Resonanz

Was ist Resonanz?

Resonanz ist das starke Aufschaukeln einer Schwingung, das auftritt, wenn ein schwingungsfähiges System mit einer Frequenz nahe seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Bei einer Spindel bedeutet das: Trifft die Frequenz der Anregung eine Eigenfrequenz, reagiert die Spindel mit einer viel größeren Auslenkung, als dieselbe Anregung außerhalb der Resonanz erzeugen würde.

Resonanz ist kein Defekt, sondern eine physikalische Eigenschaft jedes schwingungsfähigen Systems. Sie wird erst dann zum Problem, wenn die Betriebsbedingungen eine Spindel in die Resonanz bringen.

Woher kommt die Anregung?

Bei einer rotierenden Spindel ist die häufigste Anregung die Restunwucht. Die umlaufende Unwuchtkraft wirkt mit einer Frequenz, die der Drehzahl entspricht. Daneben können auch Lagerschäden, Zahneingriffe in Getrieben oder der Schnittprozess selbst als Anregung wirken.

Entscheidend ist nicht die Stärke der Anregung allein, sondern ihre Frequenz im Verhältnis zur Eigenfrequenz. Eine kleine Anregung nahe der Eigenfrequenz kann eine größere Schwingung erzeugen als eine starke Anregung weit davon entfernt.

Resonanz und kritische Drehzahl

Der Zusammenhang zur Drehzahl ist direkt. Die kritische Drehzahl ist genau die Drehzahl, bei der die drehfrequente Anregung aus der Unwucht eine Eigenfrequenz trifft. An diesem Punkt liegt die Spindel in Resonanz. Deshalb sind kritische Drehzahl und Resonanz zwei Seiten derselben Sache, einmal aus Sicht der Drehzahl und einmal aus Sicht der Schwingung.

Folgen für die Spindel

Resonanz hat mehrere unerwünschte Auswirkungen:

• Stark erhöhte Schwingungsamplitude, die in der Schwingungsanalyse deutlich sichtbar wird
• Höhere dynamische Lagerlast durch die größere Auslenkung
• Verschlechterte Oberflächengüte am Werkstück, weil die Spindelachse stärker ausgelenkt wird
• Geräuschentwicklung, die mit der Drehzahl deutlich zunimmt

Dauerhafter Betrieb in Resonanz beschleunigt den Verschleiß und kann die Bearbeitung unbrauchbar machen.

Resonanz vermeiden

Der wirksamste Weg ist, die Betriebsdrehzahl mit Abstand zu den Eigenfrequenzen zu wählen, sodass keine drehfrequente Resonanz im Arbeitsbereich liegt. Wo eine Resonanz durchfahren werden muss, hilft eine kleine Restunwucht, weil sie die Anregung gering hält. Ein sauberes Spindelwuchten reduziert die Anregung und macht eine unvermeidbar durchfahrene Resonanz spürbar milder, auch wenn es die Eigenfrequenz selbst nicht verschiebt.