Dem Lärm auf der Spur – Lärmquellen und Möglichkeiten der Lärmminderung im Betonwerk

Teil 4: Herstellung von Betonfertigteilen

Für die Herstellung von Fertigteilen aus Beton zeigt Bild 1 eine Einteilungsübersicht.

Einteilungsmöglichkeiten der Herstellung von Fertigteilen aus Beton

Nach Bauteil-Geometrie

Stabförmig

Flächig

Räumlich

Nach Verdichtungsverfahren

Vertikale Vibration
(Rütteln)

Horizontale Vibration (Schütteln)

Ohne Vibration
(SVB)

Nach Fertigungstechnologie

Stationäre Schalungen

Umlaufanlagen

Bahnen-Fertigung

Nach Erregerfrequenz

Niederfrequent
(< 20 Hz)

Normalfrequent
(20 .. 100 Hz)

Hochfrequent
(> 100 Hz)

Nach Energieeinleitung

Außenvibration

Innenvibration

 

Bild 1: Einteilungsmöglichkeiten für Betonfertigteile

Die verwendeten Betonkonsistenzen für Fertigteile großer Abmessungen sind weich bis fließfähig. Deshalb werden sie schalungserhärtend horizontal auf stationären (Kipp-)Tischen oder Palettenum-laufanlagen bzw. in großen Schalungen (Batterie-, Stützen-, Binder-, Raumzellen-, Garagen-, Treppenschalungen) gefertigt. Die größten Lärmabstrahlungen treten bei Anwendung der normal- und hochfrequenten Vibration auf.

Stationäre Vibrationstische

Bild 2 zeigt die Anordnung mehrerer stationärer, vertikal schwingender Vibrationstische in einem Fertigteilwerk.

Bild 2: Vibrationstische im Fertigteilwerk
Bild 2: Vibrationstische im Fertigteilwerk

Die großen Abstrahlflächen und die biegeweiche Konstruktion der Vibrationstische, die eine Vielzahl von Möglichkeiten für Stoßbewegungen zulassen, sind besonders bei höherfrequenter Erregung mit hohen Luftschallabstrahlungen verbunden. Beispielhaft ist in Bild 3 ein im Fertigteilwerk aufgezeichnetes Frequenzspektrum eines Kipptisches dargestellt. Herausragend ist die Erregerfrequenz von 100 Hz. Auffällig ist die sehr breite Frequenzverteilung im Hörbereich, die zu einem hohen äquivalenten Dauerschallpegel führt.

Bild 3: Spektrum des Schalldruckpegels an einem Kipptisch
Bild 3: Spektrum des Schalldruckpegels an einem Kipptisch

Die Tagesexposition durch einen einzelnen Tisch wäre verhältnismäßig gering, da wegen der Schalungserhärtung nur ein Verdichtungsvorgang am Tag erfolgt. Meist sind jedoch mehrere Vibrationstische sowie eine Reihe anderer Arbeitsstationen vorhanden. Das untersuchte Werk hat in einer sehr großen Werkhalle auch die Binderfertigung, die Tischlerei, die Mischanlage und im teilweise offenen Anbau die Eisenbinderei mit untergebracht. Besonders die Fertigung von Großbindern mit Außenvibratoren (Laeq = 107,4 dB(A) im Abstand von 2 m; Bild 4) und Bindern mit Flaschenrüttlern (Laeq = 92 dB(A) im Abstand von 2,5 m) ist durch die offene Bauweise mit schallharten Wänden, Decken und Stützen längerfristig sehr lärmintensiv.

Bild 4: Großbinderschalung
Bild 4: Großbinderschalung

Palettenumlaufanlage

Als Alternative zu stationären Anlagen mit einem relativ geringen Durchsatz gibt es die Palettenumlaufanlagen. Hier werden lose Fertigungspaletten (Bild 5) durch ein Transportsystem mit Rollen zwischen den einzelnen Fertigungsstationen bewegt. Erst in einem Zwischenlager ruhen die Elemente zur Aushärtung, so dass die Arbeitsstationen ständig genutzt werden können.

Bild 5: Schüttelstation mit Palette
Bild 5: Schüttelstation mit Palette

Das betrachtete Fertigteilwerk mit der Umlaufanlage nutzt zur Herstellung von Leichtbeton- und Filigrandecken die Schütteltechnologie, erstere teilweise auch in Kombination mit kurzer vertikaler Vibration. Das horizontale Schütteln zeichnet sich besonders bei der Herstellung dünnwandiger plattenförmiger Elemente und weichem bis fließfähigen Betongemenge aus und ist durch die Verwendung niedriger Frequenzen und die geringe horizontale Abstrahlfläche lärmarm. Es wurde ein äquivalenter Dauerschallpegel von 78,9 dB(A) ermittelt.

Vor der ersten vermessenen Schüttelstation befindet sich auf einem Plateau die Vorbereitungsstation. Hier werden unter Verwendung von Kreissäge, Bandsäge und Trennschleifer Schalungs- und Bewehrungsanpassungen vorgenommen. Diese Tätigkeiten erfolgen unregelmäßig und kurzzeitig. Einen deutlichen Einfluss auf die Tagesexposition hat der der Verdichtung folgende Glättvorgang (Bild 6), da dies ein länger anhaltender Prozess mit einem äquivalenten Dauerschallpegel LAeq von fast 93 dB(A) ist.

Bild 6: Oberflächenglättung
Bild 6: Oberflächenglättung

Eine Zusammenfassung der Lärmbelastungen im ersten Messbereich dieses Werkes gibt Tabelle 1.

Maßgebende Lärmquelle

Messabstand d in m

Schalldruckpegel LAeq

Hallengrundgeräusch

-

70,7 dB(A)

Befüllen des Tisches

2

71,7 dB(A)

Schütteln horizontal

2

78,9 dB(A)

Rütteln vertikal

2

88,0 dB(A)

Kreissäge im Leerlauf

2

88,1 dB(A)

Kreissäge beim Sägen (Brett)

1,5

85,5 dB(A)

Bandsäge im Leerlauf incl. Absaugung

1,5

79,4 dB(A)

Bandsäge beim Sägen (Styropor)

1

91,7 dB(A)

Trennschleifen

1

100,1 dB(A)

Hochdruckreiniger

1,5

88,2 dB(A)

Oberflächenglättmaschine

2

92,8 dB(A)

Tabelle 1: Zusammenfassung der verschiedenen Lärmbelastungen

Fertigung von Filigrandecken

Im gleichen Werk wurde auch eine Fertigungslinie für Filigrandecken (Bild 7) vermessen. Hier wird ebenfalls die Schütteltechnik angewendet, linear und kreisförmig.

Bild 7: Fertigung von Filigrandecken
Bild 7: Fertigung von Filigrandecken

Die linear arbeitende Anlage wurde neben einem Bewehrungsroboter angeordnet. Bild 8 zeigt die Vorbereitungsstation direkt neben dem Roboterbereich. Das Hallengrundgeräusch wird deutlich durch den kontinuierlich arbeitenden Roboter bestimmt. Je nach Standort liegt der anstehende Grundgeräuschpegel am Vorbereitungsplatz zwischen 79,2 und 85,1 dB(A), am etwas abgelegenen Befüll- und Verdichtungsplatz 80,2 dB(A).

Bild 8: Vorbereitungsstation neben Bewehrungsroboter
Bild 8: Vorbereitungsstation neben Bewehrungsroboter

Am Arbeitsplatz der Schwingtischbedienung wurden bei verschiedenen Fertigungsschritten Schalldruckpegel im Bereich von 84 dB(A) ermittelt. Befüll- und Verdichtungsvorgänge sind nur unwesentlich lauter als das Grundgeräusch, denn sie erhöhen den Pegel kurzzeitig um 3,6 bis 3,9 dB(A). Ein Großteil der Lärmbelastung während der Filigrandeckenfertigung könnte durch Abschirmung des Bewehrungsroboters vermieden werden.

Reinigungsarbeiten

Täglich nach Produktionsende müssen die Maschinen gereinigt werden. Fertigungsmaschinen werden meist trocken gereinigt durch Abbürsten. Fertigteiltische weisen durch die Verwendung von Schalöl im Allgemeinen weniger fest haftende Reste auf, die gut entfernt werden können. Im Fertigteilwerk mit Umlaufanlage wurde im Bereich der Befüllung bei Bedarf mit dem Hochdruckreiniger gesäubert. Dabei wurden im Abstand von 1,5 m 88,2 dB(A) ermittelt. Häufigkeit und Dauer sind sehr unterschiedlich.

Lärmintensive Reinigungen finden im Mischerbereich statt. Bei der Reinigung des Mischers in einem Betonwerk mittels starkem Wasserstrahl aus einem Schlauch mit Düse wurden im Kopfbereich des Personals 94 dB(A) gemessen. Die Reinigungsdauer beträgt zwischen 20 und 30 Minuten.

Lärmminderung

Bei der Vibrationsverdichtung sind Erregerfrequenzen im hörbaren Bereich an großen Flächen mit teilweise erheblicher Lärmabstrahlung verbunden. Ansätze zur Minderung liegen daher beispielsweise in der Verringerung der Abstrahlfläche und der Verlagerung der Erregung in einen Frequenzbereich mit beschränkter Wahrnehmung. Nachfolgend werden dafür Lösungen vorgestellt.

a) Wellentisch

Bei großflächigen Betonfertigteilen ist für eine gleichmäßige Qualität über die Fläche ein entsprechender gleichmäßiger Eintrag von Energie erforderlich. Das ist bei großen biegeweichen Vibrationsformen sehr schwierig (Bild 9). Hieraus entstand die Idee für den Wellentisch (Bild 10). Es erfolgt ein gleichmäßiger Energieeintrag, aber nicht gleichzeitig über die gesamte Fläche, sondern wellenförmig nacheinander.

Bild 9: Beschleunigungsverteilung an einer Vibrationsform (FEM-Berechnung)
Bild 9: Beschleunigungsverteilung an einer Vibrationsform (FEM-Berechnung)
Bild 10: Bewegung des Wellentisches
Bild 10: Bewegung des Wellentisches

Eine Reduzierung der Lärmemission begründet sich auf die verringerte phasengleiche Abstrahlfläche durch die Wellenbewegung sowie den seitlich und nach unten geschlossenen Aufbau.

b) Exzentertisch

Unter Berücksichtigung der reduzierten Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs bei niedrigen Frequenzen wurde in den 90er Jahren die niederfrequente horizontale Vibration bei der Herstellung von Betonfertigteilen eingeführt, mit der eine wesentliche Belastungsreduzierung für die Bediener erreicht werden konnte. Fertigteiltische mit diesem Antriebsprinzip wurden 1992 auf der Bauma in München präsentiert. Ab diesem Zeitpunkt etablierte sich das „Schütteln“. Es zeigte sich, dass Verdichtungsprobleme bei höheren Teilen, insbesondere bei komplizierteren Bauteilgeometrien und in der Mitte von großflächigen Bauteilen auftreten, da die Vibrationsenergie bei der rein horizontalen Vibration nur durch die Schalungswände, den Schalungsboden und gegebenenfalls durch die Bewehrung übertragen wird.

Aus der vorstehend beschriebenen Situation entstand am IFF Weimar e.V. die Idee, durch abgestimmte kombinierte Vibrationseinwirkungen in mehreren Erregerrichtungen (horizontal und vertikal) eine sehr gute Vibrationsverdichtung auch bei variablen und anspruchsvollen Produktgeometrien und höheren Bauteildicken zu erzielen und durch die Anwendung der mehraxialen niederfrequenten Vibration eine lärmarme Fertigung zu erreichen.

Hierzu wurde ein Funktionsmuster zur Realisierung dieser Vibrationseinwirkungen entwickelt und gebaut und deren Wirkung auf das Betongemenge untersucht. Als technische Lösung hierfür ergab sich eine exzentrische Lagerung (Bild 11) des Vibrationstisches. Dieses System wurde als Prototyp (Bild 12) realisiert, getestet und wird in einem Betonwerk eingesetzt. Erste Ergebnisse zeigen eine Senkung des Schalldruckpegels gegenüber üblichen Vibrationsformen um bis zu 20 dB und gute Produkteigenschaften.

Bild 11: Exzenterlagerung
Bild 11: Exzenterlagerung
Bild 12: Prototyp
Bild 12: Prototyp

c) Kipptisch NUCRI

Bereits 1985 wurde ein Kipptisch in lärmarmer Ausführung entwickelt. Eine veränderte Schweißkonstruktion, andere Randabsteller, eine optimierte Rüttlerankopplung sowie die Abschirmung der Tischunterseite führten zu deutlich verringerten Schallabstrahlungen.

Dipl.-Ing. Markus Walter, IFF Weimar

 

 

 

 

 

Ansätze zur Lärmminderung im Fertigteilwerk