Eigenfrequenz- und Dämpfungsmessung 1 Einleitung 2 Grundlagen - DGaQs

Eigenfrequenzmessung P. Fey
Abbildung 2 Automatische Anregeeinheit
vom Typ SigEDE
3 Messtechnik
3.1 Anregung
der mit einem kontinuierlichen Sinussignal angesteuert wird.
Die Anregemethoden lassen sich generell in zwei Klassen
einteilen: impulshafte Anregung und kontinuierliche
Anregung. Kontinuierliche Anregung bedeutet,
dass der Prüfling zu einer lang andauernden Schwingung
gezwungen wird, indem er mit einem schwingenden
Element in Verbindung gebracht wird. Ein mögliches
Beispiel ist die Lagerung auf einem Piezoaktor,
Impulshafte Anregung wird ausgeführt, indem man den Prüfling durch einen kurzen Stoß in
Schwingung versetzt. Für einfache Prüfaufgaben oder Prüfaufgaben, bei denen der Prüfling an
verschiedensten Stellen angeregt werden soll, bietet sich die manuelle Anregung mit einem
Hammer an. Speziell für diesen Zweck geschaffenen Modalhämmer sind mit einer Kraftmessdose
ausgestattet, um die in den Prüfling eingebrachte Energie quantifizieren zu können. Die
Reproduzierbarkeit der Anregung ist hier stark von der den Schlag ausführenden Person abhängig
[McConnel1995]. Um eine Bedienerunabhängige Anregung zu ermöglichen, hat RTE automatische
Anregeeinheiten von Typ SigEDE entwickelt, die elektrisch angesteuert werden und
reproduzierbar anregen. Diese sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich und an die jeweils
aktuelle Prüfaufgabe anpassbar. Abbildung 2 zeigt eine solche automatische Anregeeinheit. Der
an der linken Seite des Gehäuses hervorstehende Stößel fährt mit hoher Geschwindigkeit aus
dem Gehäuse, überträgt einen Impuls an das Werkstück und wird automatisch wieder eingefahren.
Sowohl bei automatischer, als auch bei manueller Anregung ist es wichtig, geeignete Anregeorte
zu wählen. Eine Schwingung kann nur dann durch Anregung erzeugt werden, wenn durch die
Anregung eine Auslenkung des Prüflings in Richtung der Schwingung erzwungen wird. Ein auf
zwei Punkten gelagerter Prüfling schwingt nicht, wenn man ihn so anregt, dass die Anregung
ihn nur fester auf die Lagerung drückt, aber keine Verformung erzeugt. Der Anregeort sollte so
gewählt sein, dass der Prüfling sich elastisch verformt und durch die dabei entstehenden Rückstellkräfte
in Schwingung kommt.
3.2 Sensorik
Zur Erfassung der Schwingungen des Prüflings stehen generell zwei Typen von Sensoren zur
Verfügung: Ortsabhängig messende Sensoren wie Körperschallsensoren oder Laservibrometer
und ortsunabhängig messende Sensoren wie Mikrofone [Hertlin2003, Möser1994]. Die schwingende
Oberfläche des Prüflings erzeugt Druckwellen in der umgebenden Luft, die vom Mikrofon
in elektrische Signale umgewandelt und so der Datenauswertung zugeführt werden können.
Körperschallsensoren werden am Prüfling adaptiert und messen die Beschleunigung, die durch
die Adaption auf sie wirkt. Laser-Doppler-Vibrometer bestimmen an der Stelle, auf die ihr Laserstrahl
gerichtet ist, die Geschwindigkeit der Oberfläche. Nachteil der ortsabhängig messenden
Sensoren ist, dass sie nur an einem Ort messen, also nur die Resonanzfrequenzen erfassen
können, deren Schwingungsform an diesem Ort eine messbare Amplitude aufweist. Dieser
Nachteil kann in einigen Fällen allerdings ein Vorteil sein, wenn man nur bestimmte Eigenfrequenzen
untersuchen möchte, deren Schwingungsformen man kennt. Mit einem Mikrofon kann
dagegen ortsunabhängig gemessen werden. Es muss nur ein Teil der Oberfläche des Prüflings,
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