Was Resonanz ist und warum sie Ihre Anlagen zerstören kann

Was Resonanz ist: eine einfache Erklärung

Jede mechanische Struktur (Rahmen, Fundament, Lagerböcke) besitzt eigene Eigenfrequenzen der Schwingung. Das sind die Frequenzen, bei denen die Struktur bevorzugt schwingt.

Ein Vergleich: Stellen Sie sich eine Schaukel vor. Wenn man die Schaukel im Takt ihrer natürlichen Schwingung anstößt, wächst die Amplitude. Stößt man im falschen Takt an, bewegt sich die Schaukel kaum.

Resonanz tritt auf, wenn die Rotationsfrequenz des Rotors mit einer der Eigenfrequenzen der Struktur übereinstimmt (oder ihr sehr nahe kommt). In diesem Fall erzeugt bereits eine kleine Anregungskraft durch eine minimale Unwucht enorme Schwingungen.

Die Gefahr: Die Schwingung kann auf das 10- bis 20-fache anwachsen. Dies führt zu:

• Zerstörung von Befestigungen und Fundamenten
• Ermüdungsrissen im Metall
• Katastrophalem Versagen der Struktur

Die kritische Drehzahl

Die kritische Drehzahl ist die Drehzahl, bei der die Rotationsfrequenz des Rotors mit der Eigenfrequenz des Systems „Rotor-Lagerung" übereinstimmt.

Starre und biegsame Rotoren:

• Starrer Rotor: Die Betriebsdrehzahl liegt deutlich unterhalb der ersten kritischen Drehzahl (in der Regel um den Faktor 2–3). Ein solcher Rotor biegt sich unter Fliehkräften nicht.
• Biegsamer Rotor: Er arbeitet bei einer Drehzahl nahe der kritischen oder darüber. Der Rotor biegt sich beim Drehen merklich.

Wie man Resonanz erkennt: Diagnosemethoden

Abb. 1. Resonanzdiagramm: ein steiler Schwingungspeak beim Erreichen der kritischen Drehzahl (in diesem Beispiel ca. 2250 U/min).

Anzeichen für den Betrieb im Resonanzbereich:

• Ein starker Schwingungsanstieg bei einer bestimmten Drehzahl
• Bei einer Drehzahländerung von ±100 U/min ändert sich die Schwingung um das 5- bis 10-fache
• Die Schwingungsphase „springt" von einer Messung zur nächsten
• Beim Durchfahren der Resonanz ändert sich die Phase um 180°
• Die Messwerte sind instabil, auch bei konstanter Drehzahl

Erkennungsmethoden:

1. Auslaufversuch (Coast-down-Test):

• Die Anlage wird abgeschaltet und läuft aus
• Die Schwingung wird beim Absinken der Drehzahl gemessen
• Auf dem Diagramm sind Schwingungspeaks bei den Resonanzfrequenzen sichtbar

2. Impulstest (Bump-Test):

• Die stillstehende Anlage wird mit einem Modalhammer angeschlagen
• Das Systemverhalten wird analysiert
• Die Eigenfrequenzen werden bestimmt

Methoden zur Beseitigung von Resonanz

1. Änderung der Betriebsdrehzahl

Ändern Sie, wo möglich, die Drehzahl so, dass die Betriebsfrequenz ausreichend weit von der Resonanzfrequenz entfernt ist (in der Regel um ±15–20 %).

2. Änderung der Struktursteifigkeit

• Verstärkung von Rahmen und Fundamenten: Eine Erhöhung der Steifigkeit erhöht die Eigenfrequenz
• Masse hinzufügen: Eine Erhöhung der Masse senkt die Eigenfrequenz
• Lagerung ändern: Verwendung von Schwingungsisolatoren oder steiferen Befestigungen

3. Dämpfung

• Einbau von Dämpfern (Schwingungstilgern)
• Verwendung von schwingungsdämpfenden Auflagern

4. Spezielle Auswuchtmethoden

Für den Betrieb nahe der Resonanz gibt es spezielle Auswuchtmethoden, die die Phase außer Acht lassen (die Vier-Gang-Methode). Dies ist jedoch ein komplexes Verfahren, das Erfahrung erfordert.