Zunehmende Resonanz verstehen

Geräte

Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

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Schwingungssensor

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Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

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Balanset-4

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Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

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Reflektierendes Band

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Geräte

Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

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Definition: Was ist zunehmende Resonanz?

Zunehmende Resonanz ist ein Resonanz Zustand, in dem das Montagesystem – einschließlich Schwingungsisolatoren, Montageschienen, Halterungen, Kufen oder die komplette Gerätebaugruppe auf ihren Halterungen – an einer seiner Eigenfrequenzen als Reaktion auf die Anregung durch die rotierende Maschine. Dadurch entsteht eine Situation, in der die gesamte montierte Maschine wie ein starrer Körper auf ihren Halterungen hüpft, schaukelt oder schwingt, mit Amplituden, die weit über das hinausgehen, was bei einer starren Montage auftreten würde.

Montageresonanzen treten besonders häufig bei Geräten mit Schwingungsisolationssystemen auf, können aber auch bei herkömmlichen starr montierten Anlagen auftreten, wenn die Montagestruktur nicht ausreichend Steifheit. Dieses Phänomen ist ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Schwingungsisolierungen und muss durch die richtige Auswahl des Isolators und die Konstruktion des Montagesystems sorgfältig vermieden oder beherrscht werden.

Eigenfrequenzen des Montagesystems

Starrkörpermodi auf Isolatoren

Geräte auf Schwingungsisolatoren verfügen über sechs Eigenfrequenzen starrer Körper:

Translationale Modi (3)

• Vertikaler Sprung: Auf- und Abbewegung, typischerweise niedrigste Frequenz (5–15 Hz für typische Isolierung)
• Horizontale Translationen (X und Y): Seitliche Bewegungen, normalerweise 1,5-2× vertikale Frequenz

Rotationsmodi (3)

• Rollen: Drehung um die Längsachse
• Tonhöhe: Drehung um die Querachse
• Gieren: Drehung um die vertikale Achse
• Frequenzen: Typischerweise 10–30 Hz, abhängig von den Geräteabmessungen und der Lage des Schwerpunkts

Gekoppelte Modi

• Wenn die Isolatoren nicht symmetrisch sind oder der Schwerpunkt nicht zentriert ist, koppeln die Modi
• Translation und Rotation erfolgen gleichzeitig
• Erzeugt komplexe Bewegungsmuster
• Schwieriger zu analysieren und zu korrigieren

Wenn eine zunehmende Resonanz auftritt

Resonanz des Isolationssystems

Das häufigste Szenario einer Montageresonanz:

• Designabsicht: Isolatoren, die so ausgewählt sind, dass ihre Eigenfrequenz bei 1/3 bis 1/5 der Maschinenlaufgeschwindigkeit liegt
• Problem: Wenn die Maschine unter der Auslegungsgeschwindigkeit läuft oder beim Anfahren die Isolatorfrequenz überschreitet
• Symptom: Starke Vibrationen bei Geschwindigkeiten nahe der Eigenfrequenz des Isolators
• Dauer: Tritt nur in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen auf

Schienen- oder Kufenresonanz

• Montageschienen oder Geräteschlitten verfügen über eigene Biegemodi
• Typische Frequenzen: 15–50 Hz, abhängig von Spannweite und Steifigkeit
• Komplette Anlagenmontage rockt auf Schienen
• Gängig in modularen Ausstattungspaketen

Halterung oder Stützresonanz

• Wand- oder Deckenmontagegeräte auf Halterungen
• Halterung oder Tragarm hat Eigenfrequenz
• Gerätebewegung verstärkt, wenn die Frequenz übereinstimmt
• Kann Vibrationen in die Gebäudestruktur übertragen

Diagnostische Identifizierung

Schlüsselindikatoren

• Verstärkung: Vibration an der Halterung >> Vibration an der Ausrüstung
• Schaukeln/Hüpfen: Sichtbare Bewegung der gesamten Maschine
• Geschwindigkeitsempfindlich: Nur in einem engen Geschwindigkeitsbereich schwerwiegend
• Niedrige Frequenz: Typischerweise 5–30 Hz-Bereich für isolierte Systeme
• Phasenbeziehungen: Alle Befestigungspunkte bewegen sich phasengleich (Bounce-Modus) oder phasenverschoben (Wipp-Modus)

Diagnoseverfahren

1. Resonanzfrequenz ermitteln: Von Schwingungsspektrum Gipfel
2. Aufpralltesthalterungen: Bump-Test zur Bestimmung der Eigenfrequenz der Halterung
3. Vergleichen: Wenn Resonanzfrequenz ≈ Eigenfrequenz der Halterung → Halterungsresonanz bestätigt
4. Mehrere Standorte messen: Überprüfen Sie die Phasenbeziehungen zwischen den Einhängepunkten
5. Bewerten Sie die Eigenform: Bestimmen Sie, ob Bounce-, Rock- oder gekoppelter Modus

Lösungen

Für die Resonanz des Isolationssystems

Isolatorsteifigkeit ändern

• Steifere Isolatoren: Erhöht die Eigenfrequenz über die Betriebsdrehzahl
• Weichere Isolatoren: Senkt die Frequenz unter den Startbereich (sofern die Ausrüstung dies zulässt)
• Auswahl: Die Isolatorfrequenz sollte < 1/3 der Mindestbetriebsdrehzahl

Dämpfung hinzufügen

• Verwenden Sie Isolatoren mit eingebauter Dämpfung (Elastomer vs. Stahlfeder)
• Viskosedämpfer oder Reibungsdämpfer hinzufügen
• Reduziert die Resonanzspitzenamplitude, auch wenn die Frequenzübereinstimmung erhalten bleibt

Verbessern Sie die Isolatorinstallation

• Stellen Sie sicher, dass alle Isolatoren richtig geladen sind (nicht gespannt oder klemmend).
• Überprüfen Sie, ob die Isolatoren für das tatsächliche Gewicht der Ausrüstung geeignet sind
• Auf festsitzende oder beschädigte Isolatoren prüfen
• Achten Sie auf eine symmetrische Platzierung im Verhältnis zum Schwerpunkt

Für strukturelle Montageresonanz

Versteifung der Montagestruktur

• Schienen oder Kufen mit Verstrebungen versehen
• Erhöhen Sie die Dicke der Halterung oder fügen Sie Zwickel hinzu
• Verkürzen Sie nicht unterstützte Spannweiten
• Befestigungspunkte zusammenbinden

Montagekonfiguration ändern

• Fügen Sie Zwischenstützen hinzu, um die Spannweiten zu reduzieren
• Verlegen Sie die Befestigungspunkte an steifere Stellen
• Verwenden Sie robustere Montageteile

Operative Lösungen

• Geschwindigkeitsbegrenzung: Vermeiden Sie den Betrieb bei Resonanzdrehzahlen
• Schnelle Beschleunigung: Beim Anfahren schnell durch die Resonanz gehen
• Erregung reduzieren: Verbessern Gleichgewicht um die Krafteinwirkung bei der Resonanzfrequenz zu minimieren

Besondere Überlegungen

Schwingungsisolierendes Design

Durch die richtige Konstruktion des Isolationssystems wird eine Resonanz bei der Montage verhindert:

• Frequenzverhältnis: f_Isolator < 0,3 × f_{Mindestbetriebsdauer}
• Übertragbarkeit: Bei Resonanz kann die Übertragbarkeit > 10 sein (Verstärkung, nicht Isolierung)
• Betriebsbereich: Stellen Sie sicher, dass alle Betriebsfrequenzen > 2-3× Isolatorfrequenz für eine effektive Isolierung sind
• Überlegungen zum Startup: Akzeptiere hohe Vibrationen, die durch Resonanz gehen, wenn kurz

Gekoppelte Ausrüstung

Motorbetriebene Geräte auf gemeinsamer Grundplatte:

• Die gesamte Baugruppe verfügt über Starrkörpermodi auf Halterungen
• Die Schwingungskopplung zwischen Motor und angetriebener Ausrüstung erfolgt über die Grundplatte
• Resonanz kann durch beide Maschinen angeregt werden
• Erfordert die Behandlung als Gesamtsystem, nicht als einzelne Maschinen

Mess- und Analysetools

Modalanalyse

• Vollständige Charakterisierung aller Montagesystemmodi
• Identifiziert Frequenz, Dämpfung und Modusform für jeden Modus
• Liefert Daten für Designänderungen
• Kann experimentell oder durch FEA erfolgen

Betriebsschwingform (ODS)

• Visualisieren Sie das tatsächliche Bewegungsmuster während des Betriebs
• Unterscheidet Montageresonanz von Rotorresonanz
• Zeigt an, welcher Modus aktiv ist (Bounce, Rock usw.)
• Leitet die Platzierung von Versteifungsmodifikationen

Selbst bei gut gewarteten und richtig ausgewuchteten Maschinen kann eine Resonanz der Lagerung zu starken Vibrationen führen. Für eine erfolgreiche Schwingungskontrolle in rotierenden Anlagen ist es wichtig, die Eigenfrequenzen von Lagerungssystemen, insbesondere Schwingungsisolationssystemen, zu kennen und eine ausreichende Frequenztrennung von der Betriebsdrehzahl sicherzustellen.

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