1 Veranlassung und Bedeutung des Themas ........................ 1
1.1 Vorbetrachtung .......................................... 1
1.2 Intention ............................................... 1
1.3 Zielstellungen für den Einsatz geräuscharmer
Förderanlagen ........................................... 2
1.4 Inhalt der Arbeit ....................................... 2
1.5 Arbeitshypothesen zur Schallemission durch Tragrollen
an Gurtförderanlagen ..................................... 3
2 Stand der Technik und des Wissens ............................ 5
2.1 Einführung .............................................. 5
2.2 Aufbau von Gurtförderanlagen ............................ 6
2.3 Anlagenkonzeption und die Berücksichtigung der
Geräuschemissionen ...................................... 7
2.4 Motivation und Initiativen zur Errichtung eines
Prüfstandes ............................................. 7
2.5 Vorgaben und Lärmminderung an Förderanlagen ............. 8
2.5.1 Pflichten der Betreiber zur Geräuschminderung .... 8
2.5.2 Geräuschimmissionsprognose - Vorhersage des
Immissionspegels ................................. 9
2.5.3 Quellenmodell komplexer Anlagen zur
Lärmminderung ................................... 10
2.6 Wissensstand zur Lärmminderung an Gurtförderanlagen
mit Tragrollen ......................................... 12
2.6.1 Hersteller und Gutachter zur schalltechnischen
Bewertung ....................................... 12
2.6.2 Initiativen und Anforderungen der
Anlagenbetreiber ................................ 12
2.6.3 Geräuschemissionen von Gurtförderanlagen -
wissenschaftliche Arbeiten ...................... 12
2.6.4 Vergleich zum Rad-Schiene-Kontakt ............... 15
2.6.5 Wälzlagergeräusche, Unwuchten und
Oberflächenbeschaffenheit ....................... 15
2.6.6 Entwicklungstendenzen der Tragrollenhersteller .. 16
2.7 Lärmminderung an Förderanlagen - offene
Fragestellungen ........................................ 17
2.8 Ziele und Aufgaben ..................................... 17
3 Weiterentwicklung von Methoden zur Erfassung der
Geräuschemission an Gurtförderanlagen ....................... 19
3.1 Akustische Beschreibung von Schallquellen .............. 19
3.1.1 Schalldruck und Schalldruckpegel ................ 19
3.1.2 Frequenzbewertung des Schalldruckpegels ......... 19
3.1.3 Geräte zur Erfassung des
Schalldruckpegels an Förderanlagen .............. 21
3.1.4 Technische Parameter der Förderanlage bei
Messung des Schalldruckpegels ................... 22
3.1.5 Schallleistung und Schallleistungspegel ......... 22
3.1.6 Einfluss der Schallfeldstruktur auf die
Erfassung der Schallleistung .................... 23
3.1.7 Schallintensität zur Quellenanalyse ............. 24
3.1.8 Geräuschquellenanalyse mit bildgebenden
Verfahren ....................................... 25
3.2 Ermittlung der Schallleistung einer
Gurtförderanlage ....................................... 26
3.2.1 Methode über Schallintensitätsmessverfahren ..... 26
3.2.2 Berechnungsverfahren über
Schalldruckpegelmessungen ....................... 27
3.3 Annahmen und Einflüsse auf die Geräuschemission
an Gurtförderanlagen ................................... 30
3.3.1 Quellenmodell - Annahmen zu bestimmenden
Schallquellen ................................... 30
3.3.2 Ursachen und Einflussgrößen der
Geräuschemission von Tragrollen ................. 31
3.3.3 Ausrichtung von Gerüstfeldern - indirekter
Einfluss auf die Schallemission ................. 32
3.3.4 Mechanische Anforderungen an Tragrollen und
Schadensdiagnose an Wälzlagern .................. 33
4 Entwicklung und Aufbau eines Prüfstandes zur
Beschreibung der akustischen Eigenschaften von Tragrollen ... 39
4.1 Konstruktion eines akustischen Prüfstandes ............. 39
4.1.1 Voraussetzungen und Anforderungen ............... 39
4.1.2 Konstruktionsentwurf für einen
Tragrollenprüfstand ............................. 39
4.1.3 Umsetzung und Ausführung des
Tragrollenprüfstandes ........................... 40
4.2 Ermittlung der Schallleistung einer Tragrolle .......... 41
4.2.1 Anforderungen an die Raumakustik in der
Prüfumgebung .................................... 41
4.2.2 Schallmesstechnik und Berechnung der
Schallleistung am Prüfstand ..................... 43
4.2.3 Abweichungen bei Ermittlung der Schallleistung -
Fehlerabschätzung ............................... 45
4.2.4 Einflüsse auf das akustische Mess verfahren
am Prüf stand ................................... 45
4.3 Verfahren und Methoden zur Prüfung akustischer
Eigenschaften von Tragrollen ........................... 46
4.3.1 Einflussparameter bei Analyse der
Geräuschemission ................................ 46
4.3.2 Hochlaufversuche - Kontinuierliche Erhöhung der
Geschwindigkeit bis 10 m/s ...................... 47
4.3.3 Anschlagversuche, Abklingverhalten und
Dämpfungseigenschaften von Tragrollen ........... 49
4.3.4 Ergebnisse der akustischen Prüfverfahren ........ 53
5 Mathematische Modellierung zur Aufnahme geometrischer
Rundlaufeigenschaften von Tragrollen ........................ 55
5.1 Kreisform- und Rundlaufabweichungen .................... 55
5.1.1 Rundlaufmessung ................................. 56
5.1.2 Kreisformmessung ................................ 57
5.1.3 Messgeräte und Verfahren ........................ 57
5.2 Rundlaufmessungen - Verfahren zur Beschreibung der
Oberfläche ............................................. 58
5.2.1 Mathematische Beschreibung der
Rundlaufmessungen ............................... 58
5.2.2 Einfluss einer Formabweichung auf den Rundlauf .. 61
5.2.3 Einfluss der Exzentrizität auf den Rundlauf ..... 62
5.2.4 Modell einer Rundlaufmessung bei Formabweichung
und Exzentrizität ............................... 63
5.3 Berechnung der Formabweichung aus Rundlaufmessungen .... 63
5.3.1 Berechnung der Exzentrizität durch Bestimmung
des Flächenschwerpunktes ........................ 64
5.3.2 Methode über den Schwerpunkt von Punkten
gleicher Masse .................................. 66
5.3.3 Bestimmung der Exzentrizität mittels
Fourierkoeffizient .............................. 67
5.4 Erweitertes iteratives Verfahren mittels Goertzel-
Algorithmus ............................................ 70
5.4.1 Goertzel-Algorithmus ............................ 70
5.4.2 Iteratives Verfahren zur Berechnung von
Exzentrizitäten größer ein Prozent .............. 72
5.4.3 Prüfung der Berechnung großer Exzentrizitäten
mit einem Modell ................................ 74
5.5 Anwendung der Fourieranalyse bei Berechnung der
Exzentrizität .......................................... 75
5.5.1 Verwendung des Fourierkoeffizienten für kleine
Exzentrizitäten ................................. 77
5.5.2 Prüfimg der Fehler anhand der Modellierung von
Rundlaufmessungen ............................... 81
5.5.3 Prüfung der Fehler des iterativen Verfahrens
für große Exzentrizitäten ....................... 82
5.5.4 Modelltests und Grenzen des Verfahrens .......... 83
5.6 Signalanalyse und Formabweichungen bei
Rundlaufmessungen ...................................... 84
5.6.1 Anzahl der Abtastungen pro Umlauf ............... 85
5.6.2 Autokorrelation des Signals ..................... 85
5.6.3 Kreuzkorrelation der Signalabschnitte ........... 87
5.6.4 Mittelung der Messdaten aus mehreren
Umdrehungen ..................................... 88
5.6.5 Driftkorrektur der Messwerte .................... 89
5.7 Abweichungen der Kreisform und Exzentrizität -
Fehlerabsehätzung ...................................... 90
5.8 Konstruktive Lösung zur Abtastung des
Tragrollenmantels ...................................... 91
5.9 Anwendung der Kreisformabweichung und der
Exzentrizität bei Tragrollen ........................... 92
5.9.1 Ideale Kreisform mit abweichender Lage der
Drehachse ....................................... 93
5.9.2 Kreisformabweichung bei ideal mittiger
Drehachse ....................................... 94
5.9.3 Kreisformabweichung bei außermittiger Achse ..... 95
5.10 Praxisbeispiele zur Bewertung der Formabweichungen ..... 97
5.10.1 Tragrollen aus gewalzten und geschweißten
Mantelrohren .................................... 97
5.10.2 Tragrollen mit umgeformten Mantelenden .......... 98
5.10.3 Tragrollen mit überdrehtem Mantelrohr .......... 100
5.10.4 Akustisches Verhalten beim Prüflauf ............ 102
6 Technikums- und Feldversuche zur Validierung des
mathematischen Modells und der akustischen Wirkung ......... 103
6.1 Überdrehen einer Stahlmanteltragrolle ................. 103
6.1.1 Prüfstands versuch mit einer schrittweise
überdrehten Tragrolle .......................... 103
6.1.2 Analyse der überdrehten Stahlmantelrolle
eines Herstellers .............................. 105
6.2 Vergleich unterschiedlicher Herstellungsverfahren
von Tragrollen ........................................ 106
6.3 Akustische Wirkungen von Oberflächenabweichungen ...... 108
6.3.1 Definierte mechanische Anregungen von
Tragrollen ..................................... 108
6.3.2 Abhängigkeit der Schallleistung von der
Kreisformabweichung der Tragrolle .............. 111
6.3.3 Vergleich überdreht/gedämpft mit einer
Tragrolle aus gewalztem Stahlrohr .............. 111
6.3.4 Vergleich von Tragrollen mit bildgebenden
akustischen Verfahren .......................... 112
6.4 Entlastungsversuch für Tragrollen auf dem
Prüfstand ............................................. 114
6.5 Einfluss der Unwucht auf das Ablaufverhalten der
Tragrollen ............................................ 116
6.6 Feldversuche an Gurtförderanlagen ..................... 119
6.6.1 Geräuschemission von Gerüstfeldern ............. 119
6.6.2 Geschwindigkeitsabhängigkeit der
Geräuschemission von Tragrollen ................ 121
6.6.3 Einfluss der Konservierung von Tragrollen auf
die Schallemission ............................. 122
6.7 Auswirkungen der Herstellungsverfahren von
Tragrollen auf die akustische Wirkung in der
Förderanlage .......................................... 123
6.8 Einfluss des Fördergurtes auf die Geräuschemission .... 126
6.9 Einsatz von Tragrollen mit geringen
Kreisformabweichungen und Exzentrizitäten in einer
Förderanlage .......................................... 130
7 Schlussfolgerungen zur Geräuschminderung an Förderanlagen .. 135
7.1 Planung und Instandhaltung geräuscharmer
Gurtforderanlagen ..................................... 135
7.2 Mechanische Anforderungen an geräuscharme
Tragrollen ............................................ 137
7.3 Konstruktive Änderungen am mechanischen Aufbau von
Tragrollen ............................................ 139
Zusammenfassung ............................................... 141
Ergebnisse zur Geräuschemission von Tragrollen an
Gurtförderanlagen .......................................... 141
Vorhersage der Geräuschemission aus Prüfstandsmessungen .... 141
Minderung der mechanischen Anregungen und der akustischen
Wirkung .................................................... 142
Ausblick und Handlungsbedarf ............................... 143
Anlagen ....................................................... 145
A Anwendung der Schalldruckpegelmessungen für
Gurtförderanlagen .......................................... 145
B Schalldruckpegelverlauf Stahlmanteltragrolle ............... 146
С Rekonstruktion der Kreisform und der Exzentrizität ......... 147
С.1 Vergleich der Berechnungen bei hohen Exzentrizitäten ... 147
C.2 Exzentrizität bei Drehung einer Korkscheibe ............ 148
D Auswirkungen der Exzentrizitäten ........................... 150
D.l Einfluss auf Rundlaufmessungen ......................... 150
D.2 Abweichungen bei Verwendung des Fourierkoeffizienten ... 151
D.3 Formabweichungen bei iterativ angewandtem Goertzel-
Algorithmus ............................................ 152
D.4 Modelltests zur Prüfung der Stabilität ................. 153
E Signalanalyse und Abweichungen bei Rundlaufmessungen ....... 154
F Kreisformabweichungen von Tragrollen ....................... 156
F.1 Rollen aus gewalztem Stahlrohr einer Charge ............ 156
F.2 Formabweichungen einer Rolle mit warmumgeformten
Enden .................................................. 157
G Schallleistung in Abhängigkeit von der Kreisform der
Tragrollen ................................................. 158
H Feldtest verschiedener Tragrollen mit der akustischen
Kamera ..................................................... 159
I Wirkungen der Schalldruckpegel im Umfeld ................... 160
I.1 Überlauf eines Gurtstoßes am Segment .................. 160
I.2 Umfeld einer Gurtförderanlage ......................... 161
I.3 Längenbezogene Schallleistungen der Förderanlage
vor und nach der Umrüstung ............................ 162
J Rundlaufprotokoll zur Kreisform und Exzentrizität
(Handmessung) .............................................. 163
К Berechnungsprotokoll Rundlaufmessdaten mit Laserabtastung .. 164
К.1 Erfassung der Messdaten von zwei Tragrollen mit drei
Messstellen ............................................ 164
K.2 Messdaten und deren Berechnungsergebnisse .............. 165
K.3 Polardarstellungen der Kreisform an drei Messpunkten ... 166
Verzeichnis verwendeter Abkürzungen ........................... 167
Verzeichnis verwendeter Formelzeichen und Symbole ............. 169
Literatur und Quellenverzeichnis .............................. 173
Abbildungsverzeichnis ......................................... 181
Tabellenverzeichnis ........................................... 187
Stichwortregister ............................................. 189
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