Was ist ein Campbell-Diagramm?

Ein Campbell-Diagramm (auch Interferenzdiagramm genannt) stellt Anregungsfrequenzen (Oberschwingungen der Drehzahl) den Eigenfrequenzen gegenüber. An den Schnittpunkten von Oberschwingungslinien mit Eigenfrequenzlinien liegt eine mögliche Resonanz oder kritische Geschwindigkeit vor.

Was sind harmonische Ordnungen?

Harmonische Ordnungen stellen Vielfache der Drehzahl dar. 1× ist die Grundfrequenz (einmal pro Umdrehung), 2× die zweite Harmonische pro Umdrehung (häufig bei Fluchtungsfehlern), und höhere Ordnungen beziehen sich auf Schaufelübergänge, Zahnradeingriffe usw.

Wie ermittle ich die kritischen Drehzahlen aus dem Diagramm?

Kritische Drehzahlen treten dort auf, wo die Linien der harmonischen Ordnung die Linien der Eigenfrequenzen schneiden. Die Schnittpunktdrehzahl berechnet sich wie folgt: Drehzahl = fn × 60 / Ordnung, wobei fn die Eigenfrequenz in Hz und Ordnung die Harmonische ist.

Warum sind kritische Geschwindigkeiten gefährlich?

Bei kritischen Drehzahlen fällt eine harmonische Anregung mit einer Eigenfrequenz zusammen und verursacht Resonanz. Dies führt zu verstärkten Schwingungen, potenziellen Strukturschäden und beschleunigtem Verschleiß von Lagern und Bauteilen.

Wie kann ich kritische Geschwindigkeiten vermeiden?

Die Betriebsdrehzahl sollte mindestens 20% von jeder kritischen Drehzahl entfernt sein. Zu den Optionen gehören die Änderung der Eigenfrequenzen (Versteifung/Massenänderung), das Hinzufügen von Dämpfung oder die Anpassung des Betriebsdrehzahlbereichs.

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Campbell-Diagrammrechner

Stellen Sie die Interferenz zwischen harmonischen Anregungsordnungen und Eigenfrequenzen grafisch dar. Bestimmen Sie die kritischen Drehzahlüberschreitungspunkte für rotierende Maschinen.

Bis zu 5 Eigenfrequenzen Harmonische 1×–10× Kritische Drehzahlen

Kritische Geschwindigkeitsüberschreitungen

Gesamtzahl der Überquerungen im Geschwindigkeitsbereich

—

Drehzahlbereich

—

Eigenfrequenzen

—

Campbell-Diagramm

Campbell-Diagramm-Prinzip

Das Campbell-Diagramm stellt die Anregungsfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl dar. Für jede harmonische Ordnung k, die Anregungsfrequenz bei Geschwindigkeit n ist:

Ein Übergang (kritische Drehzahl) tritt ein, wenn eine harmonische Anregung mit einer Eigenfrequenz übereinstimmt:

Häufige harmonische Ordnungen

Ordnung (Harmonische)	Quelle
1×	Unwucht, Bogen, Exzentrizität
2×	Fehlausrichtung, elliptisches Lager, Lockerheit
3×	Fehlausrichtung (schwerwiegend), Kopplungsdefekte
k× (Blattdurchgang)	Anzahl der Schaufeln × Drehzahl
k× (Zahnradeingriff)	Zähnezahl × Drehzahl

Praktisches Beispiel

Beispiel – Kreiselpumpe

Gegeben: f_n1 = 25 Hz, f_n2 = 48 Hz, Harmonische: 1×, 2×, 3×

1× Kreuzung bei f_n1 Drehzahl = 25 × 60 / 1 = 1500 U/min

2× Kreuzung bei f_n1 Drehzahl = 25 × 60 / 2 = 750 U/min

1× Kreuzung bei f_n2 Drehzahl = 48 × 60 / 1 = 2880 U/min

⚠️ Hinweis: Die Betriebsdrehzahl sollte mindestens 20% von jeder kritischen Drehzahl entfernt sein. Falls während des Anlaufs eine kritische Drehzahl überschritten werden muss, muss zügig durch den Resonanzbereich beschleunigt werden.

Ein Campbell-Diagramm trägt die Erregerfrequenzen (Harmonische der Betriebsdrehzahl) über der Drehzahl gegen die Eigenfrequenzen auf. Schnittpunkte kennzeichnen potenzielle Resonanzstellen — kritische Drehzahlen, bei denen überhöhte Schwingungen auftreten können.

Harmonische Ordnungen sind ganzzahlige Vielfache der Wellendrehfrequenz. 1× = einmal pro Umdrehung (Unwucht), 2× = zweimal pro Umdrehung (Fluchtungsfehler), höhere Ordnungen resultieren aus Schaufelpassierfrequenz, Zahneingriff usw.

Kritische Drehzahl in U/min (RPM) = f_n × 60 / Ordnung. Wenn beispielsweise f_n = 50 Hz und die Erregerordnung = 2× ist, beträgt die kritische Drehzahl = 50 × 60 / 2 = 1500 U/min (RPM).

Bei kritischen Drehzahlen stimmt die Erregerfrequenz mit einer Eigenfrequenz überein, was zu Resonanz, stark überhöhten Schwingungen, möglichen Strukturschäden und beschleunigtem Lagerverschleiß führt.

Halten Sie einen Sicherheitsabstand von mindestens 20% ein. Möglichkeiten: Steifigkeit oder Masse ändern (Eigenfrequenzen verschieben), Dämpfung erhöhen, Betriebsdrehzahlbereich anpassen oder Resonanzbereiche beim Hoch- und Auslauf zügig durchfahren.

Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.