Schwingungen: Messen

Die folgenden Beispiele aus unserer täglichen Praxis zeigen die Anwendung von Schwingungsmessungen.
Schwingungsmessungen werden im allgemeinen aus den folgenden Gründen durchgeführt:

1. Zur Ermittlung der dynamischen Struktureigenschaften (Eigenfrequenz und Dämpfung)
2. Zur Feststellung von Schwingungspegeln
3. Zur Ermittlung der Beanspruchung durch dynamische Lasten

Es gibt auch eine Reihe von Sonderanwendungen von Schwingungsmessungen, bei denen man bestimmte Eigenschaften eines Objekt aus der Schwingantwort ermittelt. Die Bestimmung des Gewichts vom Hubkörper einer Brücke ist hierfür ein anschauliches Beispiel aus der Praxis.

Glockenturmschwingungen

Glocken sind physikalische Pendel mit großen Ausschlagwinkeln. Ihr Kraftspektrum enthält beachtliche Anteile höherer Harmonischer. Davon sollte keine mit einer Eigenfrequenz des Turmes übereinstimmen.
Die Animation zeigt, wie der Turm in seiner Eigenfrequenz durch die 3.Harmonische der Pendelschwingung angeregt wird. Eine Messung gibt zuverlässig Aufschluss, ob derartige Verhältnisse vorliegen und Schäden möglich sind.
Eine nachfolgende Rechnung kann die wirkenden Kräfte und den Einfluss von Abhilfemaßnahmen ermitteln.

Schwingbeiwerte (Brücken)

Durch Messungen mit Dehnungsmessstreifen (DMS) wurden die für die Berechnung von Brücken erforderlichen Schwingbeiwerte experimentell ermittelt. Dazu wurden eine Reihe von Überfahrten mit gleichem Lastenzug, aber unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt.

Als Einflussfaktor wurden die Gleiswelligkeiten zuvor mit spezieller Lehre vermessen.

Schwingungen am Pumpenmotor

An einem Pumpenmotor in einem regionalen Wasserwerk traten nach der Inbetriebnahme starke Schwingungen auf.
Eine Schwingungsmessung zeigte ein Zusammentreffen der Motordrehfrequenz mit einer Eigenfrequenz des Systems.
Die Versteifung der Konstruktion konnte Abhilfe schaffen.

Lärmschutzhalle

Durch Schwingungsmessungen wurde die dynamische Beanspruchung im Dach einer Lärmschutzhalle bei Anregung durch den Testbetrieb von Flugzeugmotoren bestimmt.

Dieselgenerator

Schwingungen an Dieselgeneratorsätzen werden üblicherweise nach DIN/ISO 8528-9 oder den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften (für den Betrieb auf Schiffen) beurteilt.
Durch Schwingungsmessungen bei der Inbetriebnahme kann frühzeitig erkannt werden, ob im Dauerbetrieb Schäden zu erwarten sind. Maßnahmen lassen sich so rechtzeitig einleiten.

Schwingungen am Ventilator

Ein auffälliger Ventilator sollte mit Hilfe von Schwingungsmessungen vor Ort ausgewuchtet werden. Das gemessene Frequenzspektrum (s. Abb. unten) zeigte neben der erwarteten Unwuchtschwingung mit der Motordrehfrequenz bei 8 Hz eine Schwingung mit doppelter Drehfrequenz (2. Ordnung) bei 16 Hz, die in keinem Zusammenhang mit vorhandenen Restunwuchten stehen konnte.
Eine Analyse des Systems ergab, dass eine verbogende Welle im Antriebsstrang des Lüfters für die Schwingungen verantwortlich war.

Frequenzspektrum des Lüfters
- vor dem Wuchten und      
- vor dem Richten der Welle

Blockfuge

In einem S-Bahn-Tunnel war an einer Blockfuge eine deutlich größere Absenkung als bei anderen Fugen festgestellt worden. Das dynamische Verhalten bei Zugpassagen an dieser Fuge war mit anderen Fugen zu vergleichen.

Ergebnis: Die Relativverschiebungen waren an dieser Fuge etwa 4-5mal größer.
Dargestellt sind Beschleunigungen, Relativverschiebung und Lichtschrankensignal an einer Fuge.

Erschütterungen

Erschütterungen durch Straßenverkehr, Rammen o.ä. werden oft als unangenehm bis bedrohlich empfunden. Sie machen sich in Wohnungen auch schon bei niedrigen Pegeln durch Klirren und Klappern bemerkbar.
Durch Messungen kann ihre Größe festgestellt werden und ihre Auswirkungen auf Menschen und Gebäude beurteilt werden.
Das Bild zeigt einen Pfahl unter der Dampframme.