Schwingungsanalyse

Schwingungsanalyse ist die systematische Untersuchung mechanischer Schwingungen von Bauteilen, Maschinen oder Strukturen, um dynamische Eigenschaften zu bestimmen, Ursachen von Störungen zu identifizieren und das Betriebsverhalten zu bewerten.

Grundlegende Ansätze gliedern sich in den Zeitbereich und den Frequenzbereich. Im Zeitbereich werden Schwingverläufe direkt betrachtet, während im Frequenzbereich Frequenzen, Amplituden und Phasenbeziehungen durch Transformationsverfahren wie die Fourier-Transformation bzw. die schnelle FFT ermittelt werden. Typische Kennwerte sind das Spektrum, die Leistungs- oder Spektraldichte (PSD) und die Kohärenz. Die Modalanalyse zielt darauf ab, Eigenfrequenzen, Modenformen und Dämpfungen zu bestimmen; sie wird als experimentelle Modalanalyse (EMA) oder operationale Modalanalyse (OMA) durchgeführt. Numerische Methoden wie das Finite-Elemente-Verfahren ergänzen Messungen und liefern Vorhersagen zu Resonanzen und Schwingungsmodi.

Messung und Ausrüstung: Typische Sensoren sind Triaxialbeschleunigungssensoren, Laser-Doppler-Vibrometer, phasengemessene Piezo-Sensoren. Datenaufnahmegeräte erfassen Signale mit ausreichender Abtastrate und Dynamikumfang. Externe Anregung erfolgt oft durch Sinus- oder Impulsanregung (Shaker oder Hammer); bei OMA können auch Betriebsanregungen genutzt werden.

Anwendungen: In der Maschinen- und Anlagenüberwachung dienen Schwingungsanalysen der Diagnose von Unwuchten, Unausrichtungen, Lager- oder Kopplungsdefekten. In der Bauwerks- und Strukturüberwachung werden Schwingungen zur Schadensfrüherkennung und Zustandsüberwachung eingesetzt.

Datenverarbeitung und Interpretation: Nachbearbeitung umfasst Conditioning, Filterung, Fensterung und Spektralinterpretation. Die Auswertung erfordert Kenntnisse über Resonanzen, Dämpfung, Kopplungen und Modenformen; Messunsicherheit und Umgebungsrauschen sind zu berücksichtigen.