VDI 3720 Blatt 5-1984 Noise abatement by design hydraulic components and systems.pdf

1、DK 62.002.2 : 534.832-7 : 534.833658.512.2 : 621.64/.69 :628.517.2 (083.132 VDI-RICHTLINIEN Mrz 1984VEREINDEUTSCHERINGENIEURELrmarm KonstruierenHydrokomponenten und -systemeVDI 3720Blatt 5Noise abatement by designHydraulic components and systemsInhalt SeiteVorbemerkung 21 Einfhrung 22 Schallquellen

2、22.1 Hydropumpen 32.2 Hydromotoren 52.3 Hydrostatische Getriebe 52.4 Strom- und Druckventile 62.5 Wegeventile 82.6 Elektromotoren 82.7 Rohr- und Schlauchleitungen 93 Schallbertragung 93.1 Flssigkeitsschallbertragung 103.2 Krperschallbertragung 104 Schallabstrahlung 105 Lrmminderung an und mit akusti

3、sch aktivenBauteilen 115.1 Hydropumpen 11Seite5.2 Hydromotoren 135.3 Hydrostatische Getriebe 135.4 Strom- und Druckventile 145.5 Wegeventile 145.6 Elektromotoren 155.7 Rohr- und Schlauchleitungen 156 Dmmen und Dmpfen der Schallbertragung. . . 156.1 Mindern der Flssigkeitsschallbertragung 156.2 Minde

4、rn der Krperschallbertragung 176.3 Gleichzeitiges Entkoppeln von Flssigkeit sund Krperschall 187 Mindern der Schallabstrahlung 188 Lrmminderung an Hydrosystemen 208.1 Hinweise zur Lrmminderung fr das Zusammenstellen von Hydrosystemen 208.2 Ausgefhrte Beispiele zur Lrmminderungan Hydrosystemen 21Schr

5、ifttum 22Hinweis: In der Richtlinienreihe VDI 3720 wurden bisher verffentlicht:Bl. 1 Lrmarm Konstruieren Allgemeine GrundlagenBI.2 Lrmarm Konstruieren BeispielsammlungBI.3 Lrmarm Konstruieren Systematisches VorgehenBI.4 Lrmarm Konstruieren Rotierende Bauteile und deren LagerungDas vorliegende Blatt

6、5 ergnzt die vorgenannten Bltter; eine gemeinsameAnwendung wird empfohlen.Weitere Folgebltter sind in Vorbereitung.VDI-Kommission LrmminderungVDI-Gesellschaft Konstruktion und EntwicklungGenneinschaftsau sschu Lrnnarm KonstruierenHydrokomponenten und -systenneVDI-Handbuch LrmminderungVDI -Handbuch K

7、onstruktion03.92 Preisgr. 12Vertr.-Nr. 0912Inhaltlich berprftweiterhin gltigund unverndert2010OktoberB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 2 - VDI 3720 Blatt 5VorbemerkungAn Maschinen mit hydrostatis

8、chen Antrieben und Steuerungen ist die Hydraulik eine wesentliche Geruschquelle.Die von der Hydraulik verursachten Gerusche knnenwegen ihrer tonalen Anteile unangenehm und lstig sein.Da aber nicht auf die zahlreichen Vorteile der lhydrau-lischen Antriebe verzichtet werden kann wie vorzgliche Eignung

9、 zur Automatisierung, hohe Energie- undKraftdichte, groer Stellbereich, gute Anpassungsfhigkeit an die Antriebs- bzw. Steuerungsaufgabe u.a. istes notwendig, Lrmminderungsmanahmen an Hydrokom-ponenten und -systemen durchzufhren.Um den Konstrukteuren gezielte Hinweise zur Lrmminderung an Hydraulikanl

10、agen zu geben, hat der Gemeinschaftsausschu ,Lrmarm Konstruieren Hydrokom-ponenten und -syst.eme“ (Obmann: Dr.-Ing. G.Schmid,Nrtingen) der VDI-Kommission Lrmminderung undder VDI-Gesellschaft Konstruktion und Entwicklungdiese Richtlinie erarbeitet. Im Rahmen der Richtlinienreihe VDI 3720 ergnzt das v

11、orliegende Blatt 5 hnhchwie auch das Blatt 4 - die allgemeingltigen Empfehlungen der Bltter 1 bis 3 fr einen speziellen Teilbereichdes Maschinenbaues.1 Einfhrunglhydraulische Antriebe arbeiten nach dem hydrostatischen Prinzip, d.h. die Umwandlung und bertragungvon Energie erfolgt mittels des statisc

12、hen Flssigkeitsdruckes. Sie bestehen im Prinzip wie Bild 1 zeigt aus Energie Wandlern (hydrostatisch), den Steuerungsund Regelelementen und Energieverbrauchern, die durchLeitungen ber das Druckmittel l als Energietrger miteinander verbunden sind. Im Bereich der Fertigungstechnik wird in den meisten

13、Fllen der energieumwandelndeund -steuernde Teil (Hydroaggregat) von der Maschinegetrennt und mit den an der Maschine befindlichenEnergieverbrauchern und Steuerungseinrichtungen durchRohrleitungen oder Schluche verbunden. Das Hydroaggregat besteht im wesentlichen aus dem lbehlter undden auf diesem mo

14、ntierten Kraft-, Steuer- und Regelelementen, wie Elektromotor mit Hydropumpe, Druck-,Wege- und Stromventilen.Die Lrmminderung an lhydraulischen Anlagen istrelativ schwierig, weil hier zahlreiche Komponenten zusammenwirken und zustzhch zwischen Hydraulik undMaschine hydromechanische Kopplungen ber Le

15、itungen oder Hydroelemente bestehen.HydroaggregatEnergie- Steuer- u. Energieerzeuger Regelelemente VerbraucherBild 1. Schematische Darstellung eines hydrostatischen Antriebs 1 Die von den Hydrokomponenten verursachten Geruscheentstehen, indem Krper- und Flssigkeitsschall angeregt, fortgeleitet und a

16、n Bauteil-Oberflchen als Luftschall abgestrahlt werden. Lrmminderungsmanahmenmssen daher an der Erregerstelle (Schallentstehung),an den Stellen der Energieweiterleitung (Schallbertragung) und an den wesentlichen schwingungsfhigenBauteil-Oberflchen (SchallabStrahlung) vorgenommenwerden, d. h.:Mindern

17、 der Schallentstehung durch konstruktive nderungen an akustisch aktiven Bauteilen (z.B. Hydro-pumpen, Hydroventile, E-Motoren).Mindern der Schallbertragung durch Dmmen undDmpfen von Krper- und Flssigkeitsschall (z.B. inRohrleitungen und an sontigen Koppelstellen).Mindern der Schallab Strahlung durch

18、 konstruktiveManahmen an den Hauptabstrahlflchen (z.B. Montagewnde, Montageblcke).Fr die Analyse der Geruscherreger bedeutet dies in derPraxis, da sowohl die Geruschemission von Einzelelementen ais auch von ganzen Aggregaten zu messen ist. Dieunterschiedlichen Abmessungen dieser Schallquellenmachen

19、es erforderlich, die Geruschemission derElemente und Anlagen als Schalleistungspegel anzugeben.Fr die Auswahl der Mepunkte und Durchfhrung derMessungen sind DIN 45635 Teil 1 2 bzw. Teil 26 3oder sonstige in Frage kommenden Folgebltter zugrundezu legen. Zur Bestimmung von Mittelungspegeln istDIN 4564

20、1 4 heranzuziehen.2 SchallquellenPrinzipiell gibt es zwei Arten der Geruschentstehung anhydraulischen Antrieben und Steuerungen:direkte Entstehung von Luftschall (aeropulsive undaerodynamische Gerusche),indirekte Entstehung von Luftschall (Luftschallabstrahlung von Bauteil-Oberflchen durch Krperscha

21、ll-und/ oder Flssigkeitsschallanregung).Direkter Luftschall entsteht hauptschlich an Lftern (z.B.bei Elektromotoren, Khlaggregaten) 5. Die Geruschesind auf Verdrngungsvorgnge durch rotierende Maschinenteile zurckzufhren, wodurch ein Druckfeld aufgebaut wird, das sich als Luftschall bemerkbar macht.D

22、er Hauptanteil des Gerusches bei einem Hydroaggregatentsteht auf indirektem Weg. Indirekt erzeugter Luftschallliegt immer dann vor, wenn in der Maschine Schwingungenan Bauteilen entstehen, die auf Grund von Kopplung oderLeitung als Krper- und/oder Flssigkeitsschall an Maschinenoberflchen zur Abstrah

23、lung von Luftschall fhren.Hierbei tragen die nachfolgend aufgefhrten Mechanismenwesentlich zur Ausbildung von Krper- und Flssigkeitsschall bei:Flssigkeitsschall durch FrderstrompulsationBei lhydrauhschen Anlagen finden Verdrngerpumpen Verwendung, die einen mehr oder weniger periodisch schwankenden F

24、rderstrom erzeugen. DieseFrderstrompulsation verursacht Druckwechelvor-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3720 Blatt 5 - 3 -gnge (Druckpulsationen), die sich als Flssigkeitsschallin den Leitunge

25、n fortpflanzen, wobei die Grundfrequenzdieser Druckschwankungen der Zahl der Frdervorgngeje Zeiteinheit entspricht.Krperschall durch funktionsbedingten DruckwechselDie z.B. durch das Arbeitsprinzip von Hydropumpenbedingten Druckwechselvorgnge verursachen auf diePumpengehuse einwirkende Wechselkrfte,

26、 wodurchKrperschall hervorgerufen wird.StrmungsgeruscheUmstrmt eine Flssigkeit einen Widerstand oder tretenin einer Rohrleitung Querschnittssprnge auf, dannbilden sich in der Regel Turbulenzen aus, die Ursachevon Geruschen sein knnen. Tritt in einer Strmungeine hohe Strmungsgeschwindigkeit und/oder

27、starkerDruckabfall auf, so kann zustzlich Kavitation entstehen, was zwangslufig eine verstrkte Geruschentwicklung zur Folge hat.Schaltgerusche (Sto- bzw. Schlagerregung)Diese Gerusche treten speziell bei Ventilen auf, dieUmschalt- bzw. Absperraufgaben erfllen. Dies istmeistens mit einem Schaltsto ve

28、rbunden, der sowohlmechanische .als auch hydraulische Erregung zur Folgehaben kann.Mechanische GeruscheDurch die Relativbewegung zwischen Maschinenteilenwerden krperschallerzeugende Wechselkrfte hervorgerufen, die Gerusche anregen. Dies tritt z.B. beiWlzlagern und Zahnrdern auf.Elektrodynannische Ge

29、ruscheMagnetische Gerusche werden durch elektrodynamischeKrfte erzeugt, die Motoren, Schtze und Transformatoren zu Schwingungen anregen 6.In Bil d 2 ist zusammenfassend dargestellt, welche Art desSchalls bei den einzelnen Elementen eines Hydroaggregatshauptschlich angeregt wird, in welcher Weise die

30、 angeregten Schwingungen weitergeleitet werden und wie sichdie Einzelelemente gegenseitig beeinflussen knnen.Aber auch die am Hydroaggregat angeschlossenen Verbraucher, wie Hydromotoren und Hydrozylinder, sindhinsichtUch der von ihnen mglicherweise ausgehendenEinflsse zu bercksichtigen.2.1 Hydropump

31、enEine der Hauptgeruschquellen in Hydrosystemen ist dieHydropumpe. Bei Hydropumpen handelt es sich um Verdrngerpumpen, denn nur mit diesem Prinzip lassen sichhohe Drcke erzeugen. Die wesentlichen Bauarten, derenFunktionsprinzip hnlich ist, sind in Bild 3 dargestellt.Die Pumpen haben eine begrenzte A

32、nzahl von Frderkammern, die im stndigen Umlauf an der Saugseite mit lgefllt und abgeschlossen werden. An der Druckseite werden die Kammern geffnet und das l durch Verdrngerelemente ausgeschoben.Bild 3. Wesentliche Bauarten von Verdrngerpumpen 7riTTiTTTinminrI II I Zur Luftschallabstrahlung angeregte

33、 FlchenLZLuftschallKrperschall j ? IU FlssigkeitsschallLuftschallBild 2. Schennatische Darstellung der Zusammenhnge zwischen Schallentstehung, -bertragung und-abStrahlung bei einem Hydroaggregat (gegenber 7 ergnzt)B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2D

34、EF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI 3720 Blatt 52.1.1 GeruschursachenSchwingungen der Gehuseoberflche, die von Wechselkrften verursacht werden, fhren zu Luftschall. Dabeisind grundstzlich zwei Arten von Wechselkrften zuunterscheiden, die jeweils andere Geruschminderungsmanah

35、men erfordern:Deformationskrfte undvon auen“ einwirkende Krfte (freie Wechselkrfte).Deformationskrfte werden z.B. durch den Druckaufbauvon der Saug- zur Druckseite erzeugt und knnen in vielenFllen als hauptschliche Geruschursache betrachtet werden. Dabei wird angenommen, da das Gehuse von densich er

36、gebenden Wechselkrften deformiert wird 8; 9,Bild 4b.Die Pumpengehuse knnen im tiefen und mittleren Frequenzbereich hufig als Ganzes wie massive Krper schwingen 10, Bild 4a. Die Deformation des Gehuses spieltdabei eine untergeordnete Rolle. Damit ein Gehuse alsGanzes schwingt, ist eine von auen“ wirk

37、ende Wechselkraft erforderlich. Sie wird z.B. von Schwankungen desFrderstromes und des Drehmomentes hervorgerufen 11.-i._9/y/M?/yBild 4. Unterschiedliches Schwingungsverhalten bei Hydro-pumpen 10:a) als Ganzes schwingendb) DeformationsschwingungenGerusche knnen hydraulische oder mechanische Ursachen

38、 haben. Folgende Faktoren bestimmen das Pumpengerusch 12:Mechanische EinflsseBei den mechanischen Ursachen sind vor allem zunennen: Wlzlager, unausgeglichene Massen (Unwuch-ten), Fertigungsfehler (Teilungsfehler bei Zahnrdern)sowie gefederte Massen bei eingebauten Druckventilenoder Regelmechanismen.

39、Ansaug VorgangDie Frderkammern sollen auf der Saugseite mglichstkontinuierlich und vor allem vollstndig gefllt werden.Die immer im l vorhandene gelste Luft kann Kavitation verursachen. Bei pltzlichem Druckabfall, beiUmlenkungen des Stromes an scharfen Kanten undbei Verwirbelungen kann gelste Luft au

40、sscheidenund Blasen bilden. Kommen diese Blasen in Gebietehohen Druckes, so werden sie komprimiert und brechen zusammen, wobei das Gas wieder in Lsunggeht. Dieser Vorgang ist mit einem starken Geruschund mechanischen Beschdigungen der Pumpenteileverbunden. Diese Effekte knnen ebenfalls auftreten,wen

41、n ungelste Luft mit dem l angesaugt wird.DruckaufbauBei der funktionsbedingten Verbindung der Frderkammern mit der Druck- bzw. Saugseite kommt es zueiner relativ steen Drucknderung. Diese pltzlicheDrucknderung bewirkt eine Druckschwingung, dieeine starke Geruschemission zur Folge haben Icann.Werden

42、die Kammern vor Beendigung des Frdervorgangs abgeschlossen, so entstehen Druckspitzeninfolge Quetschl, die ebenfalls eine erhhte Geruschemission verursachen.FrderstrompulsationDie spezifische Bewegungsgeometrie und die Verlustanpassung der Pumpe und deren Verdrngerelementesind die Ursache fr die ung

43、leichfrmige nderung desFrderstromes. Bei der vielfachen berlagerung dereinzelnen Verdrngungsvorgnge ergibt sich ein periodisch schwankender Gesamtfrderstrom, der im Druckraum der Pumpe und in der Rohrleitung eine Druckpulsation erzeugt.2.1.2 GeruschemissionZur Untersuchung des Geruschverhaltens von

44、Hydro-pumpen unterschiedlicher Bauart und Baugre kann einwie in Bild 5 skizzierter Pumpenprfstand benutzt werden (siehe auch DIN 45635 Te 26 3).SchaltschemaBild 5. Beispiel fr die Einrichtungen und Anordnungen in einemreflexionsarmen Schallmeraum zur Ermittlung der Luftschallemission von Hydropumpen

45、 7Zum Einflu der verschiedenen Parameter auf die Geruschemission wird hier auf die einschlgige Fachliteratur bzw.auf Angaben von Herstellern verwiesen 1; 7; 13 bis 21.Einige Beispiele dazu zeigt Bild 6. Hier sind die Schallleistungspegel einiger Konstantpumpen unterschiedlicherBauart, jedoch mit hnH

46、chem Frdervolumen, bei einerDrehzahl von n- 1500 min in Abhngigkeit vomSystemdruck dargestellt.Die untersuchten Pumpen zeigen ein qualitativ hnlichesGeruschverhalten. Ihre Geruschemission erhht sichmit zunehmendem Systemdruck und steigender Drehzahl.Die Absolutwerte jedoch weichen je nach Bauart bis

47、 zu12 dB(A) voneinander ab. Ist die FrderstrompulsationB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11VDI 3720 Blatt 5 - 5 -= 35 mm/s 7JKurve 1 : direktgesteuertes SitzventilKurve 2: vorgesteuertes SitzventilKu

48、rve 3: direktgesteuertes SchieberventilKurve 4: vorgesteuertes SchieberventilStelle, Bauformen der Ventile, Gehusewerkstoff u.a.Ausfhrlichere Darstellungen knnen aus der einschlgigen Fachliteratur entnommen werden 25 ; 26; 27.Anmerkung: In Ausnahmefllen knnen Resonanzschwingungenbeweglicher Ventilteile zu erheblicher Geruschemission (Schnarren!)fhren. Dieser Effekt kann bei aUen Ventilarten auftreten.2.5 WegeventileAn den Drosselstellen in Wegeventilen sind die gleichen