Eigenfrequenz

Was ist die Eigenfrequenz?

Die Eigenfrequenz ist die Frequenz, mit der eine Spindel nach einer kurzen Anregung von selbst weiterschwingt. Schlägt man ein schwingungsfähiges Bauteil an, klingt die Schwingung mit einer bestimmten Frequenz aus. Genau diese Frequenz ist die Eigenfrequenz. Ein System kann mehrere Eigenfrequenzen haben, die zu verschiedenen Schwingungsformen gehören.

Die Eigenfrequenz ist eine Eigenschaft der Spindel selbst. Sie hängt nicht davon ab, wie schnell die Spindel dreht, sondern allein von ihrem Aufbau.

Wovon die Eigenfrequenz abhängt

Zwei Größen bestimmen die Eigenfrequenz:

• Steifigkeit: Eine steifere Welle und steifere Lagerung erhöhen die Eigenfrequenz
• Masse: Mehr schwingende Masse senkt die Eigenfrequenz

Bei einer Spindel kommen weitere Einflüsse hinzu. Die Lagervorspannung verändert die wirksame Steifigkeit der Lagerung und damit die Eigenfrequenz. Auch die Werkzeugaufnahme und ein eingespanntes Werkzeug wirken als Zusatzmasse und können die Eigenfrequenz der Gesamtanordnung verschieben.

Eigenfrequenz und Resonanz

Die praktische Bedeutung der Eigenfrequenz liegt in der Resonanz. Wird die Spindel mit einer Frequenz angeregt, die ihrer Eigenfrequenz entspricht, schaukelt sich die Schwingung auf. Die Anregung kommt im Betrieb vor allem aus der Restunwucht, deren Frequenz der Drehzahl entspricht.

Daraus folgt der Zusammenhang zur kritischen Drehzahl: Die kritische Drehzahl ist genau die Drehzahl, bei der die Drehfrequenz eine Eigenfrequenz trifft. Wer die Eigenfrequenzen kennt, kennt damit auch die Drehzahlen, die im Betrieb gemieden werden sollten.

Eigenfrequenz in der Diagnose

In der Schwingungsanalyse lässt sich das Verhalten der Spindel über der Frequenz betrachten. Liegen erhöhte Schwingungen nahe einer Eigenfrequenz, deutet das auf einen Resonanzeffekt hin und nicht zwingend auf einen Bauteilschaden. Diese Unterscheidung ist wichtig, damit nicht ein Lager getauscht wird, obwohl die Spindel lediglich in der Nähe einer Eigenfrequenz betrieben wird.

Bedeutung für die Praxis

Die Eigenfrequenz erklärt, warum eine Spindel bei bestimmten Drehzahlen unruhiger läuft als bei anderen. Sie lässt sich nicht durch Wuchten verschieben, weil sie von Steifigkeit und Masse abhängt. Wuchten verkleinert nur die Anregung. Wer unruhigen Lauf an einer Spindel beurteilen lässt, sollte deshalb Unwucht und Eigenfrequenzlage zusammen betrachten. Eine geordnete Spindel-Diagnose bezieht beides ein.