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Dämpfende Materialien in der Mechanik und Konstruktion: Ideen, Anwendungen und Vorteile

Dämpfung

Dämpfende Materialien sind in der Mechanik und Konstruktion unerlässlich. Sie werden verwendet, um Erschütterungen und Vibrationen zu dämpfen und den Betrieb von Maschinen und Anlagen zu verbessern. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften, können sie in unterschiedlichen mechanischen und technischen Anwendungen verwendet werden. Dieser Artikel beschreibt verschiedene Arten dämpfender und elastischer Materialien, sowie deren Anwendung in der Mechanik und Konstruktion. Dieser Artikel beschäftigt sich mit verschiedenen Arten dämpfender Materialien, wie sie in der mechanischen Anwendung eingesetzt werden und welche spezifischen Eigenschaften sie besitzen.

Warum ist es sinnvoll Dämpfungsmaterialien in der Mechanik zu verwenden?

Dämpfungsmaterialien können in der Mechanik als Vibrationsdämpfer verwendet werden, um Schwingungen, Stöße und/oder Geräusche zu reduzieren, die von mechanischen Systemen wie Motoren, Getrieben und anderen Komponenten erzeugt werden. Durch die Reduzierung von Vibrationen und Lärmbelastungen, die von mechanischen Systemen ausgehen, werden die Leistung, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Systems insgesamt verbessert. Mit einer wirkungsvollen Dämpfung Ihres Systems optimieren Sie die Eigenschaften Ihrer Anwendung und senken das Risiko von Schäden oder Ausfällen. Da der Einsatz von Dämpfungsmaterialien die Materialbeanspruchung durch Vibrationen minimiert, steigern sie die Lebensdauer eines mechanischen Systems erheblich.

Arten dämpfender Materialien

Es gibt verschiedene Arten dämpfender Materialien, die in der Mechanik und Konstruktion effizient eingesetzt werden können. Dazu gehören Polyurethane, Elastomere und Schaumstoffe. Jedes Material hat seine eigenen spezifischen Eigenschaften, die für den jeweiligen Einsatzzweck und die dafür in Frage kommenden Lösungen betrachtet werden müssen. Die Wahl des dämpfenden Materials hängt von den spezifischen Anforderungen des Systems ab, wie zum Beispiel der Frequenz der Schwingung oder der Intensität der Erschütterung.

Polyurethankautschuk

Polyurethankautschuk verfügt über eine gute Fähigkeit zur Dämpfung von Vibrationen. Es weist eine hervorragende mechanische Festigkeit auf und ist in Kombination mit der hohen Abriebfestigkeit besonders beständig. Da Polyurethankautschuk ausgeprägte schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist, federt es Erschütterungen effektiv ab und absorbiert die dabei entstehende Energie. Es verfügt darüber hinaus über eine hervorragende Ölbeständigkeit und eignet sich in erster Linie für den Einsatz in trockener und chemikalienfreier Umgebung. Je nach Anwendungsbereich können besonders wärmebeständige, antistatische oder abriebfeste Formen des Polyurethankautschuks verwendet werden.

Eigenschaften von Polyurethan
Bezeichnung Einheit Polyurethankautschuk
Standard Vulkollan® Abriebfestes Keramik-Polyurethankautschuk Wärmebeständig Rückprallarm Sehr weich
Härte Shore A 95 90 70 50 30 92 68 90 70 95 90 70 50 90 70 15
Spezifisches Gewicht g/cm³ 1.13 1.13 1.20 1.20 1.20 1.26 1.20 1.13 1.13 1.20 1.15 1.13 1.03 1.02
Zugfestigkeit MPa 44 27 56 47 27 45.5 60 44.6 31.3 42 26 53 45 44.6 11.8 0.6
Dehnung % 380 470 720 520 600 690 650 530 650 360 440 680 490 530 250 445
Hitzebeständigkeit bis °C 70 80 (kurzzeitig 120) 70 70 120 70 80
Kältebeständigkeit bis °C -40 -20 -20 -20 -40 -20 -20 -20 -40
Hinweis: Die charakteristischen Werte für Zugfestigkeit und Dehnung werden gemäß der JIS-Norm K6251 gemessen.

Elastomere

Elastomere finden ihren Einsatz in einer großen Zahl von mechanischen Anwendungen. Häufig bei industriellen Anwendungen eingesetzte Elastomere sind:

  • Nitrilkautschuk (NBR)
  • Chloropren-Kautschuk (CR)
  • Ethylenkautschuk (EPDM)
  • Butylkautschuk (IIR)
  • Fluorkautschuk (FPM)
  • Silikonkautschuk (SI)
  • Hartgummi
  • Naturkautschuk (NR)

Elastomere sind sehr vielseitig und können in verschiedenen Ausführungen für unterschiedlichste Anwendungsfälle verwendet werden. Elastomere verfügt im Allgemeinen über eine ausgeprägte Dämpfungswirkung und können daher selbst starken Vibrationen und Erschütterungen standhalten. Je nach Art des eingesetzten Kautschuks verfügt das Material über besonders chemikalien- und temperaturbeständige Eigenschaften und kann in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein hohes Maß an Schockabsorption erforderlich ist.

Eigenschaften von Kautschuk
Bezeichnung Einheit Nitrilkautschuk (NBR) Chloropren-Kautschuk (CR) Ethylenkautschuk (EPDM) Butylkautschuk (IIR) Fluorkautschuk (FPM) Silikonkautschuk (SI) Hartgummi (Hanenaito®) Naturkautschuk (NR)
Standard Hochfeste Ausführung
Härte Shore A 70 50 65 65 65 80 60 70 50 50 57 32 45
Spezifisches Gewicht g/cm³ 1.60 1.30 1.60 1.20 1.50 1.80 1.90 1.20 1.20 1.30 1.20 0.90
Zugfestigkeit MPa 12.7 4.4 13.3 12.8 7.5 12.5 10.8 7.4 8.8 7.8 8.3 10.3 16.1
Dehnung % 370 400 460 490 380 330 270 300 330 400 810 840 730
Max. Betriebstemperatur °C 90 99 100 120 120 230 200 200 60 70
Temperatur bei Dauereinsatz °C 80 80 80 80 210 150 150 30 70
Kältebeständigkeit bis °C -10 -35 -40 -30 -10 -70 -50 10 0
Hinweis: Die charakteristischen Werte für Zugfestigkeit und Dehnung werden gemäß JIS-Norm K6251 gemessen.

Schaumstoffe

Schaumstoffe sind in der Lage, Vibrationen effektiv zu dämpfen, indem sie die Energie der Vibration über eine Vielzahl einzelner Poren absorbieren. Sie sind sehr flexibel und können auch auf unebenen oder gekrümmten Oberflächen angebracht werden. Sie verfügen über eine gute Elastizität und können aufgrund ihrer Porosität und ihres geringen Gewichts vielfältig zur Vibrationsminimierung und Schalldämpfung eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil von Schaumstoffen ist der breite Frequenzbereich, in dem er Vibrationen absorbieren kann.

Wozu werden Stoßdämpfer in der Mechanik eingesetzt?

Stoßdämpfer werden in der Mechanik verwendet, um die Bewegung eines Objekts oder Systems zu verringern oder zu dämpfen. Sie können auch Verzögerungen verhindern, die in mechanischen Systemen zu Vibrationen und Schwingungen führen können. Häufig werden Stoßdämpfer in mechanischen Systemen verwendet, um Erschütterungen zu absorbieren und die Geschwindigkeit von bewegten Objekten bei einer Richtungsänderung oder einem Aufprall zu dämpfen. Häufig zur Dämpfung hydraulische Systeme (z. B. Öl) verwendet, wodurch eine kompakte Bauweise und robuste Betriebseigenschaften erreicht werden können.

In diesem Datenblatt zeigt MISUMI ein Anwendungsbeispiel für “Stoßdämpfer in der Mechanik”.

Welchen Einfluss die Dämpfungscharakteristik auf Ihre Anwendung hat

Die Dämpfungscharakteristik ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl des richtigen Stoßdämpfers für eine Anwendung. Diese Charakteristik beschreibt das Verhalten des Dämpfers in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Auslenkung des bewegten Objekts.

Es gibt verschiedene Arten von Dämpfungscharakteristiken die durch Größe, Anzahl und Anordnung der Öffnungen zwischen Druckkammer und Druckspeicher im Inneren des Stoßdämpfers bestimmt werden.

Dämpfer, Klassifizierung entsprechend der Dämpfungscharakteristik

Dämpfer, Klassifizierung entsprechend der Dämpfungscharakteristik
Aufbau Ausführung vorgefertigte Kraft Beschreibung
Eine Öffnung S-Ausführung
Typ A
Typ B
L Type		 Typ A, B, L Aufbau mit einer Öffnung verfügt über dieselben Widerstandseigenschaften wie ein Aufbau mit Schlitzen mit Platz zwischen Kolben und Zylinder, ein Aufbau mit einem Rohr und Öffnung im Kolben oder wie ein Aufbau mit Doppelrohr und einzelner Öffnung.
Ein Kolben mit einer Öffnung läuft in einem ölgefüllten Zylinder. Die die Öffnungsfläche während des gesamten Hubs gleich ist, ist der Widerstand direkt nach einem Aufprall am größten und sinkt dann geleichmäßig während des weiteren Hubs.		 Graph
Mehrere unregelmäßige Öffnungen Mittlere Geschwindigkeit M-Ausführung Bei diesem Aufbau mit Doppelrohr läuft der Kolben im inneren Rohr. Dieses innere Rohr verfügt über mehrere Öffnungen in Hubrichtung und es kann nicht nur konstante Energie, sondern auch Energie verschiedener Quellen absorbiert werden. Ausgelegt für die Absorption kinetischer Energie während der ersten Hälfte des Hubs und Regelung der Geschwindigkeit während der zweiten Hälfte. Deshalb gut geeignet für die Absorption von Energie im Zusammenhang mit Luftzylindern. Graph
Mehrere Öffnungen Hohe Geschwindigkeit
H-Ausführung		 H-Ausführung Bei diesem Aufbau mit Doppelrohr läuft der Kolben im inneren Rohr. Dieses verfügt über meherer Öffnungen in Hubrichtung. Da die Öffnungen bei sinkender Hubgeschwindigkeit langsam kleiner werden, bleibt der Widerstand relativ konstant, auch wenn dieser leicht wellenförmig verläuft. Graph

Wie wähle Sie den richtigen Stoßdämpfer für Ihre Anwendung aus?

Bei der Auswahl des richtigen Stoßdämpfers für eine Anwendung sind neben der Dämpfungscharakteristik weitere Faktoren zu beachten, um eine optimale Dämpfungswirkung zu erreichen. Um den richtigen Stoßdämpfer für Ihre Anwendung zu bestimmen, müssen die folgenden Berechnungen und Prüfungen vorgenommen werden:

  • Berechnung der Trägheitsenergie
  • Berechnung des vorübergehenden Dämpferhubs
  • Berechnung der überschüssigen Energie
  • Berechnung der Gesamtenergie
  • Prüfen der Maximalen Äquivalenten Masse
  • Auswahl der Dämpfungscharakteristik
  • Prüfen der maximalen verbrauchten Energie pro Minute

Die Auswahl des Stoßdämpfers ist von der Art der Anwendung abhängig. Bei Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten sind beispielsweise Stoßdämpfer mit einer höheren Dämpfungskapazität erforderlich.

Auch die Temperatur- und Umgebungsbedingungen müssen berücksichtigt werden, um eine optimale Leistung zu erzielen. Eine sorgfältige Auswahl und Installation von Stoßdämpfern kann dazu beitragen, die Lebensdauer von mechanischen Systemen zu verlängern und Geräusche und Vibrationen zu minimieren.

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