Schwingungsdämpfung in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) – Grundlagen

Alle Informationen zum Thema Schwingungsdämpfung im Whitepaper

Alle Informationen, die sie auf dieser Seite finden können, finden Sie ebenfalls kompakt zusammengefasst in unserem kostenfreien Whitepaper „Grundlagen der Schwingungsdämpfung in der TGA“. Sie erfahren, wie Sie den richtigen Schwingungs- und Federdämpfer in der Gebäudetechnik auswählen können. Darüber hinaus erhalten Sie eine nützliche Auswahlhilfe.

Menschen belästigen und gesundheitlich beeinträchtigen, empfindliche Anlagen stören und Gebäude beschädigen.
Solche Auswirkungen werden normalerweise nicht mit dem Wort „Schwingung“ in Verbindung gebracht. Wird allerdings das Wort „Vibration“ verwendet, sieht es oft anders aus. Da schwingt vor dem geistigen Auge dann schon Hör- oder Fühlbarkeit mit. Die richtige Schwingungsdämpfung in Gebäuden ist daher unerlässlich.

In der einfachsten Form ist Vibration ein mechanisches Phänomen, bei dem Schwingungen um einen Gleichgewichtspunkt auftreten. Gerade in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) können solche Vibrationen jedoch unerwünschte Auswirkungen haben. Deshalb spielt die Schwingungsdämpfung eine wichtige Rolle, um diese Bewegungen gezielt zu reduzieren.

Nicht immer sind Schwingungen unerwünscht, etwa bei Gitarrensaiten oder Lautsprechermembranen. Häufig erfüllen sie sogar eine nützliche Funktion. So arbeiten beispielsweise Förderanlagen, Betonrüttler oder Ultraschall-Reinigungsbäder mit gezielt erzeugten Schwingungen.

Anders sieht es jedoch aus, wenn Schwingungen bei beweglichen oder rotierenden Maschinenteilen durch ein Ungleichgewicht entstehen. In diesem Fall können sie Probleme verursachen. Unerwünscht sind Schwingungen insbesondere dann, wenn sie

• Energie verbrauchen,
• Schäden verursachen und
• ungewollte Geräusche erzeugen.

Typische Beispiele unerwünschter Vibrationen sind die Schwingungen von Motoren oder anderen mechanischen Geräten und Anlagen im Betrieb.

Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK), die fest mit Decke, Wand oder Dach verbunden sind, sowie Bauteile mit schwingungsverursachenden Geräten wie Heizkesseln und Wärmepumpen, können Gebäudeschwingungen verursachen. Diese Vibrationen werden oft über Rohrleitungen und Befestigungselemente übertragen und können erhebliche Schäden verursachen. Dieses Geräusch kann sich weit ausbreiten und im gesamten Gebäude zu hören sein. Ebenso wie Geräte können auch Rohrleitungen, Leitungen und Kanäle Körperschall übertragen, wenn sie starr mit vibrierenden Geräten verbunden sind.

Sowohl Strömungsgeräusche als auch durch Aggregate verursachte Vibrationen verteilen sich über das Medium, zum Beispiel über Wasser im Rohrsystem. Anschließend übertragen Befestigungselemente wie Rohrschellen oder Festpunkte diese Schwingungen auf den Baukörper.

In der Praxis lassen sich Schwingungen jedoch kaum vollständig vermeiden. Sie entstehen meist aufgrund von

• Fertigungstoleranzen und Lagerspielen,
• rollenden oder gleitenden Berührungen zwischen Maschinenteilen und
• Unwuchten in rotierenden sowie pendelnden Bauteilen.

Es kommt häufig vor, dass schon kleine, unscheinbare Schwingungen Resonanzfrequenzen anderer Bauteile anregen und dadurch zu starken Vibrationen und zusätzlicher Lärmentwicklung führen.

Vibrationen in Gebäuden können vielfältige Probleme verursachen, die sowohl das Gebäude als auch seine Benutzer betreffen. Eine effektive Schwingungsdämpfung kann helfen, diese negativen Auswirkungen zu minimieren.

Unter anderem können folgende Probleme auftreten:

• verminderte Arbeitsfähigkeit, Müdigkeit und Kopfschmerzen bei Personen
• verringerte Arbeitssicherheit von Personen in der Nähe
• negative Auswirkungen auf die Bausubstanz
• erhöhter Wartungsbedarf
• verringerte Lebensdauer von Anlagen und Geräten
• fehlerhafter Betrieb von Anlagen und Geräten
• Störungen an in der Nähe aufgestellten Geräten sowie Instrumenten
• Verstoß gegen gesetzliche Anforderungen

Schwingungsdämpfung spielt eine wichtige Rolle, um mechanische Schwingungen und Körperschall von Geräten, Maschinen und Anlagen zu reduzieren. Gerade in der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) tragen Schwingungsdämpfer deshalb dazu bei, Vibrationen gezielt zu mindern.

Dabei kommen sie in zahlreichen industriellen Anwendungen zum Einsatz, zum Beispiel bei Motoren, Pumpen und Generatoren. Gleichzeitig reduzieren Schwingungsdämpfer nicht nur Vibrationen, sondern auch den dadurch entstehenden Lärm.

Typische Einsatzgebiete im SHK-Bereich sind:

• Industrieproduktion: Hier schützen vibrationsdämpfende Bauteile vor unerwünschten Eigenschwingungen von Maschinen und Geräten. Dazu gehören z.B. Maschinenfüße.
• Heizungs- und Klimatechnik: Hier sorgen schwingungsdämpfende Komponenten wie Anti-Vibrationsfüße an Wärmepumpen sowie Klimaanlagen für eine schwingungs- und geräuscharme Gerätefunktion.

Eine wirksame Schwingungsdämpfung beginnt damit, die Schwingungsquelle von der tragenden Struktur zu entkoppeln. Dafür kommen elastische Elemente wie Schwingungsisolatoren zum Einsatz. Besonders wirksam ist es, sie möglichst direkt zwischen Montagestruktur und dem schwingungserzeugenden Gerät anzuordnen. Auf diese Weise können die Isolatoren bis zu 99 Prozent der vom Gerät erzeugten unerwünschten Schwingungen aufnehmen.

Darüber hinaus hilft die Entkopplung vibrierender Geräte von Wänden, Decken und anderen Bauteilen dabei, die Übertragung von Vibrationen und Körperschall zu kontrollieren. Für Geräte der Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik stehen unterschiedliche Isolatoren zur Verfügung. Deshalb sollte die Auswahl immer auf das jeweilige Gerät und die konkrete Anwendung abgestimmt werden.

In der Praxis kommen Schwingungsdämpfer häufig zum Einsatz, weil sich selbst bei sorgfältig ausgewuchteten Maschinen Schwingungen nicht vollständig vermeiden lassen.

Schwingungsdämpfer, auch als „Schwingungsisolatoren“ oder „elastische Lager“ bezeichnet, kommen bei der Schwingungsdämpfung an Maschinen, Rohrleitungen und Kanälen zum Einsatz. Dort helfen sie, die Übertragung von Vibrationen und Geräuschen zu reduzieren.

In der Regel bestehen die Dämpfer aus Gummi, Federn oder einer Kombination aus beidem. Dadurch besitzen sie stoß- und vibrationsdämpfende Eigenschaften. Werden Schwingungsisolatoren zwischen dem Gerät und der tragenden Struktur angeordnet, lassen sich Schwingungen gezielt isolieren oder deutlich reduzieren.

Die Geometrie eines Schwingungsdämpfers beeinflusst das Ergebnis der Schwingungsdämpfung maßgeblich. Deshalb können zwei Produkte aus demselben Material unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Selbst optisch ähnliche Schwingungsdämpfer können sich in ihrer Leistung deutlich unterscheiden.

Vibrationsdämpfende Halterungen sind zudem in verschiedenen Größen, Ausführungen und Belastbarkeiten erhältlich. Häufig kommen sie als „elastische Lagerungen“ zum Einsatz, zum Beispiel bei

• Klima- und Lüftungsanlagen
• Zentrifugen und Gebläsen
• Kompressoren
• Prüfständen und Messtischen
• Pumpaggregaten und Generatoren
• Press- und Stanzwerken.

In der Praxis stellen unterschiedliche Anwendungen auch unterschiedliche Anforderungen an die Schwingungsdämpfung. Bei der Auswahl geeigneter Schwingungsdämpfer spielen deshalb mehrere Faktoren eine Rolle:

• der verfügbare Bauraum,
• Höhe, Richtung und Art der Belastung,
• die Möglichkeiten der Befestigung und
• die erforderliche Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen.

Daraus ergibt sich eine große Bandbreite an Bauformen, Größen, Ausführungen und Materialien. Je nach Einsatz reicht das Spektrum von einfachen Lagerungen mit Gummiplatten bis hin zu speziellen Schwingungsdämpfern für anspruchsvollere Anwendungen.

Zusätzlich beeinflusst die schwingungstechnische Auslegung die Auswahl. Dabei spielen unter anderem Nennlast, Lastrichtung, Federrate und Dämpfungsverhalten eine wichtige Rolle.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen:

• Gummipuffern mit und ohne Gewindeanschluss
• Stahlfederdämpfern
• Maschinenfüßen
• elastischen Lagern
• Antivibrationsmatten sowie
• Stoßdämpfern.

Bei der Auswahl des richtigen Schwingungsdämpfers aus dem großen Angebot an Vibrationsdämpfern gibt es viele Faktoren zu berücksichtigen.

Stahlfederdämpfer

Stahlfederdämpfer kommen vor allem bei der Schwingungsdämpfung niederfrequenter Vibrationen und bei höheren Lasten zum Einsatz. Durch ihre Pulverbeschichtung eignen sie sich zudem für Anwendungen im Außenbereich. Typische Einsatzgebiete sind beispielsweise Lüftungsgeräte, Kühltürme, Kältemaschinen und Luftkompressoren.

Gummi-Metall-Dämpfer

Glockenförmige Elastomerdämpfer eignen sich besonders für die Schwingungsdämpfung von Maschinen mit überwiegend horizontalen Vibrationen. Darüber hinaus kommen sie vor allem bei Geräten mit hochfrequenten Vibrationen zum Einsatz. Geeignet sind sie beispielsweise für Maschinen mit Drehzahlen von mehr als 2.500 Umdrehungen pro Minute (U/min).

Nivellierbare Maschinenfüße

Nivellierbare Maschinenfüße bieten ähnliche Vorteile wie Gummi-Metall-Dämpfer und unterstützen ebenfalls die Schwingungsdämpfung von Maschinen und Geräten. Im Unterschied zu fest montierten Lösungen müssen sie jedoch nicht an der tragenden Struktur befestigt werden.

Dadurch eignen sie sich beispielsweise für Klimageräte, Axial- und Radiallüfter, Motoren, Pumpen und Kompressoren.

Über den Autor

Thomas Geißler ist Leiter Technik und Projektmanagement bei Walraven. In seiner Arbeit beschäftigt er sich unter anderem mit der technischen Auslegung von Montagetechnik und unterstützt bei der Auswahl und Berechnung geeigneter Schwingungsdämpfer.

Als Autor des Whitepapers „Grundlagen der Schwingungsdämpfung in der TGA“ vermittelt er praxisnahes Wissen zu Ursachen, Auswirkungen und Möglichkeiten der Schwingungsdämpfung in der Technischen Gebäudeausrüstung.

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Das kostenfreie Whitepaper „Grundlagen der Schwingungsdämpfung in der TGA“ vermittelt Grundlagen und praktische Hilfestellungen für die Auswahl geeigneter Schwingungsdämpfer.

Das kostenfreie Whitepaper behandelt unter anderem folgende Themengebiete:

• Ursachen und Auswirkungen von Vibrationen in Gebäuden
• Möglichkeiten zur Reduzierung von Schwingungen und Körperschall
• Funktionsweise und verschiedene Arten von Schwingungsdämpfern
• Stahlfederdämpfer, Maschinenfüße und Stahlfederhänger
• Schallschutzaufhänger und Antivibrationsplatten
• typische Anwendungen in der Technischen Gebäudeausrüstung
• wichtige Auswahlkriterien wie Last, Frequenz, Montageart und Umgebungseinflüsse
• Schnellauswahlhilfe für Walraven VibraTek® Produkte
• Bemessungsbeispiel zur Auswahl des passenden Schwingungsdämpfers