Optimierung einer Lebensmittelmühle unter Berücksichtigung der Rotordynamik

Eine Lebensmittelmühle zeigte im Betrieb hohe Schwingungswerte. Zur Reduktion der Schwingungen wurde ein für dynamische Untersuchungen geeignetes FE-Modell der Mühle erstellt, welches den Elektromotor, den Mühlenrotor, das Mühlengehäuse, den Tisch sowie weitere Anbauten beinhaltet (oberes Bild).

Um die rechnerisch nur schwer zugänglichen Koppelsteifigkeiten zu bestimmen, wurde auch eine experimentelle Modalanalyse durchgeführt. Aus der Korrelation der rechnerisch und experimentell ermittelten Modaldaten wurde ein aussagekräftiges Schwingungsmodell für die Lebensmittelmühle abgeleitet.

Das große polare Massenträgheitsmoment des Mühlenrotors führt zu einem starken gyroskopischen Einfluss der Rotordrehzahl auf die Eigenfrequenzen und Eigenformen der Mühle. Wie im mittleren Bild dargestellt werden die Eigenfrequenzen durch die Gyroskopie beim Ausgangsdesign so verschoben, dass sich gerade bei der Betriebsdrehzahl eine Resonanz ausbildet.

Die Betriebsschwingungen der Lebensmittelmühle wurden während Hoch- und Runterläufen sowie bei der Betriebsdrehzahl unter verschiedenen Lasten gemessen. Hierbei wurden die rotordynamischen Einflüsse verifiziert. Unabhängig von der Last werden die Schwingungen hauptsächlich durch die Unwucht des Mühlenrotors angefacht.

Aufbauend auf dem korrelierten Modell konnte eine Optimierung der Mühle mit dem Ziel minimaler Betriebsschwingungen erfolgen. Für das optimierte Design ist ein resonanzfreier Betrieb in der Umgebung der Betriebsdrehzahl gewährleistet (unteres Bild). Weiterhin wurde eine deutliche Verbesserung in den Durchlaufresonanzen beim An- und Abfahren erzielt.

Die Wirksamkeit der Designoptimierung wurde über Betriebsschwingungsmessungen nachgewiesen.