Know-How Center Allgemeine Hinweise zum Einsatz von Außenrüttlern

Schwingungseinleitung

Der Schwingungseinleitung muss große Aufmerksamkeit gewidmet werden, und zwar sowohl bei kleinen Rüttelvorrichtungen, an denen ein oder zwei Außenrüttler angebracht sind, als auch bei großflächigen Formen zur Betonverdichtung, die mit bis zu 50 Außenrüttlern bestückt sind. Bei der Herstellung von Betonfertigteilen ist eine gleichmäßige Schwingungseinleitung, die eine gleichmäßige Verdichtung bewirkt, neben der Beschleunigung und der Rütteldauer das wichtigste Kriterium, um einwandfreie Oberflächen und hohe Dichten zu erzielen. Es ist wesentlich, die notwendigen Fliehkräfte so zu verteilen, dass sie an möglichst vielen Stellen der Rütteleinrichtung eingeleitet werden.

Abb. 11: Biegeschwingungen der Schalhaut bei großflächigen Schalungen. Eine gleichmäßige Schwingungsverteilung (unterste Kurve) erhält man, wenn man die Gesamtfliehkraft F_c über mehrere Rüttler einleitet

Dort erzeugen sie so genannte Beschwingungen (Durchbiegen des Rüttelträgers). Die einzelnen Außenrüttler werden so angebracht, dass z.B. bei großflächigen Schalungen jeder Außenrüttler nur den ihn umgebenden Bereich in Schwingungen versetzt und die Schwingungszonen sich knapp überschneiden.

Wenn bei zu labilen Formen Resonanzerscheinungen auftreten, müssen diese durch geeignete Maßnahmen, z.B. zusätzliche Versteifungen, Änderung der Rüttleranbringung oder Frequenzveränderung vermieden werden, da Bruchgefahr besteht.

Bei richtigem Anbau mehrerer Außenrüttler (an großflächigen Schalungen) und ausreichender Steifigkeit der Form wird die örtliche Belastung der Schalung verringert und ihre Haltbarkeit erhöht. Abbildung 11 zeigt die Auswirkungen der Verteilung der Fliehkraft auf mehrere Einleitungsstellen.

Anbringungsort

Bei der Auswahl der Ansatzpunkte ist daraus zu achten, dass eine gute Weiterleitung der erzeugten Biegeschwingung gewährleistet ist. Am besten wird dies erfüllt, wenn schon bei der Konstruktion der Rütteleinrichtung darauf geachtet wird, dass ausreichend dimensionierte, durchgehende Profile vorgesehen sind, die die Konstruktion versteifen.

So genannte Rüttlerträger dienen der Aufnahme der Außenrüttler und der gleichmäßigen Schwingungsverteilung. Durch falsch angebrachte Außenrüttler oder vibrationstechnisch ungünstige Rütteleinrichtungen können bei der Betonverdichtung tote Zonen oder Bereiche übermäßiger Erregung entstehen.

Auch bei kleineren, steifen Formen sollten die Außenrüttler so angebracht werden, dass sie die Rütteleinrichtung gleichmäßig in Schwingungen versetzen, d.h. überall ungefähr gleich große Schwingungsbreiten erzeugen.

Montage der Außenrüttler

Damit die Schwingungen, die der Außenrüttler erzeugt, möglichst verlustfrei in die Rüttelvorrichtung eingeleitet werden, müssen bei der Montage folgen Punkte beachtet werden:

• Jeder Außenrüttler muss auf einer Platte von 15-20mm Dicke befestigt sein. Diese Platte muss eben und sorgfältig an vorhandene Versteifungsprofile angeschweißt sein.

Abb. 12: Kleiner Rütteltisch mit Versteifungen

Abb. 13: Rüttleranordnung mit Versteifung am Längsträger eines großen Rütteltisches

• Sollen lineare Schwingungen durch zwei gegenläufige Außenrüttler erzeugt werden, muss die Verbindung zwischen den Außenrüttlern absolut schwingungssteif sein, um eine Synchronisation zu ermöglichen (absoluter Gleichlauf der Außenrüttler).  Dies wird erreicht durch ausreichende Versteifungen. Abbildung 12 zeigt ein Beispiel für solche Versteifungen.
• Um die erzeugten Schwingungsbreiten verlustfrei zum gewünschten Wirkungsort zu übertragen, muss darauf geachtet werden, dass die Rüttlerbefestigungen (Platte, Träger) sich nicht durchbiegen können. Beispielsweise bedeutet bei Hochfrequenz-Außenrüttlern, die bei hohen Fliehkräften nur 0,4mm Schwingungsbreite erzeugen, eine Durchbiegung der Rüttlerbesfestigung von 0,1-0,2mm einen Verlust von 25-50% der Schwingungsenergie.
• Die beiden Hauptwirkrichtungen der erzeugten Fliehkräfte müssen besonders beachtet werden. Es sind dies die senkrecht und parallel zur Befestigungsfläche wirkenden Fliehkräfte, wobei die um 90 Grad zur gewünschten Wirkrichtung angreifenden Kräfte Schweißnahtrisse an den Rüttlerbefestigungen verursachen können. Es müssen dann zusätzliche Versteifungen, z.B. Knotenbleche, angeschweißt werden. Abbildung 14 zeigt einige Möglichkeiten der beschriebenen Versteifungen.

Abb. 14: Mögliche Versteifungen der Anbringungsorte von Außenrüttlern

• Es müssen Stahlprofile vorhanden sein, die die Schwingungen gleichmäßig verteilen. Dazu eignet sich als Rüttlerträger das Stahlbauprofil HE-B 140 (IPB 140) besonders gut.
  
  
• Die Außenrüttler müssen an Versteifungsprofilen angebracht werden und nicht direkt an dünnwandigen Bauteilen wie Silowänden oder Schalblechen von Betonelementschalungen.
• Der feste Sitz der Außenrüttler ist wichtig, damit Außenrüttler und Rüttelvorrichtung eine Schwingungseinheit bilden. Die Befestigung des Außenrüttlers ist wegen der großen dynamischen Belastung mit absoluter Sorgfalt durchzuführen. Geeignet sind vergütete Stahlschrauben der Güteklasse 8.8. nach DIN931 und Unterlegscheiben nach DIN125. Die Elastizität von langen Stahlschrauben erhöht die vibrationssichere Befestigung. Die Schrauben müssen mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Bei Befestigung mit Durchgangsschrauben müssen Sicherungsmuttern oder Kontermuttern verwendet werden. Die Befestigungsschrauben sollen nach kurzer Betriebszeit  nachgezogen und in größeren Zeitabständen auf Festsitz geprüft werden. Lockerungen der Schraubverbindungen führen zu Gehäusebrüchen, Ausfällen der Außenrüttler und Rissen in der Schalung. Mangelhafte Befestigung und Lockerung der Schraubverbindungen ist eine der häufigsten Ursachen für Störungen.

Steifigkeit der Rütteleinrichtung

Eine Rüttelvorrichtung ist richtig gebaut, wenn ein Höchstmaß an Steifigkeit bei niedrigem Gewicht erreicht wird. Niedriges Gewicht und große Steifigkeit sind keine widersprüchlichen Forderungen, wenn die Versteifungen mit geeigenten Verrippungen erzeugt werden. Die Tischkonstruktion in Abbildung 15 hat eine hohe Verrippung zur Mitte hin (trapezförmig). Diese Art der Versteifung ergibt eine hohe Steifigkeit und gleichmäßige Schwingungsverteilung über die gesamte Fläche. Die Konstruktion ist rüttelsteif, wenn die Höhe h 1/4 – 1/5 der Länge l beträgt.

Abb. 15: Richtige Konstruktion eines Rütteltisches

Abb. 16: Falsche Konstruktion eines Rütteltisches

Je größer die Fliehkraft ist, desto höher muss die Verrippung sein. Der Rütteltisch hat eine Größe von 1x1m, die Verrippung ist 8mm dick. Das Tischgewicht beträgt bei dieser Bauart 90kg. Die Tischkonstruktion von Abbildung 16 hat dagegen durchgehend eine zu niedrige Verrippung bei einer Verrippungsdicke von 14-16mm. Der Tisch hat dann bei einer Größe von ebenfalls 1x1m ein Gewicht von 130kg. Das Ergebnis ist eine ungleiche Verteilung der Schwingungsbreite über die Tischfläche. Da die Steifigkeit fehlt, kann bei weicher Lagerung ein ››Flattern‹‹ in den Außenbereichen oder bei harter Lagerung ein stärkeres Durchbiegen im Mittelbereich entstehen. Dabei treten Schwingungsunterschiede von bis zu 200% auf (Amplitudenvergrößerung).

Die grundsätzlichen Anforderungen an eine Rüttelvorrichtung sind:

• Steifigkeit zur Erzielung Von Schwingungsfestigkeit
• Gleichmäßige Schwingungsverteilung und Vermeidung von Amplitudenvergrößerungen
• Geringes Gewicht zur Einsparung von Rüttelenergie
  (F_c = m ⋅ a)

Schwingungsisolierte Lagerung der Rütteleinrichtung

Rütteleinrichtungen müssen so gelagert sein, dass sie frei schwingen können und keine Schwingungen auf Fundamente und Gebäude übertragen werden.

Zur elastischen Lagerung werden Gummi-Metall-Elemente oder in der Fördertechnik auch Schraubenfedern verwendet. Die statische Belastung der Gummi-Metall-Elemente soll 5-6kg/cm² Gummifläche betragen. Die dynamische Belastung kann bei kurzen Rüttelzeiten, wie sie z.B. bei Schalungen von Betonfertigteilen üblich sind vernachlässigt werden. In der Praxis haben sich Gummi-Metall-Elemente mit einer Shore-Härte von 55 Shore A zur Lagerung von Rütteleinrichtungen bewährt. Wichtig ist, vor allem bei kleinen Rütteleinrichtungen, dass gleiche Shore-Härten verwendet werden.

In der Fördertechnik werden Shore-Härten von 40-45 Shore A verwendet.

Dabei bedeutet beispielsweise 40 Shore A ››weich‹‹, 75 Shore A ››hart‹‹. Die Bedeutung der elastischen Lagerung darf auf keinen Fall unterschätzt werden, da alle vorangegangenen Überlegungen nur bei einer funktionierenden Schwingungsisolierung zutreffen.

Die elastische Lagerung ist die Grundvorrausetzung für das Funktionieren einer Rütteleinrichtung.

Da man bei der Auslegung von Rüttelanlagen vor allem mit Nährungsformeln und Erfahrungswerten operiert, ist das Abstimmen bei Inbetriebnahme hier besonders wichtig. Um das Zusammenwirken von Rüttler und Anlage zu überprüfen, misst man folgende Werte:

• Stromaufnahme
• Schwingungsbreite
• Temperatur

Aus der Stromaufnahme lässt sich auf die Wirksamkeit des Rüttlers, auf Art und Zustand der Schalung und ihrer Versteifung sowie der Schraub- und  Schweißverbindungen schließen. Über die Schwingungsbreite lässt sich  herausfinden, wo noch Versteifungen notwendig sind. Die Temperatur (gemessen  am Zwischenlager) ist ein Indikator für die Arbeitsweise des Motors. Eine bestimmte Betriebstemperatur (Herstellerangabe) darf nicht überschritten werden.

Messen der Stromaufnahme

Bei richtiger Konstruktion der Rütteleinrichtung und richtig dimensioniertem Außennrüttler liegt die Stromaufnahme ungefähr in Höhe des Nennstroms des Außenrüttlers. Liegt die gemessene Stromaufnahme weit unter dem zugehörigen Nennstrom, so ist die Rütteleinrichtung zu schwer. In diesem Fall kann die Fliehkraft vergrößert werden. Ist die Stromaufnahme hingegen größer als der Nennstrom, so gibt es zwei mögliche Ursachen: Entweder ist die gewählte Fliehkraft zu hoch, in diesem Fall verringert man sie oder wählt einen Außenrüttler mit einer kleineren Fliehkraft. Oder aber der Grund ist die mangelnde Steifigkeit der Rüttelanlage, in diesem Fall kann man zusätzliche Versteifungen anbringen.

Messen der Schwingungsbreite

Zum Messen der Schwingungsbreite eignet sich am besten ein Schwinungschreiber. Die Schwingungsbreite sollte an allen Stellen der Vorrichtung ungefähr gleich groß sein. Aus Tabelle 3 lässt sich erkennen, ob die beabsichtigte Beschleunigung bei der gemessenen Schwingungsbreite auch erreicht wird.

Weitere Maßnahmen

Weitere Maßnahmen, die in der Praxis zur Verbesserung der Vibrationsergebnisse führen können, sind:

• Ändern der Drehrichtung einzelner Außenrüttler
• Ändern der Anbauanlage der Rüttler (Drehen, Verschieben)
• Versteifung der Rüttelvorrichtung mit zusätzlichen Profilen
• Verwendung weicherer Gummi-Metall-Elemente (Lagerung)