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ISOMAG - Programmgestützte Schwingungsisolierung von Maschinen und Geräten

Um Gefährdungen von Beschäftigten durch Vibrationen zu vermeiden und Belastungen zu minimieren, erweist sich neben einer vibrationsarmen Konstruktion auch die Schwingungsisolierung von Maschinen als wirksame Maßnahme.

ISOMAG ist ein einfach bedienbares Programm für die Berechnung und Auslegung einer schwingungsisolierten Aufstellung auf Basis eines Starrkörpermodells. Es gestattet auch die Berechnung der doppelten Schwingungsisolierung und kann elastische Aufstellorte näherungsweise berücksichtigen. Die Bedienung erfolgt grafisch interaktiv und wird durch implementierte Assistenten unterstützt. ISOMAG 2.0 ist eine um die unten genannten Features erweiterte Fassung des Programms ISOMAG 1.2.

Die Version ISOMAG 2.0 des im Auftrag der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin von der Firma ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH entwickelten Programms ISOMAG zur PC-gestützten Auslegung der Schwingungsisolierung enthält als wesentlichste Änderungen und Erweiterungen zu ISOMAG 1.2:

  • vereinfachte Bedienung
  • erweiterter Elementumfang (Prismen mit frei definierbarer Grundfläche)
  • Umstellung der Lauffähigkeit auf zeitgemäße Windows Versionen (XP, Vista, Windows 7 und 8)
  • Umstellung der Isolatorendatenbank auf das SQL Format CAD-Import: Low-Level CAD Modelle (STL-Format) aus CAD-Systemen können importiert werden; automatische Trägheitsberechnung
  • Editierbarkeit der Isolatoren in übersichtlicher Tabellenform
  • einstellbare Defaultwerte für neue Isolatoren
  • erweiterte Animationsfunktion (Export der Animation als Video; veränderbare Animationsgeschwindigkeit)
  • Ergebnisfenster und ihre Einstellungen werden zusammen mit dem Modell gespeichert
  • Undo/Redo-Funktion: Unbeabsichtigte Änderungen können zurückgenommen werden
  • Korrektur von bekannten Fehlern der Version 1.2

Die Software "ISOMAG 2.0 - Ergänzungen und Änderungen" besteht aus einer Installationsdatei, welche sowohl das Programm ISOMAG als auch das umfassende Handbuch in deutscher Sprache auf dem Anwender-PC installiert. Das Handbuch beinhaltet sowohl die Änderungen gegenüber den Versionen 1.1 und 1.2 als auch die allgemeine Programmbeschreibung.

Das Programm ist eine 32-Bit-Anwendung und unter den Betriebssystemen MS Windows XP, Vista, 7 und 8 lauffähig. Das Programm in der Version 2.0 greift für die Berechnung und Auslegung der Schwingungsisolierung auf eine SQL-Datenbank mit Angaben über Schwingungsisolatoren zurück. Diese Datenbank (DB) ist Bestandteil der Installationsdatei. In Falle einer Aktualisierung der DB wird diese separat zum Download zur Verfügung gestellt.

Programmbeschreibung

Das Programm kann sowohl in Deutsch als auch in Englisch bedient werden, ein Umschalten ist jederzeit möglich. Die folgende Abbildung zeigt die Arbeitsoberfläche des Programms mit einem einfachen Beispiel. Die zu berechnende Maschine kann aus mehreren unterschiedlichen starr miteinander verbundenen Körpern bestehen, die durch einfachen Mausklick auf dem Arbeitsblatt erzeugt werden. Als Erregungen sind harmonische Erregungskräfte, Einzelimpulse oder Impulsfolgen und Unwucht möglich. Dabei können auch F(t)-Verläufe punktweise vorgegeben werden. Die Stützenerregung kann als a(t), v(t), s(t) oder harmonisch bzw. impulsförmig definiert werden. Alle vorhandenen Erregungen werden programmintern phasengerecht überlagert. Die Parameter der Federelemente können aus einer Datenbank mit über 3000 Isolatoren verschiedener Hersteller ausgewählt werden. Die Berücksichtigung unterschiedlicher dynamischer und statischer Steifigkeiten ist möglich. Die Dämpfungseigenschaften der Federelemente werden berücksichtigt. Es können entweder bekannte Werte eingesetzt oder globale Ansätze für Stahl- oder Gummifedern gewählt werden. Dabei wird stets die Gültigkeit der Theorie kleiner Dämpfungen vorausgesetzt.

Screenshot des Computerprogramms ISOMAG 2.0

Der Aufstellort kann starr sein oder elastische Eigenschaften besitzen, die für homogene Platten oder Balken vom Programm näherungsweise errechnet werden. Dabei können verschiedene Randbedingungen und Materialien berücksichtigt werden. Zusätzlich ist die Möglichkeit vorgesehen, eine gemessene Eigenfrequenz z. B. einer verrippten Decke direkt angeben zu können. Die relative Stellung der Maschine zum Aufstellort wird bei der Berechnung der reduzierten Federsteifigkeit des Aufstellortes näherungsweise berücksichtigt.

Die Berechnung aller Ergebnisse erfolgt stets in allen Freiheitsgraden, so dass die bei manueller Auslegung notwendigen Vereinfachungen entfallen.

Alle Elemente des Modells sind frei positionierbar und können interaktiv oder numerisch definiert verschoben und/oder gedreht werden. Die Markierung von Elementen zur Parametrierung kann entweder im Modellfenster oder über den Projektbaum erfolgen. Der Projektbaum ermöglicht eine schnelle Übersicht über das Modell und eine zielgenaue Markierung kleiner und verdeckter Objekte. Um eine übersichtliche Darstellung zu gewährleisten, sind die Farben der Objekte frei wählbar. Zusätzlich können sie als Vollkörper, transparent und als Drahtgittermodell angezeigt oder unsichtbar geschaltet werden. Das Modell kann entweder in den drei technischen Ansichten und einer 3D-Ansicht in vier Fenstern oder in einem Fenster in einer frei wählbaren Ansicht dargestellt werden. Vom Nutzer können Bemaßungen interaktiv an Körperkanten angebracht werden, so dass bemaßte Skizzen in den Ergebnisausdruck übernommen werden können.

Ergebnisse des Programms sind zunächst die Eigenfrequenzen und Eigenformen, die auch in einer Animation dargestellt werden können. Des Weiteren können die statische und dynamische Belastung sowohl einzelner Isolatoren als auch für den gesamten Aufstellort ermittelt werden. Die Einhaltung von vorgegebenen Belastungs- oder Verformungs-Grenzwerten der Isolatoren wird überwacht. Für selbstdefinierte Punkte und die Isolatoren können Zeitlösung, Frequenzgang und Vergrößerungsfunktion von Verformung und Belastung grafisch dargestellt werden (siehe nachfolgendes Beispiel). Von berechneten Zeitlösungen können Spektren oder Übertragungsfunktionen gebildet werden. Für Punkte können Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung sowohl in den drei Raumrichtungen als auch als Vektorbetrag ausgegeben werden.

Screenshot des Computerprogramms ISOMAG 2.0

Ein Vorzug des Programms ist, dass nach Definition und Parametrierung der Maschinenteile (Massen und Trägheitsmomente) sowie Anordnung der Federelemente die Auslegung oder Optimierung der Isolierung über integrierte Assistenten möglich ist. Nach Vorgabe eines zu erreichenden Isoliergrades werden durch das Programm änderungs- und ergänzungsfähige Auswahlbedingungen generiert, mit denen aus der integrierten Isolatoren-Datenbank geeignete Federelemente ausgewählt werden können. Ist der gewünschte Isoliergrad mit einfacher Isolierung nicht erreichbar, so kann über einen Assistenten für doppelte Schwingungsisolierung ein Zwischenfundament geeigneter Größe erzeugt und Isolatoren mit geeigneten Eigenschaften aus der Datenbank ausgewählt werden. Die SQL-Datenbank kann außerhalb des Programms vom Nutzer um eigene Isolatoren ergänzt werden.

Alle Ergebnisse werden nach jeder Modelländerung aktualisiert, so dass Änderungen der Lage oder der Parameter von Elementen sofort hinsichtlich ihrer Auswirkungen beurteilt werden können. Hilfreich ist dabei, dass einzelne Ergebniskurven (Zeitfunktionen, Vergrößerungsfunktionen usw.) 'eingefroren' werden können und somit von Änderungen am Modell nicht mehr beeinflusst werden. Eine Vielzahl von Hilfsmitteln wie z. B. Duplizieren oder Ausrichten von Elementen oder grafisch interaktives Drehen und Verschieben von Ansichten ermöglicht ein komfortables Arbeiten. Größe und Anzahl der Fenster können verändert werden; eine normal ausgerichtete Ansicht kann mit einem Mausklick wiederhergestellt werden. Statisch unbestimmte Aufstellungen oder Überschreitungen von Grenzwerten werden angezeigt.

Die Ausgabe der Ergebnisse erfolgt über ein nachgeschaltetes Druckprogramm, das einen Bericht mit allen wesentlichen Angaben und den gewünschten Ergebnissen einschließlich der Ansichtsskizzen des Modells und der Ergebnisverläufe (Zeitlösungen, Vergrößerungsfunktion usw.) erstellt. Dieser Bericht ist editierbar und kann durch eigene Textbausteine, Bilder oder Objekte ergänzt werden.

Das Schwingungsisolierungsprogramm ISOMAG gestattet eine schnelle und effiziente Arbeit und ist durch seine grafische Benutzeroberfläche und die integrierten Kontrollen und Assistenten schnell anwendbar. Mit seiner Hilfe kann die schwingungsisolierte Aufstellung von Maschinen und Geräten schnell und kostengünstig ausgelegt und optimiert werden.