Schwingungs­versuch

Sowohl bei der analytischen als auch bei der experimentellen Schwingungsanalyse ist unser Ziel, Ihre Maschinen und Anlagen so zu optimieren, dass unerwünschte Schwingungen und Resonanzen keinen Einfluss auf den Betrieb oder den Komfort haben. Daher planen wir im ersten Schritt einer Messkampagne detailliert die erforderliche Vorgehensweise, um am Ende sicherstellen zu können, dass alle zur Lösung der Aufgabenstellung benötigten Messdaten auch zuverlässig erfasst werden.

Hierbei betrachten wir neben den technischen Gesichtspunkten auch Aspekte der Produkt- und Arbeitssicherheit, wodurch ein hohes Maß an Prozesssicherheit gewährleistet wird. Bei der Versuchsplanung von Schwingungsanalysen werden bei ICS, soweit möglich, Ergebnisse einer Finite-Elemente-Analyse genutzt, damit später Messung und Analyse nahtlos zusammengeführt werden können.

Typische Fragestellungen, die im Zusammenhang mit der Versuchsplanung berücksichtigt werden, sind:

• die Auswahl relevanter Zielgrößen (z. B. Eigenfrequenzen und Eigenformen)
• die Auswahl der erforderlichen Messfreiheitsgrade hinsichtlich ausreichender räumlicher Erfassung der Zielgrößen, Zugänglichkeit der Messstellen, Robustheit etc.
• die Auswahl der Anregungspositionen (falls möglich, simultane Anregung aller Zielgrößen)
  die zuverlässige Definition des zu erfassenden Frequenzbereichs sowie der Frequenzauflösung für nachfolgende Analyseverfahren
• die Auswahl der Sensorik (Beschleunigungssensoren, Laser, Kraftsensoren etc.) in Abhängigkeit von der Messaufgabe und dem Versuchsobjekt
• die Auswahl der Anregung (Hammer, Shaker, ambient)
• bei Shakeranregung die Definition des Anregungssignals
• die Planung und Umsetzung der Lagerung des Versuchsobjekts (frei/frei oder gebunden) sowie bei Bedarf Konstruktion und Fertigung von Adaptern
  

Vibrations- und Schallmessungen spielen in vielen Industrien eine wichtige Rolle. Denn, ob es sich um eine große Fertigungsanlage oder nur ein kleines Elektrogerät handelt, ein unerwartetes Schwingungs- oder Akustikverhalten kann unangenehme bis verheerende Folgen haben. An diesem Punkt setzt ICS an: wir bestimmen das tatsächliche Schwingungsverhalten Ihrer Produkte, Maschinen und Anlagen mithilfe verschiedener etablierter Versuchsmethoden.

Die eingehende Analyse der dynamischen Eigenschaften unterstützt und erleichtert im Anschluss die Produktentwicklung und ermöglicht eine wirtschaftliche Optimierung von Maschinen und Prozessen. Damit erreichen Sie eine nachhaltige Verbesserung der dynamischen und akustischen Eigenschaften, eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und des Komforts sowie eine Verlängerung der Lebensdauer Ihrer Produkte.

Speziell bieten wir Ihnen folgende Leistungen an, wobei eine Bearbeitung bei Ihnen vor Ort oder aber auch in unserem hauseigenen Messlabor erfolgen kann:

• klassische experimentelle Modalanalyse mit Impulshammer oder Modalerreger (Shaker)
• Output-Only-Modalanalyse auf Basis ambienter Anregung (Umgebungsanregung)
• Betriebsschwingungsmessungen
• Torsionsschwingungsmessungen
• Transferpfadanalyse (TPA)
• Schwingtischversuche (Qualifikation)
• Schallmessungen und Innenraumakustik
  

Grundsätzlich wird zwischen erwünschten Schwingungen und unerwünschten Schwingungen unterschieden. Besonders im regulären Betrieb geht es allerdings darum, unerwünschte Schwingungen von Maschinen und Anlagen zu ermitteln und dauerhaft zu eliminieren, da diese einen negativen Einfluss auf Funktionalität, Komfort, Sicherheit, Lebensdauer, Lautstärke etc. haben können. Betriebsschwingungsmessungen durch ICS sind dabei ein integraler Baustein, um die Auswirkungen von Maschinenschwingungen zu analysieren und deren Ursachen zu identifizieren. 

Durch modernste Schwingungsmesstechnik erfassen und dokumentieren wir auftretende Schwingungen. Auf Grundlage der Messergebnisse analysieren wir dann eingehend das Schwingungsverhalten Ihres Produkts bzw. Ihrer Maschine und treffen fundierte Aussagen, die Ihnen helfen, Ihre dynamischen Herausforderungen zu meistern.

Die experimentelle Modalanalyse liefert durch spezielle Versuche die praktisch überprüfbare Antwort auf die Frage, wie Objekte dynamisch auf definierte äußere Kräfte reagieren. Jedes Bauteil sowie jede Maschine verfügt über spezifische Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen sowie ein modales Dämpfungsverhalten. Diese Faktoren charakterisieren das individuelle Schwingverhalten von dynamischen Systemen. Versetzt eine innere oder äußere Kraft das Objekt mit einer Anregungsfrequenz in Schwingung, die ähnlich der Eigenfrequenz ist, kann es zu großen und mitunter unzulässigen Schwingungsausschlägen kommen.

Diese sogenannten Resonanzschwingungen können, wenn es ungünstig läuft, zur Funktionsbeeinträchtigung oder Beschädigung der Maschine führen. Das Ziel der experimentellen Modalanalyse ist es daher, die modalen Eigenschaften zu ermitteln, um daraus Rückschlüsse für ein schwingungsoptimiertes System zu gewinnen.

Im ersten Schritt der experimentellen Modalanalyse bestimmen wir dafür die sogenannten Frequenzgänge eines Objekts. Diese geben zunächst Auskunft über das Antwortverhalten auf definierte Anregungskräfte. Hierzu wird das Prüfobjekt geeignet durch äußere Kräfte, z. B. mittels Modalhammer oder elektrodynamischen Schwingerreger (Shaker), erregt und die Antworten (Beschleunigungen, Dehnungen, Schalldrücke, etc.) auf diese Anregung erfasst. Im Anschluss werden aus den Frequenzgängen dann Eigenfrequenzen sowie Eigenformen, modale Dämpfungen und modale Massen (modalen Skalierungsfaktoren) identifiziert. Diese beschreiben schließlich das Modalmodell, aus dem wir genaue Erkenntnisse über das Schwingungsverhalten Ihrer Anlagen oder Komponenten ableiten können. Dies ermöglicht uns eine präzise Analyse und Bewertung der Schwingungseigenschaften Ihrer Systeme.

Natürlich wird keines der Prüfobjekte bei der Modalanalyse beschädigt! Sollte, in seltenen Fällen, eine experimentelle Modalanalyse aufgrund einer unzureichenden experimentellen Betriebsfestigkeit nicht möglich sein, greifen wir auf die numerische oder rechnerische Modalanalyse zurück, bei der mithilfe von FEM eine digitale Ermittlung des Modalmodells erfolgt.

Ein- und mehraxiale Schwingtische, auch Rütteltische genannt, sind im Bereich der Schwingungstechnik Hilfsmittel, mit denen Maschinen und Anlagen auf deren Bauteil- und Materialverhalten unter realen Betriebslasten geprüft werden. Die durch die Schwingtische verursachten Schwingungen können dabei mit einem oder mehreren Freiheitsgraden sowohl einzeln als auch gleichzeitig angeregt werden. Schwingtischversuche sind daher bestens dafür geeignet, die Betriebsfestigkeit, Funktion und Integrität Ihrer Prüfobjekte unter realen Lasten zu qualifizieren. Darüber hinaus können Schwachstellen identifiziert und Optimierungspotenziale gehoben werden.

Insbesondere in der Automobil- und der Halbleiterindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie im Anlagen- und Maschinenbau setzen wir Schwingtischversuche ein, um Bauteile unserer Kunden zu qualifizieren. Zudem können Schwingtischversuche auch bei Komfortprüfungen oder Funktionsprüfungen zum Einsatz kommen. 

Bei ICS setzen wir dabei für Ihre individuelle Lösung stets auf etablierte Hard- und Software und haben Zugriff auf umfangreiche Prüftechnik:

• Schwingtischsysteme und Shaker verschiedener Leistungsklassen
• Regelsystem für hochpräzise, geregelte Sinus-, Puls- und Rauschanregungen
• Standardprüfprozeduren sowie individuelle Prüfprofile nach Kundenvorgabe
• Individuelle Konstruktion und Fertigung von Prüflingsadaptern
  

Eine fundierte Auswertung der Messergebnisse ist nur möglich, wenn die bei der Schwingungsmessung gewonnenen Daten sinnvoll interpretiert werden. Dies ist im Bereich der Schwingungsmesstechnik die Grundlage, um ungewünschte Phänomene erkennen und Verbesserungspotenziale erschließen zu können. Durch eine auf die Aufgabe zugeschnittene Signalanalyse können wir gezielt das dynamische Verhalten analysieren und kritische Aspekte Ihrer Systeme herausarbeiten.

Dies bildet die Basis für eine erfolgreiche nachfolgende Optimierung Ihrer Produkte. Typische Auswertungen, die wir dabei durchführen können, sind zum Beispiel:

• FFT
• Pegelanalyse
• Kurzzeit-Spektralanalyse
• Ordnungsanalyse
• digitale Filterung sowie Terz- und Oktavanalyse
• nichtparametrische und parametrische Identifikation
• Modalanalyse
• Betriebsschwingformanalyse
  

Für die experimentelle Ermittlung von Schwingungen nutzen wir Schwingungsmesstechnik, die dem neuesten Stand der Technik entspricht:

• Komplett mobile Datenerfassungssysteme (Brüel&Kjær LAN-XI, PAK, VXI und EMX bis max. 120 Kanäle), mit denen bei Bedarf Messungen schnell und unkompliziert auch beim Kunden vor Ort durchgeführt werden können
• Impulshammer, Schwing- und Modalerreger (Shaker), Schallquellen
• Shaker-Regelsystem für hochpräzise, geregelte Sinus-, Puls- und Rauschanregungen
• Wegaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer einachsig/dreiachsig
  Laservibrometer (IR-Laser/QTEC), optional mit Faserobjektiv für erschwert zugängliche Messstellen
• Dehnungsmessungen mit DMS
• Mikrofone
• Kraftaufnehmer
• Verschiedene seismische Blöcke auf Luftlagern zur Realisierung fester Einspannbedingungen
• Klimakammer zur Messung unter definierten Umgebungsbedingungen (Temperaturbereich regelbar von circa 5-45 °C +/- 0,5 °C)
• Elastomerseile und Luftfedern für quasi frei/freie Lagerungen bis 3000 kg (BG abgenommen)
• Zugriff auf spezielle Hardware auf Anfrage (1D und 3D Laser Scanning Vibrometer, Kraftmessplattformen etc.)

Zudem verfügen wir über ein hauseigenes Messlabor mit einer Fläche von rund 170 m² und einem ebenerdigen Zugang über Sektionaltor (LKW-Andienung möglich). Alternativ zur Schwingungsmessung bei Ihnen vor Ort können wir Schwingungsmesstechnik-Versuche also auch im eigenen Labor in Dreieich durchführen.