Schwingungen während des Prozesses können bei allen Maschinen – Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Abfüllanlagen und viele weitere – zu einer Einschränkung der Produktivität oder zu Qualitätseinbußen am Produkt führen. Die Ursachen sind vielseitig und häufig nicht auf den ersten Blick erkennbar. Als Grundlage zur Optimierung des Prozesses hilft eine Schwingungsanalyse meist weiter, um die Ursachen zu identifizieren. Das IFW hat hierfür ein neues, mobiles Modalanalysesystem beschafft, das auch für den Einsatz beim Kunden eingesetzt werden kann.

Zur Schwingungsanalyse von Maschinen wurde am IFW ein neues, weiteres Modalanalysesystem Simcenter SCADAS mobile der Firma Siemens beschafft. Hiermit ist es möglich sowohl die Eigenfrequenzen der Maschine oder eines Bauteils mit einer Modalanalyse, als auch die während des Prozess auftretenden Schwingungen mit einer Betriebsschwingungsanalyse zu identifizieren. Unerwünschte Schwingungen, die die Produktivität senken, können somit auf ihre Ursache zurückgeführt und zur Optimierung der Maschine genutzt werden. Derartige Analysen konnte das IFW seit vielen Jahren mit einem bestehenden Modalanalysegerät sowohl in Forschungs- als auch bei Industriepartnern erfolgreich abschließen.

Das neue System bietet weitere Analysemöglichkeiten: Es können bis zu 32 Sensoren gleichzeitig angeschlossen und für eine Schwingungsanalyse genutzt werden. Dabei können akustische Sensoren (z. B. Mikrofone), Schwingungssensoren (z. B. triaxiale Schwingungsaufnehmer) oder auch direkt aufgeklebte Sensoren (z. B. Dehnungsmessstreifen) verwendet werden. Mit dem integrierten Akku lässt sich das Messsystem mobil nutzen. Mit verschiedenen Messkarten können dabei Daten über eine EtherCAT-Schnittstelle oder CAN-Bus aufgenommen werden. Die Messdaten können prozessparallel mit einer Sampling Rate bis zu 51.2 kHz aufgenommen werden.

Ein Anwendungsbeispiel: Ein Zerspanprozess an einer Werkzeugmaschine ist instabil und es treten unerwünschte Rattermarken auf der Bauteiloberfläche auf. Die Ursache für die Schwingungen sind unbekannt, oder die Schwingungen sind bei einer anderen Werkzeugmaschine nicht aufgetreten. Die Ursache kann beispielhaft am Werkstück und an der Bearbeitungsreihenfolge, in der Aufspannsituation, im verwendeten Werkzeug und Werkzeughalter oder an den eingestellten Prozessparametern liegen. Um die Ursache zu identifizieren, kann mittels einer Betriebsschwingungsanalyse und der Untersuchung der Werkstückoberfläche die Frequenzen der während des Prozesses auftretenden Schwingungen identifiziert werden. Durch den Einsatz mehrerer Sensoren lassen sich verschiedene Komponenten gleichzeitig untersuchen. Die Schwingungen können mit dem Analysesystem eindeutig einer Komponente zugewiesen werden. Zudem kann durch eine Modalanalyse mit einer Impulsanregung an einzelnen Komponenten deren kritische Eigenfrequenz bestimmt werden. Die identifizierte Eigenfrequenz der Komponente kann folgend durch zusätzliche Maßnahmen, wie die Erhöhung der Steifigkeit, zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen oder die Wahl anderer Prozessparameter, die die Schwingung nicht anregen, optimiert werden.

Sollten Sie Schwingungsprobleme bei Ihrer Fertigung haben, hilft Ihnen das IFW gerne weiter.

Für weitere Informationen steht Ihnen Herr H. Buhl, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 511 – 762 5210 oder per E-Mail ([email protected]) gern zur Verfügung.