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Maschinenfundament Die Erfindung bezieht sich auf ein schwingungsfreies
Maschinenfundament insbesondere für Turboaggregate.
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Maschinenfundamente, insbesondere solche für Turboaggregate, sind
üblicherweise tischartig zusammengesetzt aus der Tischplatte als eigentlichem Maschinenträger
und den Stützen zur Weiterleitung der Tischplattenlasten in die im Baugrund eingebettete
Sohlplatte. In Sonderfällen können Federelemente oder andere stärker nachgiebige
Auflagerungen an die Stelle der Stützen treten oder mit diesen zusammenwirken und
die Sohlplatte kann unter Umständen entfallen. Die Tischplatte kann tatsächlich
plattenartig strukturiert oder auch trägerrostartig gegliedert sein. Die gebräuchliche
Bezeichnung "Tischplatte" ist nicht als unbedingt sinnfällig anzusehen, z.B. dann,
wenn es sich wegen der Auflagerung auf Federelementen ohne Stützen nicht um einen
Maschinentisch handelt, oder wenn der eigentliche Maschinenträger so weit aufgelöst
ist, daß er als Trägerrost und nicht als Platte anzusprechen ist. Dennoch wird die
Bezeichnung "Tischplattew der Einfachheit halber im folgenden beibehalten und gilt
für alle platten- oder trägerrostartig ausgebildeten Bauteile, auf denen unmittelbar
die Maschinenaggregate aufgelagert sind.
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Maschinenfundamente sollen zur erzielung eines ruhigen Maschinenlaufes
neben einer ausreichenden Festigkeit und
Steifigkeit in schwingungstechnischer
Hinsicht eine solche Abstimmung aufweisen, daß keine Eigenschwingungszahl des aus
Maschine und Fundament zusammengesetzten schwingungsfähigen Gesamtsystems mit einer
Betriebsdrehzahl der Maschine zusammenfällt.
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Diese Abstimmung kann auf rechnerischem Wege erfolgen, wobei Maschinenfundamente
aus Stahl den Vorteil bieten, daß dank der schlanken, stabartigen Querschnitte und
wegen des von der Stahl sorte nahezu unabhängigen Elastizitätsmoduls die rechnerisch
ermittelten Eigenfrequenzen sehr genau mit denen des wirklichen Bauwerkes übereinstimmen.
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Die Abstimmung kann auch am ausgeführten Bauwerk vorgenommen werden,
z.B. durch das Verändern der Steifigkeiten oder durch irgendein anderes der zahlreichen
bekanntgewordenen Verfahren, wie man sie insbesondere bei Plaschinenfundamenten
aus Stahlbeton häufig anwenden muss, weil dort Berechnung und Wirklichkeit meist
weniger gut übereinstimmen.
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Die einwandfreie Abstimmung eines schwingungsfähigen Systems bereitet
mitunter dadurch große Schwierigkeiten, daß bei der Verschiebung einer seiner Eigenfrequenzen
zwangsläufig auch andere Eigenfrequenzen geändert werden, so daß möglicherweise
durch das Verstimmen einer Resonanz eine andere hervorgerufen wird.
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Außerordentlich große Schwierigkeiten können insbesondere dann auftreten,
wenn die Maschinenanlage nicht nur mit einer einzigen Drehzahl läuft, sondern wenn
durch zwischengeschaltete
Übersetzungen mehrere Drehzahlen auftreten,
oder wenn die Maschinenanlage gar in einem größeren Regelbereich laufen und damit
ein kontinuierliches Frequenzband erzeugen kann.
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In solchen Fällen lässt sich oft nur durch den Einbau von Dämpfungen
Abhilfe schaffen.
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Hierfür sind z.B. Dämpferelemente bekanntgeworden, die neben den Unterstützungen
des Maschinenfundamentes angeordnet werden. Diese Anordnung hat aber den nachteil,
dass hierbei nur die unteren Eigenfrequenzen gedämpft werden, nicht hingegen die
hauptsächlich interessierenden höher , nämlich im Betriebsdrehzahlbereich liegenden.
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werner ist es bekanntgeworden, die Tischplatte von Stahlfundamenten
mit einer Aufbetonschicht zu versehen oder sie als Verbundkonstruktion auszubilden,
wobei durch die Reibung an den Grenzflächen zwischen Beton und Stahl eine gewisse
Dämpfung möglicherweise hervorgerufen wird. Ob indessen eine merkliche i)ämpfungswirkung
tatsächlich auftritt, ist außerordentlich uiigeiß, weil die zwischen den Beton-
und den Stahlteilen bestehende llaftverbindung in der Regel so starr ist, daß die
zur Erzeugung einer Grenzfläciien-Reibungsdämpfung erforderlichen makroskopischen
Relativverschiebungen zwischen Beton- und Stahlteilen gar nicht zustande kommen,
gleichültig ob besondere Verbundmittel zwischen Beton-und Stahlteilen angeordnet
sind oder nicht. Das gleiche gilt für die ebenfalls bekanntgewordene Unterteilung
der Konstruktionsglieder durch Schlitze, die bei Bedarf geschlossen werden könnten
oder für die Aufspaltung der Tischplatte in zwei nahezu gleichartige Schichten.
Derartige Mittel sind
zwar zum Verstimmen der Elastizitäten, nicht
aber für die Erzeugung wirksamer Dämpfung brauchbar, weil alle auf der Grenzflächenreibung
beruhenden Dämpfungen zur Voraussetzung haben, daß makroskopisclle Reibungswege
auftreten. Diese Voraussetzung ist aber bei den regelmäßig nur kleinen Schwingwegen
von Maschinenfundamenten praktisch nie erfüllt.
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Häufig wird auch die Oberseite der Tischplatte von Maschinenfundamenten
nii t einem Plattenbelag als Verschleißschutz versehen. dieser ist nahezu ohne einfluß
auf das Schwingungsverhalten des Systems, weil sowohl seine Masse als auch seine
Steifigkeit und seine Dämpfung in Vergleich zu den übrigen Systemteilen vernachlässigbar
klein sind.
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Schließlich ist es auch bekanntgeworden, Stahlfundamente in lfohlkastenbauweise
im Innern mit Oampfungsstoffen zu füllen.
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Grundsätzlich ist eine solche Dämpfung, die auf der inneren Dämpfungswirkung
des zur füllung verwendeten Werkstoffes beruht, einer teibungsdämpl'ung überlegen,
weil für das Eintreten der inneren Dämpfungswirkung Versciliebungswege von molekularer
Größenordnung ausreichen, die auch bei Maschinenfundamenten auftreten. Da eine vollständige
füllung der Hohlkastenqueschnitte aus technischen und Kostengründen meist nicht
möglich ist, wird aber im genannten Falle nur eine verhaltnismäßig schwache Dämpfung
erzielt, weil die Eigenbiegesteifigkeit der Dämpfungsstoffe in der Regel nicht ausreicht,
um wirksame dämpfende Kräfte in diesen zu wecken.
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Das gleicile gilt sinngemäß auch dann, wenn die Hohlkastenquerschnitte
vollständig gefiillt werden, weil die Stegbleche der Hohlkastenträger wegen ihrer
hohen Schubsteifigkeit die Schubkräfte zwischen den Gurtblechen praktisch allein
übertragen.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch, daß die Tischplatte
ohne Berücksichtigung eines etwaigen Plattenbelages aus wenigstens drei Schichten
aufgebaut ist, von denen die beiden äußeren eine große biegesteif'igkeit aufweisen,
während die mittlere aus einem Material mit hoher inner Dämpfung besteht.
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besonders geeignet für derartige Dämpfungsschichten sind Kunststoffe
aus viskoelastischen lqaterialien, z.B. amorphen Thermoplasten, die gegebenenfalls
auch gefüllt sein können. Hierfür können in Frage kommen: Kautschuk, Bitumen, Kunstharze
wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetet, Schaumstoffe wie Polyuretanschaum, Polystyrolscllaum.
Eine besonders gute Dämpfungswirkung wird weiterhin dadurch erzielt, dat3 die beiden
äußeren Schichten möglichst nur durch die zwischengeschaltete Dämpfungsschicht miteinander
verbunden sind. )ies wird dadurch erreicht, daß die Dämpfungsschicht z.B. aus den
oben angegebenen Werkstoffen eine hohe innere Festigkeit, insbesondere gegen Schubbeanspruchungen
und/oder eine große haftfestigkeit zu den beiden Außenschichten gegebenenfalls unter
Verwendung an sich bekannter Klebstoffe aufweist.
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Um eine hinreichende dämpfungswirkung zu erzielen, muß die Dämpfungsschicht
wenigstens ein Fünfzigstel so dick sein wie die dickere der beiden Außenschicltten,
wobei bei aufgelöster aufweise dieser Außenschicht, z.B. bei llohlkastenquerschnitten
als Dicke der Abstand zwischen deren Außenflächen zu rechnen ist. Die Tischplatte
eines erfindungsgemäßen Maschinenfundamentes wird zweckmäßigerweise so ausgebildet,
daß die untere Schicht für die Aufnahme der Maschinenlasten bemessen ist, die Dämpfungsschicht
etwa ein
Zehntel bis ein Zwanzigstel von deren Dicke hat, die obere
chic für eine ausreichende Verteilung örtlicher Lastspitzen infolge von Montagelasten
auf die Zwischen- und die Untersenicht bemessen ist und wenigstens die Dicke der
Zwischenschicht hat. Durch diesen Aufbau wird sichergestellt, daß die Dämpfungsschicht
hauptsächlich auf Schub beansprucht wird, was besonders hohe innere Dämpfungen ergibt.
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Die Abbildungen zeigen Beispiele von erfindungsgemäß ausgeführten
Maschinenfundamenten.
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Figur 1 zeigt den Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgeführtes
Stahliundament, Figur 2 den Langsschnitt durch ein entsprechendes Stahl- oder Spannbetonfundament.
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Jeder Fundamenttisch besteht hier aus'der Tischp:latte, den Stützen
i und der Sohlplatte 2. Die Tischplatte des Stahlfundamentes ist zuswiiiileigesetzt
aus dem in lIohlkastenbauweise konstruierten Stahlunterteil 3, der Dämpfungsschicht
4 und der Oberschicht 5. Die Tischplatte des Stahl- oder Spannbetonfundamentes besteht
aus dem Stahl- oder Spannbetonunterteil 6, der Dämpfungsschicht 4 und der Oberschicht
5.
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Die von dem Masciiinensatz 7 herrührenden Krafte werden an den iziaschinenfüßen
8 durch hochgezogene Auflagerböcke unmittelbar in den Unterteil der Tischplatte
eingeleitet. Im Bereich dieser Auflagerböcke ist die Dämpfungsschicht hochgeführt,
um einen unmittelbaren Kontakt zwischen Unterschicht und Oberschicht der Tischplatte
möglichst zu vermeiden.
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Aufgrund der Erfindung kann die Tragkonstruktion nunmehr wesentlich
schwächer gehalten werden, weil es nicht mehr erforderlich ist, bei der Bemessung
gegen schwingende
Krafte einen Sicherheitszuschlag für etwaige ungewollte
und zufällige Re sonanzlagen zu berücksichtigen. Unter Umständen kann man auf die
Ermittlung der Eigenfrequenzen des Schwingungssystems sogar völlig verzichten, weil
die Auswirkungen einer Resonanz durch die Dämpfung fast gänzlich unterdrückt werden.