Schwingungen messen

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hi

ich schreibe gerade an meiner Bachelorarbeit und bin auf ein kleines Problem gestoßen. Ich habe eine rotierende Welle in einer Maschine die zwei Zylinder trägt und alles zusammen ca. 1100 kg wiegt. Diese Welle ist nur auf einer Seite gelagert (durch Schrauben befestigt) das andere Ende ist somit komplett ohne Lagerung,schwebt in der Luft. Diese Welle fängt ab einer bestimmten Drehzahl an zu schwingen und und deren Frequenz müsste ich mal messen. Kennt iht vielleicht irgendwelche Verfahren zur Messung von Schwingungen ?

mfg Alex

#2

Hallo Alex,
Leider fehlen mir die genauen Messtechnik-Methoden, aber schau mal bei den untenstehenden Webseiten nach und ruf eimal dort an, da wird man Dir sicher gerne weiterhelfen. Für eine Bestimmung des Messbereiches wäre sicher auch eine rechnerische Abschätzung des Messbereiches erforderlich. Dazu ist notwendig die Geometrie des Gebildes (Durchmesser, Länge, Abstand von der Lagerung, Drehzahl, etc) zu kennen.

www.bruelkjaer.de/
www.vibro-meter.com
www.jaquet.com/

Wünsche Dir viel Erfolg
MSRnst

#3

Hallo,

je nach Amplitude der Schwingung und mit aufsteigendem Aufwand der Messung aber auch aufsteigenden Möglichkeiten der Analyse:

  • Stroboskop (Frequenz ändern, bis sich ein stehendes Bild ergibt).
  • Induktivtaster mit PC- Anbindung
  • mit Hilfe von Profis (z.B. Steinbichler, OptoSurf googeln)

Gruß
Michael Heiß

#4

Hallo Alex,

da gibt es je nach Frequenz und Amplitude die verschiedensten Lösungsansätze. Ich nehme mal an, dass im vorliegenden Fall die Frequenz unter 20 kHz liegen wird. Da es an der Hochschule vermutlich nichts kosten darf, empfehle ich einen handelsüblichen Piezo-Hochtonlautsprecher zu missbrauchen (z. B. von Conrad). In dem Lautsprecher ist ein Konus aus Pappe mit einem aufgeklebten Bariumtitanat-Kristall. Den Konus mit UHU endfest einschmieren, dadurch versteifen und mit der Öffnung an die Maschine kleben. Das Kristall dient als Sensor und als bewegte Masse. Am Kristall kann man hochohmig eine Spannung im Volt-Bereich abgreifen, z. B. mit einem Oszilloskop.

Gruß Thomas

#5

ich bin eigentlich in einem großen Konzern, deshalb darf es schon einbischen mehr kosten. Hauptsache, die Ergebnisse sind brauchbar… Wir würden auch Profis für diesen Auftrag einstellen, deshalb bin jetzt auf der Suche nach den richtigen Messprinzipien und Leuten, die sich damit auskennen.

mfg alex

#6

Wenn es nur mal eben um die Frequenz geht, reicht die Methode völlig. Aber wer viel Geld hat und das Equipment dauerhaft & zuverlässig anbringen will, kauft Beschleunigungssensoren von Kistler.

Gruß Thomas

#7

Hi

ich schreibe gerade an meiner Bachelorarbeit und bin auf ein
kleines Problem gestoßen. Ich habe eine rotierende Welle in
einer Maschine die zwei Zylinder trägt und alles zusammen ca.
1100 kg wiegt. Diese Welle ist nur auf einer Seite gelagert
(durch Schrauben befestigt) das andere Ende ist somit komplett
ohne Lagerung,schwebt in der Luft. Diese Welle fängt ab einer
bestimmten Drehzahl an zu schwingen und und deren Frequenz
müsste ich mal messen.

Verfahren zur Messung von Schwingungen ?

mfg Alex

Hallo Alex211110 !

Mein Freund, Dir kann geholfen werden.
Jeder schwingende Gegenstand erzeugt auch Schallwellen und die kann man mit einem Mikrofon einfangen. Man kann das Ausgangssignal des Mikrofons verstärken, bis es groß genug ist, um einen Frequenzzähler anzusteuern oder auf einen Oszillografen abgebildet zu werden. Allerdings vermute ich, daß Dein ‚Schallwellensender‘ ein Gemisch von Frequenzen abgibt. Dann spinnt jeder Frequenzzähler. Du wirst Dein ‚Meßobjekt‘ wahrscheinlich auch nicht in die Nähe Deines Computers tragen können. Deshalb versuche mal, einen Laptop zu bekommen (es kann eine alte Gurke sein), hol’ Dir CoolEdit aus dem Netz. Auch hier genügt die älteste Version CoolEdit-96, die nicht erst geknackt wrden muß. Ideal wäre allerdings der Nachfolger ‚Adobe Audition‘. Der bringt Dir in diesem Falle zwar keine Vorteile, ist aber bequemer anzuwenden. Die CoolEdit-Programme laufen aber auch noch unter Windows-98, falls Du nur so eine alte Krücke auftreiben kannst. Ich habe viele Jahre erfolgreich damit gearbeitet. Das ist ein Programm zur Audio-Bearbeitung mit einem ausgezeichneten Spektrum-Analysator, mit dem Du alle Frequenzen gleichzeitig angezeigt bekommst. An das Mikrofon werden dabei auch keine besonderen Ansprüche gestellt, wenn Du nur die Frequenzen ausmessen willst und nicht noch die Pegeldifferenzen zwischen denen.
Ich vermute mal, daß die Grundfrequenz der erzeugten Geräusche unter 100 Hz liegen wird. Es können aber auch zusätzlich Oberwellen bis in der Kiloherz-Bereich erzeugt werden. Wenn Du Deine Meßvorrichtung zusammengestellt hast und weitere Hilfe brauchst, kannst Du mich auch direkt anrufen: 05121-515184.

Ich wünsche Dir viel Erfolg damit.
Alfred2000

#8

vielen Dank, ich werd mich mal schlau machen…

mfg alex

#9

Ich wuerde vorschlagen du gehst in eine Autowaerkstadt und schaust wie sie Reifen balangsieren, das princieb ist ja das selbe, auf diese weise kannst du sehen wie es funktioniert.
MFG
Drache

#10

Hallo alex 21110,
leider kann ich Dir bei diesen Proplem nicht helfen .
Die Schwingungstests die ich kenne sind Dauerschwingungstests um Materialermühdung nachzuweisen.
Ich kann mir aber vorstellen das die von Dir beschriebenen Schwingungen Optisch gemessen werden können.
Mfg.

#11

bestimmten Drehzahl an zu schwingen und und deren Frequenz
müsste ich mal messen. Kennt iht vielleicht irgendwelche
Verfahren zur Messung von Schwingungen ?

Hallo,
ich rate Dir einen Induktivgeben am Umfang der Welle anzuordnen. Es ist vermutlich eine Stahlwelle, in der Naehe feststehend muesste eien Halterung angebracht werden, und der Geber nah an die Welle, natuerlich feststehend.
http://www.kfztech.de/kfztechnik/elo/sensoren/indukt…
Gibts in jeder Werkstatt oder beim Schrott, fuer kleines Geld.
Diese Art Induktivgeber enthalten eine Spule und einen Magnet. Sie werden oft als Drehzahlsensoren, ABS-Sensoren oder seltener als Kurbelwellensensoren oder Nockenwellensensoren angeboten. Wobei letztere oefters mit Hallsensoren bestueckt sind, die meist fuer Deine Anwendung nicht geeignet sind.
So ein Induktivgeber fragt normal ein Stahl-Zahnrad ab. Je Zahn gibt es einen Sinus-Impuls. Dein Rad hat sozusagen einen Impuls pro umdrehung. Alternativ kannst Du auch einen Zahnkranz extra montieren und abfragen, oder ein paar Schraubenkoepfe oder gefraeste Nuten. Muss nur Stahl sein, ferromagnetisch.
Dein Messignal, die Frequenz, ergibt sich aus der Frequenz des Ausgangssignals, mal die Anzahl der Nuten, ohne Nuten eben mal eins. Die Amplitude ist drehzahlabhaengig und abstandsabhaengig, willst Du aber nicht auswerten. Bei null Drehzahl gibt es null Volt, dann ansteigend mit der Drehzahl, und ansteigend mit weniger Abstand.
Der Messfehler der Frequenz ist uebrigens Null, 10 Mrd Umdrehungen ergeben 10 Mrd Impulse, und nicht 0,01 Prozent weniger.
Gruss Helmut

#12

Sorry, da weiss ich leider nichts drüber. Viel ERfolg bei der weieren Suche.

#13

hallo Helmut,

vielen Dank schon mal für die Antwort. Deine Idee kann ich nicht so ganz nachvollziehen. Diese Welle ist einseitig gelagert und wird ab einer bestimmten Drehzahl anfangen zu schwingen und zwar wie ein Kragarm. Es treten also Biegeschwingungen auf von denen wir die Frequenz messen wollen und dann daruas die maximale Drehzahl der Welle ableiten. Geht das denn mit dem Induktivgeber ? So wie ich es verstanden habe, kann man damit die Drehzahl bestimmen.

mfg Alex

#14

Hallo,
zuerst mal, ich verstehe, dass die Welle irgendwie sich nach unten durchbiegt und dann bei erhoehter Drezahl diese Verbiegung irgendwie umlaeuft oder auch nach oben stattfindet.
Zwischen dem Wellenende und einem neben der Welle feststehenden Teil wird sich eine Abstands-Aenderung ergeben. Diese Aenderung will ich erfassen.

Das Magnetfeld des Induktivgebers, feststehend neben der Welle, wird durch Anstandsaenderung veraendert und eine Signalspannung erzeugt. Bei einer Umdrehung mit zB unrundem Lauf bewirkt die Welle eine Schwingung an Abstandsaenderung und damit eine Schwingung im Spannungssignal des Induktivgebers. Eine sinusfoermige Schwingung des Ausgangssignals. Von null auf vielleicht 1 Volt und Sinus -1V zurueck auf null. Falls mehr oder Oberschwingungen, sehe ich das auch im Signal des Induktivgebers.

Bei groesserer Schwingungsamplitude wird das Induktivgebersignal auch groesser, groessere Amplitude. Du willst aber die Frequenz auswerten, und das geht auch und zudem recht genau.

Alles unter der Bedingung, die Welle schwingt wie anfangs beschrieben, quasi schlechterer Rundlauf bei mehr Schwingung. Oder ist es eine ganz andere Schwingung, zb eine Drehschwingung?
Gruss Helmut

#15

Hallo Helmut,

das ist schon so, wie du am Anfang beschrieben hast. Die Welle hängt erstmal durch und dann bei größeren Drehzahlen ist das dann einen umlaufende Biegung…Man kann die also als einen Kragarm ansehen, denke ich.

mfg Alex

#16

Hallo Alex,
ich fürchte da hast du nicht nur ein kleines Problem sondern ein sehr grosses.
Prinzipiell geht ein mechanischer Taster (die Eignung hängt aber davon ab, welche Frequenz der mechanischen Schwingung du erwartest bzw. bei welcher Drehzahl deine Welle arbeitet, mechanische Meßmittel sind natürlich nicht für hohe Drehzahlen geeignet)
Du könntest deine Welle auch statisch vermessen lassen (z.B. in einem Betrieb für Motorinstandsetzung, die verfügen über die entsprechenden Geräte) damit du schon mal im ruhenden Zustand einen Hinweis bekommst, wo die größten Ausschläge zu erwarten sind --> ist die Welle in der Mitte verformt oder nur zum Ende hin, sind die Zylinder koaxial oder nicht usw.)

Alternativ dazu sind natürlich optische Meßverfahren ganz gut (professionelle Lösungen gibt es z.B. hier: http://www.mahr.de/index.php?NodeID=11935&ContentID=…) da sie die geringste Beeinflussung des Meßobjekts bieten. Hier könntest du vielleicht deine Welle auch statisch vermessen lassen.

Eine weitere Alternative sind induktive Sensoren oder piezo Sensoren, die den Abstand zu Welle messen.

Die richtige Wahl der Mittel hängt aber immer von der benötigten Genauigkeit ab, die du erreichen mußt oder ob du Informationen sammeln mußt um die Welle auszuwuchten. Das ist hochkomplex und die Meßtechnik kostet dann 10 000€ (das ist wie ein Feder-Masse-System mit einer Eigenresonanz).

Wenn es nur um eine grobe Abschätzung geht, dann reicht auch eine Stroboskoplampe wie sie KFZ-Mechaniker verwenden.

Viele Grüße

Peter

#17

Hallo Alex,
ich habe noch eine zweite Quelle gefunden für dein Meßproblem, es handelt sich hier um etwas einfachere Geräte:
http://www.hofmannmaschinen.com/cont/cms/front_conte…

Die haben auch die entsprechenden Auswuchtmaschinen im Angebot, sogar für deine große Welle:
http://www.hofmannmaschinen.com/cont/cms/front_conte…

Eine hightech Lösung hat auch folgende Firma im Angebot:
http://www.oros-deutschland.com/unsere-produkte/soft…
Die haben sowohl die hardware als auch entsprechende Analysesoftware für alle Lebenslagen im Angebot.

Mit etwas google-Recherche müsstest du auch noch einen Hersteller finden, die solche Sachen ausleihen (ähnlich wie http://www.rosenkranz-elektronik.de)

Viele Grüße
Peter