Konstrukteuren stehen im Bereich der Schwingungsdämpfung ganz neue Systeme zur Verfügung. Zu verdanken ist dies der Innovationsfreude und Kompetenz der ACE Stoßdämpfer GmbH aus Langenfeld. Diese bietet der Industrie erstmals die Möglichkeit, von Beratung über Lieferung bis zum weiter reichenden Service alle Leistungen rund um die aktive Dämpfung aus einer Hand zu beziehen. Von diesen neuen Lösungen profitierte bereits ein großes deutsches Stahlunternehmen.
ACE: Vom Stoßdämpfer-Spezialisten zum Lösungspartner für alle Fälle
Seit 2008 ist mit ACE, dem Technologieführer für Klein- und Industrie-Stoßdämpfer, auch ein klassischer Anbieter passiver Dämpfungslösungen im Bereich der aktiven Dämpfung tätig. Man kooperiert dabei mit ERAS, einem Unternehmen aus der Universitätsstadt Göttingen, das neben Software zusätzliches Ingenieurwissen mitbringt. Durch erfolgreiche Beratungen zahlreicher Kunden aus der Industrie und pfiffige Problemlösungen vor Ort konnte sich ACE in den letzten vier Jahrzehnten immer mehr vom reinen Anbieter von Maschinenelementen zu einem echten Unternehmen für Dienstleistungen rund um die Dämpfungstechnologie und Schwingungsisolierung profilieren. Wie in anderen Branchen, z. B. der Computer-, Medizin- oder Telekommunikationstechnik üblich, bietet ACE dank des technischen Know-hows und der in vielen Jahren nachgewiesenen Kompetenz der Mitarbeiter zusätzlich zu den hochwertigen Produkten nunmehr Komplettpakete und miteinander vernetzte Lösungen. Damit steht jetzt auch dem Maschinen- und Anlagenbau ein kompetenter Partner für Gesamtlösungen zur Verfügung. Ein Umstand, auf den ACE Geschäftsführer Jürgen Roland seit einiger Zeit gezielt hinarbeitet: "ACE hat sich in den vergangenen Jahren neu aufgestellt und ist vom Stoßdämpfer-Spezialisten zum Anbieter von Dämpfungslösungen aller Art geworden. Um unsere Kompetenz im Bereich der Schwingungsbekämpfung noch zu erweitern, kooperieren wir mit ERAS. Vor kurzem ist es uns gemeinsam gelungen, einen sehr interessanten Fall bei einem bekannten deutschen Industrieunternehmen zu lösen. Dessen Namen können wir allerdings zu diesem Zeitpunkt der publizistischen Auswertung der folgenden Applikation noch nicht nennen."
Die Aufgabe: Metallschrottkonverter standfester machen
In einem seiner Stahlwerke betreibt das Unternehmen einen Konverter zur Aufbereitung von Metallschrott. Das bei diesem Prozess entstehende Rauchgas wird zur Primärfilterung durch zwei Filtereinheiten geleitet. In diesen so genannten Waben-Nasselektrofiltern kam es vor wenigen Monaten während des Betriebes aus unbekannten Gründen zu Schwingungen im inneren Aufbau. Diese führten bei hinreichend großer Amplitude zu Spannungsüberschlägen und folglich zu Kurzschlüssen. Das Ergebnis: Der komplette Konverter musste für 1,5 Tage stillgelegt werden. Pro Stunde konnten so 300 Tonnen Stahl nicht geschmolzen werden. Wertvolle Betriebszeit ging verloren. Damit das gleiche Problem nicht erneut zum Stillstand des Konverters führen kann, musste herausgefunden werden, wie man die Schwingungen am wirksamsten eliminiert. Da der Kurzschluss von der Prozess-Steuerung angezeigt und aufgezeichnet wurde, ließ sich auf Grundlage dieser Aufzeichnungen die Frequenz der Schwingungen näherungsweise auf den Bereich unter 1 Hz eingrenzen.
Um weiteren Ausfällen vorzubeugen, entschieden sich die Techniker des Betreibers zum Kontakt mit ACE. Dafür waren das Vertrauen in den Dämpfungsspezialisten und die guten Erfahrungen, welche das Stahlunternehmen bereits seit Jahren mit den Langenfeldern macht, ausschlaggebend. Man wusste dort, aktive Schwingungsbekämpfung umfasst keine Produkte von der Stange. Vielmehr setzte das oben genannte Problem eine höchst komplizierte, aufgabenspezifische Lösung voraus, die in enger Partnerschaft mit dem Kunden entwickelt wurde. Dank der jahrelangen effektiven Zusammenarbeit zwischen ACE und dem Stahlproduzenten verlief die Integration der ERAS Mitarbeiter reibungslos, als vor Ort zunächst analysiert und dann erfolgreich gedämpft wurde.
Die Analyse: Ortstermin bringt Klarheit
Im Stahlwerk verschaffte sich das Team zunächst Klarheit über den konstruktiven Aufbau der Filtermodule: Von drei Aufhängepunkten am oberen Deckel der Filtereinheit verlaufen drei Tragrohre senkrecht nach unten auf die Eckpunkte eines dreieckigen Tragrahmens, der von den Tragrohren gehalten wird. Unterhalb des Tragrahmens ist der obere Führungsrahmen befestigt. An dieser fachwerkartigen Struktur sind jeweils über kurze Ausleger in regelmäßiger Anordnung Stab- bzw. Seilelektroden befestigt. Die Elektroden hängen in einer Länge von ca. 6 m frei senkrecht herab und schließen am unteren Ende mit einem zylinderförmigen Beschwerungskörper ab. Analog des Musters der Elektrodenanordnung sind in gleicher Zahl Rohre mit Wabenquerschnitt um die Elektroden angeordnet. Eine Durchströmung des Filters erfolgt durch die Waben mit den darin positionierten Stab- bzw. Seilelektroden. Das zu filternde Rauchgas strömt mit Wasserdampf gesättigt von unten nach oben durch die Filter. Deren Wirkung entsteht, indem bei ca. 35 kV Betriebsspannung ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden und den rohrförmigen Waben aufgebaut wird. Unter Einwirkung dieses Feldes scheiden sich Partikel aus dem Rauchgas an der Innenwand der Waben ab.
Da das Auftreten der eingangs genannten Schwingungen in einer den Betrieb gefährdenden Form nur an einem der insgesamt vier Filtermodule und in einer der beiden Filtereinheiten beobachtet wurde, konzentrierte man sich auf diesen Teil der Gesamtkonstruktion. Denn ein Einblick in das Filterinnere hatte gezeigt, dass der untere Tragrahmen des betreffenden Filtermoduls mit deutlich sichtbarer Amplitude gleichmäßig in einer Richtung schwang. Die Schwingungsform ging offensichtlich mit einer Relativbewegung zwischen den Seil- und Stabelektroden einerseits und den Rohrwandungen der Waben andererseits einher. Sobald die Amplitude zu groß wurde, kam es wieder zu den oben beschriebenen Spannungsüberschlägen zwischen Elektroden und Waben.
Die Lösung: Aktive Dämpfung bringt Ruhe
ACE und ERAS erstellten darauf zunächst eine Nachbildung der schwingungstechnisch relevanten Gegebenheiten in einem Computermodell, basierend auf der so genannten Finite Elemente Methode, auch als FEM bekannt. Die dabei ermittelten Daten führten zu verschiedenen Bewertungen und Lösungsansätzen, allesamt erstellt auf Basis von Simulationsrechnungen. Um ganz sicher zu gehen, wollte man eine erweiterte Aufnahme der Gegebenheiten vor Ort während genauer Testmessungen an einem kompletten Arbeitstag durchführen.
Dabei wurden zuerst Messaufnehmer für die Schwingungsmessung am oberen Ende der Waben angebracht. Zum Einsatz kamen seismische Sensoren, welche die langsamen Frequenzen sehr genau erfassen können. Dieselbe Prozedur wurde danach am unteren Ende wiederholt. Die Messungen an sich waren von kurzer Dauer. Dazu wurde die Konstruktion zum einen von Hand angestoßen, wodurch die dominante Eigenfrequenz gemessen werden konnte. Zum anderen wurde in Form eines Hammerschlags ein Impuls auf die Konstruktion gegeben und ebenfalls gemessen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie alle anderen Frequenzen, insbesondere die hohen, sichtbar macht. Hauptziel war es, auf diese Weise die Beschleunigungskurven zu messen. Denn wenn diese zwei Mal integriert werden, erhält man die Amplituden und somit den zeitlichen Abfall der Schwingungen. Nach Abschluss aller Messungen lag das Ergebnis im Bereich von 0,2 Hz. Um diese Schwingungen komplett zu eliminieren, installierten ACE und ERAS Zusatzmassen an den unteren Führungsrahmen der Konstruktion. Es gelang dem Expertenteam auch durch gezielte Versteifungen, das System bislang in Ruhe zu halten.
Für den Fall, dass das geschilderte Problem trotz dieser Vorkehrungen nochmals auftreten sollte, stellte man Elektrodendämpfer als eine alternative Lösungsmöglichkeit vor. Da aber mittlerweile festgestellt wurde, dass ein fehlerhaftes Ausrichten des Elektrodenfeldes, das sich nachträglich korrigieren ließ, die Schwingungsursache war, wird man vermutlich im Stahlwerk auf die Elektrodendämpfer verzichten können. Denn auch die anderen drei oben beschriebenen Felder sind nach wie vor vollkommen intakt und bedürfen keinerlei Maßnahmen.
Das Stahlunternehmen zeigte sich mit Ergebnis sowie Einsatz der ACE und ERAS Mitarbeiter, deren technischen Möglichkeiten und auch den Vorstellungen aller Lösungen so zufrieden, dass das Team bereits zwei Folgeaufträge zur aktiven Schwingungsdämpfung im Bereich der im Konzern im Einsatz befindlichen Lastenkräne erhielt.
ACE: Vom Stoßdämpfer-Spezialisten zum Lösungspartner für alle Fälle
Seit 2008 ist mit ACE, dem Technologieführer für Klein- und Industrie-Stoßdämpfer, auch ein klassischer Anbieter passiver Dämpfungslösungen im Bereich der aktiven Dämpfung tätig. Man kooperiert dabei mit ERAS, einem Unternehmen aus der Universitätsstadt Göttingen, das neben Software zusätzliches Ingenieurwissen mitbringt. Durch erfolgreiche Beratungen zahlreicher Kunden aus der Industrie und pfiffige Problemlösungen vor Ort konnte sich ACE in den letzten vier Jahrzehnten immer mehr vom reinen Anbieter von Maschinenelementen zu einem echten Unternehmen für Dienstleistungen rund um die Dämpfungstechnologie und Schwingungsisolierung profilieren. Wie in anderen Branchen, z. B. der Computer-, Medizin- oder Telekommunikationstechnik üblich, bietet ACE dank des technischen Know-hows und der in vielen Jahren nachgewiesenen Kompetenz der Mitarbeiter zusätzlich zu den hochwertigen Produkten nunmehr Komplettpakete und miteinander vernetzte Lösungen. Damit steht jetzt auch dem Maschinen- und Anlagenbau ein kompetenter Partner für Gesamtlösungen zur Verfügung. Ein Umstand, auf den ACE Geschäftsführer Jürgen Roland seit einiger Zeit gezielt hinarbeitet: "ACE hat sich in den vergangenen Jahren neu aufgestellt und ist vom Stoßdämpfer-Spezialisten zum Anbieter von Dämpfungslösungen aller Art geworden. Um unsere Kompetenz im Bereich der Schwingungsbekämpfung noch zu erweitern, kooperieren wir mit ERAS. Vor kurzem ist es uns gemeinsam gelungen, einen sehr interessanten Fall bei einem bekannten deutschen Industrieunternehmen zu lösen. Dessen Namen können wir allerdings zu diesem Zeitpunkt der publizistischen Auswertung der folgenden Applikation noch nicht nennen."
Die Aufgabe: Metallschrottkonverter standfester machen
In einem seiner Stahlwerke betreibt das Unternehmen einen Konverter zur Aufbereitung von Metallschrott. Das bei diesem Prozess entstehende Rauchgas wird zur Primärfilterung durch zwei Filtereinheiten geleitet. In diesen so genannten Waben-Nasselektrofiltern kam es vor wenigen Monaten während des Betriebes aus unbekannten Gründen zu Schwingungen im inneren Aufbau. Diese führten bei hinreichend großer Amplitude zu Spannungsüberschlägen und folglich zu Kurzschlüssen. Das Ergebnis: Der komplette Konverter musste für 1,5 Tage stillgelegt werden. Pro Stunde konnten so 300 Tonnen Stahl nicht geschmolzen werden. Wertvolle Betriebszeit ging verloren. Damit das gleiche Problem nicht erneut zum Stillstand des Konverters führen kann, musste herausgefunden werden, wie man die Schwingungen am wirksamsten eliminiert. Da der Kurzschluss von der Prozess-Steuerung angezeigt und aufgezeichnet wurde, ließ sich auf Grundlage dieser Aufzeichnungen die Frequenz der Schwingungen näherungsweise auf den Bereich unter 1 Hz eingrenzen.
Um weiteren Ausfällen vorzubeugen, entschieden sich die Techniker des Betreibers zum Kontakt mit ACE. Dafür waren das Vertrauen in den Dämpfungsspezialisten und die guten Erfahrungen, welche das Stahlunternehmen bereits seit Jahren mit den Langenfeldern macht, ausschlaggebend. Man wusste dort, aktive Schwingungsbekämpfung umfasst keine Produkte von der Stange. Vielmehr setzte das oben genannte Problem eine höchst komplizierte, aufgabenspezifische Lösung voraus, die in enger Partnerschaft mit dem Kunden entwickelt wurde. Dank der jahrelangen effektiven Zusammenarbeit zwischen ACE und dem Stahlproduzenten verlief die Integration der ERAS Mitarbeiter reibungslos, als vor Ort zunächst analysiert und dann erfolgreich gedämpft wurde.
Die Analyse: Ortstermin bringt Klarheit
Im Stahlwerk verschaffte sich das Team zunächst Klarheit über den konstruktiven Aufbau der Filtermodule: Von drei Aufhängepunkten am oberen Deckel der Filtereinheit verlaufen drei Tragrohre senkrecht nach unten auf die Eckpunkte eines dreieckigen Tragrahmens, der von den Tragrohren gehalten wird. Unterhalb des Tragrahmens ist der obere Führungsrahmen befestigt. An dieser fachwerkartigen Struktur sind jeweils über kurze Ausleger in regelmäßiger Anordnung Stab- bzw. Seilelektroden befestigt. Die Elektroden hängen in einer Länge von ca. 6 m frei senkrecht herab und schließen am unteren Ende mit einem zylinderförmigen Beschwerungskörper ab. Analog des Musters der Elektrodenanordnung sind in gleicher Zahl Rohre mit Wabenquerschnitt um die Elektroden angeordnet. Eine Durchströmung des Filters erfolgt durch die Waben mit den darin positionierten Stab- bzw. Seilelektroden. Das zu filternde Rauchgas strömt mit Wasserdampf gesättigt von unten nach oben durch die Filter. Deren Wirkung entsteht, indem bei ca. 35 kV Betriebsspannung ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden und den rohrförmigen Waben aufgebaut wird. Unter Einwirkung dieses Feldes scheiden sich Partikel aus dem Rauchgas an der Innenwand der Waben ab.
Da das Auftreten der eingangs genannten Schwingungen in einer den Betrieb gefährdenden Form nur an einem der insgesamt vier Filtermodule und in einer der beiden Filtereinheiten beobachtet wurde, konzentrierte man sich auf diesen Teil der Gesamtkonstruktion. Denn ein Einblick in das Filterinnere hatte gezeigt, dass der untere Tragrahmen des betreffenden Filtermoduls mit deutlich sichtbarer Amplitude gleichmäßig in einer Richtung schwang. Die Schwingungsform ging offensichtlich mit einer Relativbewegung zwischen den Seil- und Stabelektroden einerseits und den Rohrwandungen der Waben andererseits einher. Sobald die Amplitude zu groß wurde, kam es wieder zu den oben beschriebenen Spannungsüberschlägen zwischen Elektroden und Waben.
Die Lösung: Aktive Dämpfung bringt Ruhe
ACE und ERAS erstellten darauf zunächst eine Nachbildung der schwingungstechnisch relevanten Gegebenheiten in einem Computermodell, basierend auf der so genannten Finite Elemente Methode, auch als FEM bekannt. Die dabei ermittelten Daten führten zu verschiedenen Bewertungen und Lösungsansätzen, allesamt erstellt auf Basis von Simulationsrechnungen. Um ganz sicher zu gehen, wollte man eine erweiterte Aufnahme der Gegebenheiten vor Ort während genauer Testmessungen an einem kompletten Arbeitstag durchführen.
Dabei wurden zuerst Messaufnehmer für die Schwingungsmessung am oberen Ende der Waben angebracht. Zum Einsatz kamen seismische Sensoren, welche die langsamen Frequenzen sehr genau erfassen können. Dieselbe Prozedur wurde danach am unteren Ende wiederholt. Die Messungen an sich waren von kurzer Dauer. Dazu wurde die Konstruktion zum einen von Hand angestoßen, wodurch die dominante Eigenfrequenz gemessen werden konnte. Zum anderen wurde in Form eines Hammerschlags ein Impuls auf die Konstruktion gegeben und ebenfalls gemessen. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie alle anderen Frequenzen, insbesondere die hohen, sichtbar macht. Hauptziel war es, auf diese Weise die Beschleunigungskurven zu messen. Denn wenn diese zwei Mal integriert werden, erhält man die Amplituden und somit den zeitlichen Abfall der Schwingungen. Nach Abschluss aller Messungen lag das Ergebnis im Bereich von 0,2 Hz. Um diese Schwingungen komplett zu eliminieren, installierten ACE und ERAS Zusatzmassen an den unteren Führungsrahmen der Konstruktion. Es gelang dem Expertenteam auch durch gezielte Versteifungen, das System bislang in Ruhe zu halten.
Für den Fall, dass das geschilderte Problem trotz dieser Vorkehrungen nochmals auftreten sollte, stellte man Elektrodendämpfer als eine alternative Lösungsmöglichkeit vor. Da aber mittlerweile festgestellt wurde, dass ein fehlerhaftes Ausrichten des Elektrodenfeldes, das sich nachträglich korrigieren ließ, die Schwingungsursache war, wird man vermutlich im Stahlwerk auf die Elektrodendämpfer verzichten können. Denn auch die anderen drei oben beschriebenen Felder sind nach wie vor vollkommen intakt und bedürfen keinerlei Maßnahmen.
Das Stahlunternehmen zeigte sich mit Ergebnis sowie Einsatz der ACE und ERAS Mitarbeiter, deren technischen Möglichkeiten und auch den Vorstellungen aller Lösungen so zufrieden, dass das Team bereits zwei Folgeaufträge zur aktiven Schwingungsdämpfung im Bereich der im Konzern im Einsatz befindlichen Lastenkräne erhielt.
