus der Praxis ist in Abb. 2 eine Rohrstrahlanlage dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Strahlgehau-

Abb. 2. Rohrstrahlanlage.

se und dem Schleuderradgehause rnit den innenliegenden Schleuderradern. Im Luftschallspektrum (Abb. 3) ist ein ausgepragter Einzelton bei 220 Hz festzustellen. Die Schwin- gungsanregung der Rohrstrahlanlage erfolgt durch die Schleuderrader im Schleuderradgehause. Eine Erregerfre- quenz liegt bei 220 Hz. Durch Schwingungsmessungen an der Koppelstelle des Strahlgehauses mit dem Schleuderradge- hause konnte festgestellt werden, daD das Strahlgehause bei 220 Hz schon durch sehr geringe Erregerkrafte zum Schwin- gen angeregt werden kann. Hier hat das System also eine Eigenfrequenz. Durch die Kopplung rnit dem Schleuderrad- gehause als Erregerquelle kommt es bei 220 HzzurResonanz- anregung, was im vorliegenden Fall zu der verstarkten Schallabstrahlung bei dieser Frequenz fuhrte. Als MaDnahme konnte eine Drehzahlreduzierung ohne Verschlechterung des Betriebsverhaltens vorgenommen werden, so daD die Anre- gungen bei der Eigenfrequenz des Systems vermieden wurde.

0 2 4 6 8 lOkHZ

Frequenz

Abb. 3. Luftschallspektren einer Rohrstrahlanlage.

Die Pegelminderung betragt bei 220 Hz 17 dB und im Summenpegel 6 dB (A). Ware aus betriebstechnischen Grunden eine Drehzahlreduzierung nicht moglich gewesen, hatte man durch konstruktive MaBnahmen am Gehause die Eigenfrequenzen verlagern mussen. Die Drehzahlreduzie- rung war in diesem Fall die wirtschaftlichere Losung. Derartige MaDnahmen konnen jedoch nur dann zur Larm- minderung wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn die Schall- abstrahlung tonalen Charakter hat, d. h. die Schall-Leistung durch die Schallabstrahlung in wenigen, schmalen Frequenz- bereichen bestimmt wird. Ob dies der Fall ist, 1aDt sich aus dem Schall-Leistungsspektrum abschatzen. Eine breitbandi- ge Wirkung ist damit nicht zu erzielen.

2.1.3 Bedlmpfungsma0nahmen

Sind MaBnahmen auf ein breitbandiges Luftschallspektrum oder eines mit einer Vielzahl von Eigenschwingungen abzustimmen, bieten sich Bedampfungsmahahmen an. Jedes Material besitzt aufgrund seiner inneren Struktur eine innere Dampfung, die eine Umsetzung der Korperschall- Leistung in Warme bewirkt. Die innere Dampfung wird durch den Verlustfaktor gekennzeichnet. Bei Stahlkonstruk- tionen liegt dieser zwischen und lo-’. LaDt sich durch eine von auDen zusatzlich angebrachte Bedampfung der Verlustfaktor um den Faktor 10 erhohen, so erreichte man je nach Art der Anregung eine Pegelminderung urn 4 bis 10 dB. Eine auBere Bedampfung kann durch Reibungsdampfung an Koppelstellen, durch Beschichten der Oberflache rnit Ent- drohnungsmittel sowie durch Aufbau einer Sandwich- Konstruktion erreicht werden.

1 2 3 4 5kHZ

F r e q u e n z

Abb. 4. Schalldruckspektren bei Impulsanregung ekes Rohrschlos- sertisches (MeRabstand 1 m).

Ein breites Anwendungsgebiet fur Bedampfungsmahahmen findet man in Werkstatten bei Arbeiten an Richtplatten und Rohrschlossertischen. Schlagt man rnit einem Hammer, z. B. bei Richtarbeiten, auf einen Rohrschlossertisch, so entsteht das in Abb.. 4 (Kurve I ) dargestellte Spektrum. Die groBten Schalldruckpegel werden in den Eigenfrequenzen der Tisch- platte abgestrahlt. Durch die Bedampfung der Tischplatte rnit Schallschluckmaterial und Konterblech in Form einer Sandwich-Konstruktion werden die Amplituden der Eigen- schwingungen vermindert, was in diesem Fall zur Pegelredu- zierung um 9 dB (A) fuhrte. Bei Arbeiten am Rohrschlosser- tisch mu13 neben der Schallabstrahlung der Tischplatte auch die des Werkzeuges und des Werkstucks beziiglich des auf den Arbeiter einwirkenden Schalldruckpegels betrachtet werden. Beim Werkzeug, beispielsweise einer Schleifmaschine, bietet

190 Chem.-1ng.-Tech. 54 (1982) Nr. 3, S. 187-192

sich der Einsatz einer Iarmgedampften Antriebsmaschine und einer flexiblen Schleifscheibe rnit hohem Verlustfaktor an. Das Werkstuck, z. B. ein Rohr, kann durch Magnetmatten bedampft werden. Am wirkungsvollsten sind BedampfungsmaDnahmen an Bauteilen, die sowohl direkt im KraftfluD liegen als auch einen geringen Verlustfaktor besitzen. Bevor man jedoch BedampfungsmaRnahmen durchfiihrt, sollte der Verlustfaktor bekannt sein, um Aufwand und Kosten gegenuber der Wirksamkeit - und hier zahlt nur die Verminderung der Gesamtschall-Leistung - abschatzen zu konnen. Die Reibungsdampfung kommt in konstruktionsbedingten Fugen und Reibflachen zum Tragen. Bei der Entdrohnung muD die Beschichtung in 2 bis 3facher Blechdicke aufgebracht werden. Damit ist diese Methode nur bei dunnwandigen (1 bis 2 mm) Blechkonstruktionen anzuwenden. Der Aufbau einer Sandwich-Konstruktion durfte im Maschinenbau am vielsei- tigsten anzuwenden sein.

2.1.4 Entkopplung

Eine sehr wirkungsvolle Larmminderungsmahahme ist die Entkopplung larmintensiver Bauteile. Diese ist immer dann einzusetzen, wenn eine leicht schwingungsfahige Struktur direkt mit der Erregerquelle gekoppelt ist und wesentlich zur Schallabstrahlung des Gesamtsystems beitragt. Als Beispiel aus der Praxis ist in Abb. 5 ein Hochleistungs- Rotationswiischer dargestellt. Hier war der 10-kW-Antriebs-

80 d B (A)

70 - P) m 0

X 0

a 60

a 0 50 m

L

- c 0 u) 40

30 0 1 2 3 4 k H z

Frequenz

Abb 5 Luftschallspektren eines Hochleistungs-Rotationswaschers.

motor als Erregerquelle starr mit dem Gehause verbunden. Die Hauptschallabstrahlung erfolgte von dem groDflachigen, leicht anzuregenden Gehause. In 1 m Abstand wurde das in der Abb. 5 dargestellte Luftschallspektrum (Kurve I ) gemes- sen. Nach der Entkopplung des Motors iiber Schwingelemen- te ergab sich das Spektrum nach Kurve 2. Die Pegelminde- rung betragt 10 dB (A). Der Restpegel - entsprechend der Kurve 2 - wird nur noch durch die Schallabstrahlung des Motors erzeugt, so daR mit einem larmarmen Motor, den es heute serienmaDig aufdem Markt zu kaufen gibt, eine weitere Pegelminderung um etwa 8 dB (A) zu erreichen ist. Da die Entkopplung unter Umstanden rnit wesentlichen Konstruktionsanderungen verbunden ist, sollte in jedem Fall durch eine Schall-Leistungsbilanz gepruft werden, wie sich die Gesamtschall-Leistung auf einzelne Baugruppen verteilt und welche Pegelminderung durch die Entkopplung erzielt werden kann.

Eine schmalbandige Entkopplung ist auch durch die Erzeu- gung von Antiresonanzen an den Koppelstellen moglich. Hierzu bedarf es wiederum der rechnergestutzten Vorausbe- rechnung der Veranderungen des Schwingungsverhaltens durch konstruktive MaDnahmen, da ein Versuch in der Praxis unwirtschaftlich ist und in den meisten Fallen nicht zum Erfolg fuhren durfte.

110

100

dB (A) 90

80 - Q Ol Q 70 a m

5 60

- 2 50 m

m

L I0 .-

c 40

30 0 1 2 3 kHz 4

Preguenz Bandbreite 8 H z

Abb. 6. Wirksamkeit eines Resonanzschalldiimpfers.

2.2 Sekundare Maonahmen

In der Vergangenheit beschrankte man sich vorwiegend darauf, den von einer Maschine oder Anlage abgestrahlten Luftschall in seiner Ausbreitung zu hindern. Dies kann - durch eine Abschirmung der Quellen, z. B. durch Trenn-

- durch Kapselung von Einzelaggregaten oder Einhausung

- durch den Einsatz von Schalldampfern bei Stromungsge-

erfolgen. Mit diesen MaDnahmen sind Pegelminderungen von 20 bis 30 dB zu erreichen und mit Sonderkonstruktionen auch uber 30 dB. Damit verbunden sind jedoch einige Nachteile, wie beispielsweise : - bei Abschirmwlnden die schlechtere Zuganglichkeit der

wande,

von einer Gesamtanlage und

rauschen

M aschine,

0 1 2 3 4 5k

Frequenz

Abb. 7 Luftschallspektren eines Radialventilators.

Hz

191 Chern.-1ng.-Tech. 54 (1982) Nr. 3, S. 187-192

- bei Kapseln die auftretenden Warmeprobleme und die erhohten Explosionsgefahren sowie die Verminderung der Wirksamkeit der Kapsel bei mehrmaliger Demontage,

- die hohen Kosten fur die Einhausung einer Anlage. Da es sich hierbei um wiederholende Maljnahmen bei vergleichbaren Problemstellungen handelt, treten diese Ko- sten bei jeder Neuanlage erneut auf. Zu erwahnen ware noch der Schalldampfer, der sich von den zuvor genannten Maanahmen in der Praxis am besten bewiihrt hat. Daher sol1 auf die Wirkung eines Schalldlmp- fers naher eingegangen werden. In Abb. 6 ist das Schall-Leistungsspektrum einer vielfach vorhandenen Gerauschquelle in der chemischen Industrie dargestellt. Es handelt sich um einen Radialventilator. Die Aufgabe war hier, vor allem die Einzelton-Komponente - erzeugt durch den Drehklang des Ventilators - zu vermin- dern. Zu diesem Zweck wurde ein Resonanzschalldampfer eingesetzt, der konstruktiv auf die Verminderung des Dreh- klangs und der Oberwellen ausgelegt war. Die erreichte Pegelminderung betragt 50 dB bezuglich des Einzeltons und 32 dB (A) im Summenpegel. Die Erfahrung lehrt, dalj vor allem auftretende Einzelton-Komponenten zu Beschwerden aus der Nachbarschaft fuhren. Vielfach 1aBt sich zwar das Spektrum durch einen Absorptionsschalldampfer soweit mindern, dalj auch der Einzelton durch das Umgebungsge- rausch verdeckt wird, dieser in der Nahe der Schallquelle aber noch deutlich horbar ist. Die technisch bessere Losung ist ein auf den Einzelton abgestimmter Resonator mit nachgeschal- tetem Absorber.

3 Vermeidbare Larmquellen

In jedem Betrieb gibt es ,,vermeidbare Larmquellen", die mit relativ geringem Aufwand beseitigt werden konnen. Hierzu zwei Beispiele : Im ersten Fall handelt es sich um einen Radialventilator. Wie aus der Abb. 7 zu erkennen ist, trat in der Drehklangfrequenz bei 1100 Hz ein ausgepragter Einzelton auf. Zunachst muate tatsachlich angenommen werden, dalj es sich um den Drehklang handelt, der beim Ventilator durch das Lufterrad im engsten Querschnitt erzeugt wird. AuBergewohnlich war jedoch die grol3e Pegeldifferenz zum ubrigen Spektrum von 30 dB bei 1100 Hz. Normalerweise liegt diese Differenz bei 10 bis 15 dB. Vom Hersteller wurde dies mit der hohen Pressung des Ventilators erklart und als Abhilfemaljnahme eine Kapsel angeboten. Eigene Untersuchungen zeigten dann, dalj bei veranderlicher Drehzahl dieser Ton konstant bei 1100 Hz abgestrahlt wurde. Demzufolge konnte der Einzelton nicht

vom Lufterrad erzeugt werden. Die Ursache war vielmehr das Anstromen des Wasserablaufstutzens, dessen Lange mit 1/4 der Luftschall-Wellenlange bei 1100 Hz iibereinstimmt. Nachdem dies erkannt war, wurde ein VerschluBstopfen in den Stutzen eingesetzt. Der Einzelton war beseitigt. Die gesamte Pegelminderung betragt 16 dB (A). Im zweiten Fall ist die Larmquelle eine Wasserpumpe. Die erste Luftschallmessung an diesem Aggregat ergab das in Abb. 8 dargestellte Spektrum 1. Fur eine Wasserpumpc

dB (A) 110 I 1 I I I I I I

50 I I I I I I " I I

0 1 2 3 k H z

Bandbreite 8 H r Frequenz leiL71M

Abb. 8. Schall-Leistungsspektren einer Filterpumpe.

ungewohnlich ist der Pegelanstieg im Frequenzbereich ab 500 Hz. Durch gezielte Korperschallmessungen konnte ein defektes Lager diagnostiziert werden. Nach Auswechseln dieses Lagers trat eine Pegelminderung um 23 dB (A)ein. Mit dem neuen Lager wurde das dargestellte Spektrum 2 gemessen. Diese Beispiele zeigen, daB kleine Ursachen groBe Wirkungen beziiglich des abgestrahlten Luftschalls haben konnen und sich vielfach durch gezielte meatechnische Untersuchungen kostengunstige Maljnahmen erarbeiten lassen.

Eingegangen am 3. November 1981 [B 44711

Literatur

[l] Was Sie schon immer iiber Umweltschutz wissen wollten.

[2] Schroder, P. J . : Schweiz. Maschinenmarkt 78 (1978) Nr. 29, S. 16. [3] Lachenmeier, S. : Konstruktive Maonahmen zur Gerauschminde-

rung bei Getrieben durch Primar- und Sekundarmahahmen, Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V., Heft 49 (1977).

Bundesministerium des Innern, Bonn 1980.

[4] Miiller, R. D.: VDI-Z. 122 (2980) Nr. 8/9, S. 325/365.

192 Chem.-1ng.-Tech. 54 (1982) Nr. 3, S. 187-192