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Schwingungs­versuch

Individuelle Schwingungsanalyse und Schwingungsmessung

Verschiedene Wege der Schwingungsanalyse und Schwingungsmessung

ICS verfügt über ein Team erfahrener Schwingungsmesstechnik-Experten, die seit über zwei Jahrzehnten in der Entwicklung und Optimierung von Produkten unterstützen. Jedes Projekt wird individuell betrachtet und auf die spezifischen Anforderungen unserer Kunden zugeschnitten. 


Wir bieten eine breite Palette an Verfahren der Schwingungsanalyse und -messung und wählen entsprechend der Anforderungen unserer Kunden die passenden Methoden aus.


Unser Hauptziel ist es, unseren Kunden die bestmöglichen Lösungen zu bieten, um die Leistung, Sicherheit und Betriebsdauer ihrer Produkte zu verbessern.

 

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Versuchsplanung

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Sowohl bei der analytischen als auch bei der experimentellen Schwingungsanalyse ist unser Ziel, Ihre Maschinen und Anlagen so zu optimieren, dass unerwünschte Schwingungen und Resonanzen keinen Einfluss auf den Betrieb oder den Komfort haben. Daher planen wir im ersten Schritt einer Messkampagne detailliert die erforderliche Vorgehensweise, um am Ende sicherstellen zu können, dass alle zur Lösung der Aufgabenstellung benötigten Messdaten auch zuverlässig erfasst werden.


Hierbei betrachten wir neben den technischen Gesichtspunkten auch Aspekte der Produkt- und Arbeitssicherheit, wodurch ein hohes Maß an Prozesssicherheit gewährleistet wird. Bei der Versuchsplanung von Schwingungsanalysen werden bei ICS, soweit möglich, Ergebnisse einer Finite-Elemente-Analyse genutzt, damit später Messung und Analyse nahtlos zusammengeführt werden können.


Typische Fragestellungen, die im Zusammenhang mit der Versuchsplanung berücksichtigt werden, sind:

 

  • die Auswahl relevanter Zielgrößen (z. B. Eigenfrequenzen und Eigenformen)
  • die Auswahl der erforderlichen Messfreiheitsgrade hinsichtlich ausreichender räumlicher Erfassung der Zielgrößen, Zugänglichkeit der Messstellen, Robustheit etc.
  • die Auswahl der Anregungspositionen (falls möglich, simultane Anregung aller Zielgrößen)
    die zuverlässige Definition des zu erfassenden Frequenzbereichs sowie der Frequenzauflösung für nachfolgende Analyseverfahren
  • die Auswahl der Sensorik (Beschleunigungssensoren, Laser, Kraftsensoren etc.) in Abhängigkeit von der Messaufgabe und dem Versuchsobjekt
  • die Auswahl der Anregung (Hammer, Shaker, ambient)
  • bei Shakeranregung die Definition des Anregungssignals
  • die Planung und Umsetzung der Lagerung des Versuchsobjekts (frei/frei oder gebunden) sowie bei Bedarf Konstruktion und Fertigung von Adaptern
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Schwingungsmessung

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Vibrations- und Schallmessungen spielen in vielen Industrien eine wichtige Rolle. Denn, ob es sich um eine große Fertigungsanlage oder nur ein kleines Elektrogerät handelt, ein unerwartetes Schwingungs- oder Akustikverhalten kann unangenehme bis verheerende Folgen haben. An diesem Punkt setzt ICS an: wir bestimmen das tatsächliche Schwingungsverhalten Ihrer Produkte, Maschinen und Anlagen mithilfe verschiedener etablierter Versuchsmethoden.

 

Die eingehende Analyse der dynamischen Eigenschaften unterstützt und erleichtert im Anschluss die Produktentwicklung und ermöglicht eine wirtschaftliche Optimierung von Maschinen und Prozessen. Damit erreichen Sie eine nachhaltige Verbesserung der dynamischen und akustischen Eigenschaften, eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und des Komforts sowie eine Verlängerung der Lebensdauer Ihrer Produkte.

 

Speziell bieten wir Ihnen folgende Leistungen an, wobei eine Bearbeitung bei Ihnen vor Ort oder aber auch in unserem hauseigenen Messlabor erfolgen kann:

  • klassische experimentelle Modalanalyse mit Impulshammer oder Modalerreger (Shaker)
  • Output-Only-Modalanalyse auf Basis ambienter Anregung (Umgebungsanregung)
  • Betriebsschwingungsmessungen
  • Torsionsschwingungsmessungen
  • Transferpfadanalyse (TPA)
  • Schwingtischversuche (Qualifikation)
  • Schallmessungen und Innenraumakustik


Grundsätzlich wird zwischen erwünschten Schwingungen und unerwünschten Schwingungen unterschieden. Besonders im regulären Betrieb geht es allerdings darum, unerwünschte Schwingungen von Maschinen und Anlagen zu ermitteln und dauerhaft zu eliminieren, da diese einen negativen Einfluss auf Funktionalität, Komfort, Sicherheit, Lebensdauer, Lautstärke etc. haben können. Betriebsschwingungsmessungen durch ICS sind dabei ein integraler Baustein, um die Auswirkungen von Maschinenschwingungen zu analysieren und deren Ursachen zu identifizieren. 


Durch modernste Schwingungsmesstechnik erfassen und dokumentieren wir auftretende Schwingungen. Auf Grundlage der Messergebnisse analysieren wir dann eingehend das Schwingungsverhalten Ihres Produkts bzw. Ihrer Maschine und treffen fundierte Aussagen, die Ihnen helfen, Ihre dynamischen Herausforderungen zu meistern.

 

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Experimentelle Modalanalyse

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Die experimentelle Modalanalyse liefert durch spezielle Versuche die praktisch überprüfbare Antwort auf die Frage, wie Objekte dynamisch auf definierte äußere Kräfte reagieren. Jedes Bauteil sowie jede Maschine verfügt über spezifische Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen sowie ein modales Dämpfungsverhalten. Diese Faktoren charakterisieren das individuelle Schwingverhalten von dynamischen Systemen. Versetzt eine innere oder äußere Kraft das Objekt mit einer Anregungsfrequenz in Schwingung, die ähnlich der Eigenfrequenz ist, kann es zu großen und mitunter unzulässigen Schwingungsausschlägen kommen.


Diese sogenannten Resonanzschwingungen können, wenn es ungünstig läuft, zur Funktionsbeeinträchtigung oder Beschädigung der Maschine führen. Das Ziel der experimentellen Modalanalyse ist es daher, die modalen Eigenschaften zu ermitteln, um daraus Rückschlüsse für ein schwingungsoptimiertes System zu gewinnen.


Im ersten Schritt der experimentellen Modalanalyse bestimmen wir dafür die sogenannten Frequenzgänge eines Objekts. Diese geben zunächst Auskunft über das Antwortverhalten auf definierte Anregungskräfte. Hierzu wird das Prüfobjekt geeignet durch äußere Kräfte, z. B. mittels Modalhammer oder elektrodynamischen Schwingerreger (Shaker), erregt und die Antworten (Beschleunigungen, Dehnungen, Schalldrücke, etc.) auf diese Anregung erfasst. Im Anschluss werden aus den Frequenzgängen dann Eigenfrequenzen sowie Eigenformen, modale Dämpfungen und modale Massen (modalen Skalierungsfaktoren) identifiziert. Diese beschreiben schließlich das Modalmodell, aus dem wir genaue Erkenntnisse über das Schwingungsverhalten Ihrer Anlagen oder Komponenten ableiten können. Dies ermöglicht uns eine präzise Analyse und Bewertung der Schwingungseigenschaften Ihrer Systeme.


Natürlich wird keines der Prüfobjekte bei der Modalanalyse beschädigt! Sollte, in seltenen Fällen, eine experimentelle Modalanalyse aufgrund einer unzureichenden experimentellen Betriebsfestigkeit nicht möglich sein, greifen wir auf die numerische oder rechnerische Modalanalyse zurück, bei der mithilfe von FEM eine digitale Ermittlung des Modalmodells erfolgt.

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Schwingtischversuche (Qualifikation)

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Ein- und mehraxiale Schwingtische, auch Rütteltische genannt, sind im Bereich der Schwingungstechnik Hilfsmittel, mit denen Maschinen und Anlagen auf deren Bauteil- und Materialverhalten unter realen Betriebslasten geprüft werden. Die durch die Schwingtische verursachten Schwingungen können dabei mit einem oder mehreren Freiheitsgraden sowohl einzeln als auch gleichzeitig angeregt werden. Schwingtischversuche sind daher bestens dafür geeignet, die Betriebsfestigkeit, Funktion und Integrität Ihrer Prüfobjekte unter realen Lasten zu qualifizieren. Darüber hinaus können Schwachstellen identifiziert und Optimierungspotenziale gehoben werden.


Insbesondere in der Automobil- und der Halbleiterindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie im Anlagen- und Maschinenbau setzen wir Schwingtischversuche ein, um Bauteile unserer Kunden zu qualifizieren. Zudem können Schwingtischversuche auch bei Komfortprüfungen oder Funktionsprüfungen zum Einsatz kommen. 


Bei ICS setzen wir dabei für Ihre individuelle Lösung stets auf etablierte Hard- und Software und haben Zugriff auf umfangreiche Prüftechnik:

  • Schwingtischsysteme und Shaker verschiedener Leistungsklassen
  • Regelsystem für hochpräzise, geregelte Sinus-, Puls- und Rauschanregungen
  • Standardprüfprozeduren sowie individuelle Prüfprofile nach Kundenvorgabe
  • Individuelle Konstruktion und Fertigung von Prüflingsadaptern
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Signalanalyse

 

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Eine fundierte Auswertung der Messergebnisse ist nur möglich, wenn die bei der Schwingungsmessung gewonnenen Daten sinnvoll interpretiert werden. Dies ist im Bereich der Schwingungsmesstechnik die Grundlage, um ungewünschte Phänomene erkennen und Verbesserungspotenziale erschließen zu können. Durch eine auf die Aufgabe zugeschnittene Signalanalyse können wir gezielt das dynamische Verhalten analysieren und kritische Aspekte Ihrer Systeme herausarbeiten.


Dies bildet die Basis für eine erfolgreiche nachfolgende Optimierung Ihrer Produkte. Typische Auswertungen, die wir dabei durchführen können, sind zum Beispiel:

 

  • FFT
  • Pegelanalyse
  • Kurzzeit-Spektralanalyse
  • Ordnungsanalyse
  • digitale Filterung sowie Terz- und Oktavanalyse
  • nichtparametrische und parametrische Identifikation
  • Modalanalyse
  • Betriebsschwingformanalyse
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Ausstattung

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Für die experimentelle Ermittlung von Schwingungen nutzen wir Schwingungsmesstechnik, die dem neuesten Stand der Technik entspricht:

  • Komplett mobile Datenerfassungssysteme (Brüel&Kjær LAN-XI, PAK, VXI und EMX bis max. 120 Kanäle), mit denen bei Bedarf Messungen schnell und unkompliziert auch beim Kunden vor Ort durchgeführt werden können
  • Impulshammer, Schwing- und Modalerreger (Shaker), Schallquellen
  • Shaker-Regelsystem für hochpräzise, geregelte Sinus-, Puls- und Rauschanregungen
  • Wegaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer einachsig/dreiachsig
    Laservibrometer (IR-Laser/QTEC), optional mit Faserobjektiv für erschwert zugängliche Messstellen
  • Dehnungsmessungen mit DMS
  • Mikrofone
  • Kraftaufnehmer
  • Verschiedene seismische Blöcke auf Luftlagern zur Realisierung fester Einspannbedingungen
  • Klimakammer zur Messung unter definierten Umgebungsbedingungen (Temperaturbereich regelbar von circa 5-45 °C +/- 0,5 °C)
  • Elastomerseile und Luftfedern für quasi frei/freie Lagerungen bis 3000 kg (BG abgenommen)
  • Zugriff auf spezielle Hardware auf Anfrage (1D und 3D Laser Scanning Vibrometer, Kraftmessplattformen etc.)

 

Zudem verfügen wir über ein hauseigenes Messlabor mit einer Fläche von rund 170 m² und einem ebenerdigen Zugang über Sektionaltor (LKW-Andienung möglich). Alternativ zur Schwingungsmessung bei Ihnen vor Ort können wir Schwingungsmesstechnik-Versuche also auch im eigenen Labor in Dreieich durchführen.

Kontaktieren Sie uns gerne persönlich

Wir beraten Sie gerne bei Fragen rund um das Thema Schwingungsversuche.

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DR. CARSTEN SCHEDLINSKI
GF | SCHWINGUNGSVERSUCHE, MODELLVALIDIERUNG
Tel.: +49 (0) 6103 922440

Die Vorteile einer professionellen Schwingungsanalyse

 

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Prüfung der Produktqualität

Experimentelle Prüfung der Funktion und Festigkeit von Bauteilen

Prüfung der Auswirkungen innerer Anregungen sowie äußerer Schwingungseinflüsse 

Erfassung des charakteristischen dynamischen Maschinenverhaltens

Zuverlässige Bewertung und Identifikation von Optimierungspotenzialen dynamisch belasteter Systeme

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Senkung der Produktionskosten

Schwingungsversuche decken schon bei der Entwicklung Schwachstellen auf

Erst der optimierte Prototyp geht final in die Produktion

Durch wenige, gezielte Versuche des Schwingungsverhaltens werden Kosten und Material gespart

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Bessere Positionierung am Markt

 

Umfangreiche Untersuchungen und Versuche sichern eine effiziente Entwicklung

Schwachstellen können durch Schwingungsversuche und flankierend mittels FEM reduziert oder beseitigt werden, sodass sich Ihre Produkte gegenüber Mitbewerbern beim Kunden durchsetzen

Produktentwicklungen sind langlebiger, robuster und qualitativ hochwertiger

Produktoptimierung mit fortschrittlicher Schwingungsmesstechnik

Ein unerwartet hoher Schwingungspegel Ihrer Produkte oder Maschinen bereitet Ihnen in Hinsicht auf Funktionalität, potenziell entstehende Schäden, hohen Verschleiß oder Lärmbelästigung Kopfzerbrechen?


Mithilfe professioneller Schwingungsversuche und Schwingungsanalyse unterstützen Ihre Experten von ICS Sie dabei, die Funktionalität zu gewährleisten, Schäden nach der Produktentwicklung zu vermeiden, Verschleiß und Lärm zu minimieren sowie den Komfort und die Effizienz zu erhöhen. 

Seit über 25 Jahren unterstützen wir Kunden aus der Halbleiter- und Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie dem Anlagen- und Maschinenbau. Als Ihr kompetenter und zuverlässiger Partner für experimentelle Schwingungsanalyse und -versuche in Deutschland führen wir auf Ihr Produkt angepasste Vibrationsmessungen für jede mechanische Aufgabenstellung durch.


Von den Erkenntnissen der Schwingungsprüfung leiten wir konstruktive Vorschläge für die gezielte Optimierung Ihrer Produkte und Prozesse ab. Besonderes Augenmerk legen wir auf die detaillierte Untersuchung der aufgezeichneten Messdaten, unter anderem auch durch das Zusammenführen von Simulation und Messung.

Bei ICS stehen Ihnen eine Vielzahl an Serviceleistungen zur Untersuchung des Schwingungsverhaltens Ihrer Produkte zur Verfügung. Deshalb passen wir unsere Herangehensweise bei jedem Auftrag individuell an die spezifischen Anforderungen an, um die besten Ergebnisse zu erzielen und höchste Kundenzufriedenheit zu gewährleisten. So können Sie sich darauf verlassen, dass wir uns voll und ganz für den Erfolg Ihres Projekts einsetzen.

Zum Kontakt

Erfolgreich dank Schwingungsmesstechnik – Versuch und Messung

Ähnlich der Finite-Elemente-Methode tragen Schwingungsanalysen und Schwingungsmessungen zur Unterstützung und Optimierung von Produktentwicklungen bei. 

 

Prüfobjekte können zudem unter realen Bedingungen auf deren Materialeigenschaften und Sicherheit geprüft werden. Im Vergleich zur FEM stehen bei der experimentellen Schwingungsanalyse keine Berechnungen, sondern Versuche im Mittelpunkt. 


Dies ermöglicht die Anwendung also auch dann, wenn kein oder kein ausreichend verlässliches FE-Modell verfügbar ist. Außerdem kann das System unter realen Randbedingungen und Lasten untersucht werden. Hierdurch eignet sich die experimentelle Schwingungsanalyse, neben anderem, hervorragend für das schnelle Trouble-Shooting an Bauteilen und Anlagen, die bereits im Betrieb sind.

Beratung anfragen
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Wir liefern Gesamtlösungen –
FE-, Schwingungsanalyse und Modellvalidierung

Unser oberstes Ziel ist es, Ihren Erfolg zu gewährleisten. Deshalb bieten wir Ihnen individuelle Unterstützung an – aus Finite-Elemente-Analyse, experimentellen Schwingungsuntersuchungen sowie Korrelation und Abgleich von Versuchs- und Analyseergebnissen. Ganzheitliche Ansätze ermöglichen es uns, Ihnen die bestmöglichen Lösungen zu liefern. Erfahren Sie hier mehr über unser Unternehmen und unsere weiteren Leistungen.

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FE-Analyse

Die Finite-Elemente-Analyse (FE-Analyse) ermöglicht eine frühzeitige, numerische Untersuchung und Optimierung der Produktzuverlässigkeit unter realistischen Bedingungen. Dadurch verbessert sich die Produktqualität und die Kosten für Prototypen und Tests werden reduziert.
Der Entwicklungsprozess wird effektiver und besser beherrschbar, da mögliche Herausforderungen frühzeitig erkannt und behoben werden können. FEM unterstützt fundierte Entscheidungen und gezielte Produktoptimierung, um hochwertige Endprodukte zu liefern.

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Modellvalidierung

Unser besonderer ICS-Service, die computergestützte Modellanpassung (englisch computational model updating), ist auf die Validierung von FE-Modellen spezialisiert. Dabei passen wir ausgewählte Modellparameter simultan an, um die Differenzen zwischen den Versuchs- und Simulationsergebnissen zu minimieren. Dank des Abgleichs erhalten wir zum einen ein tiefes Verständnis des Strukturverhaltens und der relevanten Parameter, zum anderen erreichen wir eine präzise Übereinstimmung von simuliertem und tatsächlichem Verhalten. Das Ergebnis sind qualitativ hochwertige Produkte, die zuverlässig, sicher und langlebig im Betrieb sind.

Branchen

Das genaue Verständnis des realen Schwingungsverhaltens von Komponenten oder Systemen ist in den verschiedensten Branchen äußerst wichtig. So spielt die Modalanalyse eine bedeutende Rolle bei der Konstruktion und Entwicklung von Fahrzeug- und Flugzeugteilen im Automobil- und Luftfahrtbereich. Aber auch bei Haushaltsgeräten und Medizintechnik können hilfreiche Erkenntnisse geliefert werden. 


Im Maschinenbau und Anlagenbau sind kombinierte Modalanalysen und Betriebsschwingungsanalysen entscheidend, um Anlagen optimal an ihre spezifischen Anwendungsbereiche anzupassen, insbesondere wenn im Betrieb unerwünschte Phänomene auftreten. Im Bereich der Halbleiterindustrie ist ein tiefes Verständnis der Dynamik aller beteiligten Komponenten unerlässlich, um die extrem hohen Anforderungen an die Anlagen zu erfüllen. Auch hier hilft die experimentelle Schwingungsanalyse bei der Entwicklung schlagkräftiger Produkte.

 

Je nach Branche und Projekt entwerfen wir daher für Sie konkrete und individuell zugeschnittene Prozesse, um die optimale Lösung für Sie zu finden. Mit unserer umfangreichen Erfahrung in der Halbleiter- und Automobilindustrie sowie den Branchen Luft- und Raumfahrt und dem Anlagen- und Maschinenbau können wir Ihnen in allen Bereichen innovative Gesamtlösungen aus FEM, Schwingungsversuch und Modellvalidierung bieten.

Zu den Branchen
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