Kritische Drehzahl

Was ist die kritische Drehzahl?

Die kritische Drehzahl ist die Drehzahl, bei der die Drehung der Spindel eine ihrer Eigenfrequenzen anregt. Jede Spindel hat als schwingungsfähiges System eine oder mehrere Eigenfrequenzen. Erreicht die Drehfrequenz genau einen dieser Werte, gerät die Spindel in Resonanz und schwingt stark auf.

Der Begriff wird vor allem bei länglichen, schnell drehenden Rotoren wie Spindeln verwendet, weil dort die Biegeschwingung der Welle eine zentrale Rolle spielt.

Warum die kritische Drehzahl entsteht

Eine reale Spindel hat immer eine kleine Restunwucht. Diese Unwucht erzeugt eine umlaufende Anregung, deren Frequenz genau der Drehzahl entspricht. Solange die Drehzahl weit von einer Eigenfrequenz entfernt ist, bleibt die Auslenkung klein.

Nähert sich die Drehzahl jedoch einer Eigenfrequenz, wird die Antwort des Systems immer größer. Genau im Punkt der Übereinstimmung liegt die kritische Drehzahl. Hier wird die Wirkung der Unwucht am stärksten verstärkt, und schon eine geringe Unwucht kann eine große Schwingung auslösen.

Verhalten unterhalb und oberhalb

Das Verhalten der Spindel ändert sich mit dem Abstand zur kritischen Drehzahl:

• Deutlich unterhalb: Die Welle folgt der Anregung weitgehend starr, die Auslenkung bleibt klein.
• Im kritischen Bereich: Die Auslenkung steigt steil an, die Spindel schwingt stark.
• Deutlich oberhalb: Manche Rotoren laufen ruhiger als im Resonanzbereich, weil sich der Schwerpunkt zur Drehachse hin zentriert. Dieser Bereich wird nur erreicht, wenn die kritische Drehzahl gezielt durchfahren wird.

Bedeutung für den Betrieb

In der Praxis werden Betriebsdrehzahlen so gewählt, dass sie mit Abstand neben den kritischen Drehzahlen liegen. Der nutzbare Drehzahlbereich einer Spindel ist deshalb auch durch die Lage der kritischen Drehzahlen begrenzt. Eine Spindel sollte nicht dauerhaft in der Nähe einer kritischen Drehzahl betrieben werden, weil die Schwingungen dort Lager und Bearbeitungsqualität belasten.

Kritische Drehzahl und Wuchten

Die kritische Drehzahl selbst ändert sich durch Wuchten nicht, weil sie aus Steifigkeit und Masse der Spindel folgt. Was sich ändert, ist die Stärke der Anregung. Eine kleinere Unwuchtkraft nach dem Spindelwuchten bedeutet, dass die Spindel den kritischen Bereich mit kleinerer Auslenkung durchläuft. Wer also unruhigen Lauf nahe einer bestimmten Drehzahl beobachtet, sollte sowohl die Unwucht als auch die Lage der kritischen Drehzahl betrachten.