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Schwingungsanalyse eines Beladefeeders

 

Der im oberen Bild dargestellte Beladefeeder wird zum Transport von Blechen in der Automobilindustrie eingesetzt. Mit einer Taktrate von bis zu 28 [min-1] wird dabei in jedem Transportzyklus ein Einzelblech etwa 250 [mm] angehoben und nach einem horizontalen Transport von bis zu 3 [m] wieder abgesetzt.

Der Prototyp zeigte mehrere Brüche in der Stahlschweißkonstruktion. Eine statische FE-Analyse unter Belastung von Trägheitskräften aufgrund der maximalen Beschleunigungen konnte die aufgetretenen Schäden jedoch nicht erklären.

Betriebsschwingungsmessungen zeigten, dass die unterste Eigenschwingungsform des Beladefeeders bei maximaler Taktrate resonanzartig zu Schwingwegen von bis zu 4 [mm] angefacht wird. Die zugehörige Eigenfrequenz liegt mit etwa 7,5 [Hz] zwar deutlich über der Taktrate, ihre Eigenform wird aber aufgrund des stark nichtharmonischen Bewegungsablaufs trotzdem signifikant angeregt. Ein aus den Messungen abgeleitetes Anregungsspektrum ist beispielhaft in der mittleren Abbildung dargestellt. Neben der Taktfrequenz von ca. 0,5 [Hz] erkennt man eine Vielzahl höherer Harmonischer. Diese sind in vertikaler Richtung besonders ausgeprägt. Abhängig von der gewählten Wegkurve treten zudem Nebenmaxima auf, wie durch die punktierte Kurve angedeutet.

Unter Berücksichtigung dieser dynamischen Zusatzbelastung konnte die Schadensursache geklärt werden. Im unteren Bild ist beispielhaft die dynamische Beanspruchung eines Profils dargestellt, das beim Prototyp-Test Risse aufwies.

Aus den Analyseergebnissen wurden Optimierungsmaßnahmen abgeleitet. Zum einen wurde der Beladefeeder global versteift, um die unterste Eigenfrequenz anzuheben. Zum anderen wurden lokale Spannungsüberhöhungen durch gezielte Versteifungsmaßnahmen reduziert. Schließlich wurde auch das Fahrprofil angepasst, um störende Nebenmaxima im Anregungsspektrum zu vermeiden.

PDF-Download
Beladefeeder 1

FE-Modell des Beladefeeders

Beladefeeder 2

Anregungsspektrum für die Horizontal- und Vertikalfahrt aus Betriebsschwingungsmessungen abgeleitet

Beladefeeder 3

Lokale Strukturbeanspruchung für das Prototypen-Design

© ISMB Dautermann GmbH