KOMFORT:

Geräuschquellen im Aufzugssystem

In einem Aufzugssystem gibt es verschiedene Geräuschquellen. Die dabei entstehenden Schallwellen werden über verschiedene Wege übertragen und gelangen zum Fahrgast, oder in angrenzende Räume.
Die hauptsächliche Quellen für Geräusche sind: Kugellager in Rollen, die Antriebsmaschine, Getriebe wenn vorhanden, das Laufen der Tragmittel über Treibscheibe und Rollen, Frequenzumrichter, unzureichend geschmierte Gleitführungen, der Türantrieb, Führungen von Türblättern, Pumpenaggregate bei Hydraulikanlagen, usw.

Körper- und Luftschallübertragung

Von der Entstehungsquelle der Schwingung wird diese entweder durch Bauteile übertragen, in diesem Fall spricht man von Körperschallübertragung, oder die Schwingungen werden von der Luft übertragen, dann spricht man von Luftschallübertragung.

Komplexes Zusammenspiel: Geräuscherzeugung und -übertragung

Das Geräuschverhalten einer Aufzugsanlage hängt somit von einem komplexen Zusammenspiel der verschiedenen Geräuschquellen und dem Schallübertragungsmechanismus ab.

Einfluss der baulichen Substanz, Aufzug als Mehrmassenschwinger

Daher spielt auch die bauliche Substanz eine entscheidende Rolle. Ein Seilaufzug kann als ein Mehrmassenschwinger betrachtet werden, welcher spezifische Resonanzfrequenzen aufweist. Diese verändert sich, je nachdem welchen Wert die Federsteifigkeiten zwischen den einzelnen Massen aufweisen und je nachdem wie viele federnd verbundene Massen sich insgesamt im Aufzugssystem befinden. Zudem spielt auch die Masse der einzelnen, federnd verbundenen Aufzugselemente (Antrieb, Kabine, Gegengewicht) eine entscheidende Rolle für das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems.

Numerische Simulation zur Optimierung

Für gehobene Komfort- & Geräuschanforderungen muss daher das Zusammenspiel der verschiedenen Federsteifigkeiten und Massen abgestimmt werden. Möglich ist dies z.B. mit Hilfe numerischer Simulationssoftware. Im folgenden Bode-Diagramm wird ein numerisch berechnetes, frequenzabhängiges Übertragungsverhalten beispielhaft dargestellt.

Ein Seilaufzug ist wie oben beschrieben ein Mehrmassenschwinger, welcher nicht mit einer seiner Resonanzfrequenzen angeregt werden sollte.
Bei Seilaufzügen verändert sich die Federrate des Tragmittels mit seiner Länge, dadurch verschieben sich die Resonanzfrequenzen, je nachdem auf welcher Höhe der Fahrkorb sich im Schacht befindet. Eine Resonanzfrequenz des Systems und eine periodische Anregung, während der Fahrt, können sich somit praktisch nicht dauerhaft phasengleich überlagen. Eine periodische Anregung von Schwingungen längs der Fahrtrichtung könnte zum Beispiel eine Unwucht der Treibscheibe oder einer Umlenkrolle verursachen. Für Aufzüge ist daher der Rundlauf aller Rollen entscheidend, auch sollten diese bei hohen Komfortanforderungen entsprechend gut ausgewuchtet sein, um nicht zur Quelle spür- bzw. hörbarer Schwingungen und Vibrationen zu werden.
Generell können alle drehenden Teile eine Geräuschquelle darstellen, dazu gehören auch Rollenführungen an Fahrkorb und Gegengewicht. Die meist verwendeten Kugellager erzeugen durch das Rollen der Wälzkörper Schwingungen, welche als Schall übertragen und wahrgenommen werden können. Bei besonderem Anspruch an das Geräuschverhalten, sollten statt Wälzlagern Gleitlager verwendet werden, mit dem Nachteil, dass diese höhere Reibungsverluste mit sich bringen und ggf. Wartungsintensiver sind. Soll dieser Nachteil nicht in Kauf genommen werden, so ist die Wahl geeigneter Kugellager wichtig. Hochwertige Lager mit geeigneten Käfigmaterialien können hier einen wesentlich Beitrag zu einem möglichst leisen Betrieb der Anlage leisten.
Einmal entstandener Schall muss durch teilweise sehr aufwändige Maßnahmen an seiner Übertragung gehindert werden, daher ist die Vermeidung von Schallquellen, bei geräuschsensiblem Einsatz der Aufzugsanlage, zu bevorzugen. Somit ist es für einen möglichst leisen Betrieb stets ratsam die Anzahl drehender Teile so gering wie möglich zu halten.
Eine weitere Geräuschquelle ist der Antrieb: Beim Motor sind hier wieder die Lager des Rotors als Schallquelle zu nennen. Aber auch die oszillierende Änderung der Magnetfelder regt zu Schwingungen an. Dadurch ergibt sich ein breites Spektrum an abgegeben Frequenzen. Wenn vorhanden kann ein Getriebe eine weitere Geräuschquelle darstellen. Am Antrieb vorhandene Lüftbremsen machen beim Öffnen und Schließen Geräusche, hochwertige Bremsen ermöglichen geringe Schalldruckpegel. Dabei ist auch darauf zu achten, dass die Bremsansteuerung sowie die Motoransteuerung ohne Schütze funktioniert, das heißt mit einem Frequenzumrichter, der eine "Safe Torque Off" Funktion aufweist.
Der Frequenzumrichter selbst ist ebenso eine Geräuschquelle, dies liegt an der Taktfrequenz der Pulsweitenmodulation.
Die letzte Geräuschquelle, welche hier Erwähnung finden soll, sind die Türen. Diese beinhalten wiederum alle Elemente, welche oben als Geräuschquellen identifiziert wurden: Rollen, einen Antrieb, Führungen. Hinzu kommen Riegel und Schließmechanismen, welche Geräusche machen können.
Bei sehr schnellen Aufzügen in engen Schächten entsteht ein Staudruck, da die Luft im Schacht die Kabine umströmen muss. Die strömende Luft erzeugt dabei Windgeräusche und der Überdruck im Schacht entweicht ggf. durch Türspalten, wodurch wiederum Geräusche entstehen. Abhilfe schaffen hierbei ausreichend große Schächte, z.B. durch Aufzugsgruppen in einem Schacht.

Es gibt Schallquellen im Aufzugbau, die sich konzeptbedingt nicht vermeiden lassen. Daher müssen für eine hohe Schallschutzstufe Maßnahmen gegen die Körperschallübertragung und Luftschallübertragung getroffen werden. Üblich sind dabei passive Maßnahmen, deren Funktion auf Dissipation beruht. Dabei werden poröse Materialien als Zwischenschichten verwendet. In diesen Schichten wird der Schall umgewandelt von Körperschall zu Luftschall und wieder zurück. Dabei wird die Schallenergie ganz oder teilweise in Wärme umgewandelt.
Körperschalldämpfung tritt in den meisten Baustoffen auch auf, da diese in der Regel ebenfalls eine gewisse Porosität aufweisen. Das dabei auftretende Problem liegt darin, dass passive Maßnahmen wenig geeignet sind um niederfrequenten Schall effektiv zu dämmen. Die Wirkung von passiven Schallschutzmaßnahmen ist erst bei Frequenzen > ca. 1kHz effektiv. Im Aufzugbau tritt jedoch vorzugsweise niederfrequenter Schall auf, was zum Beispiel durch die relativ geringe Drehzahl der Antriebe bedingt ist.
Die Wirkung von Elementen zur Körperschallisolation wird somit oft überschätzt und fällt besonders im niederen Frequenzbereich eher gering aus. Daher ist es zwingend erforderlich das zu erreichende Schallschutzniveau bereits in der Planungsphase exakt zu definieren und auch die baulichen Gegebenheiten daraufhin anzupassen. Eine Möglichkeit besteht zum Beispiel darin den Aufzugschacht baulich vom restlichen Gebäude zu trennen.
Zum Fahrgast selbst werden Geräusche über den Luftschall übertragen. Der Körperschall wird an flächigen Teilen, wie den Kabinenwänden, auf die Luft übertragen. Luftschall wird an geraden Flächen wiederum reflektiert und die Schallwellen können sich dann verstärkend überlagern. Hier gibt es im Bauwesen übliche Flächenelemente, welche den Luftschall reduzieren, indem sie möglichst wenig der Schallwellen reflektieren und die Schallenergie wiederum möglichst vollständig in Wärme umgewandelt wird. Auch können Schallquellen wie Rollen Einhausungen erhalten, um die Luftschallabstrahlung in die Kabine oder in den Schacht zu reduzieren.