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Thermische Ausdehnungskompensation zur Wellenausrichtung
Berechnen Sie die durch die Wärmeausdehnung bedingte vertikale Achsenverlängerung der Antriebs- und Abtriebsmaschinen. Ermitteln Sie den Zielwert für die Kaltausrichtung vor dem Versatz, um die Ausrichtung bei Betriebstemperatur zu erreichen.
Ergebnisse
Formel für thermische Ausdehnung
Wenn sich eine Maschine erhitzt, dehnt sich ihr Rahmen vertikal aus, wodurch die Wellenmittellinie angehoben wird:
- H — Fuß-Mittellinien-Höhe (mm)
- α — Wärmeausdehnungskoeffizient (×10⁻⁶ /°C)
- Top — Betriebstemperatur (°C)
- TUmg. — Umgebungstemperatur (°C)
Material-CTE-Werte
| Material | α (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Kohlenstoffstahl | 12.0 |
| Gusseisen | 10.5 |
| Edelstahl (304/316) | 16.0 |
| Aluminium | 23.0 |
Typische Betriebstemperaturen
| Maschinentyp | Typische Gehäusetemperatur (°C) |
|---|---|
| Elektromotor | 60 – 90 |
| Kreiselpumpe (Kaltwasser) | 40 – 70 |
| Dampfturbine | 80 – 200 |
| Getriebe | 50 – 80 |
| Kompressor | 60 – 120 |
Praktisches Beispiel
Gegeben: Umgebungstemperatur = 20 °C
Motor: H = 200 mm, Stahl (α = 12×10⁻⁶), Top = 80 °C
Pumpe: H = 250 mm, Stahl (α = 12×10⁻⁶), Top = 60 °C
ΔHMotor = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm
ΔHPumpe = 250 × 12 × 10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 mm
Differenz = 0,144 − 0,120 = 0,024 mm
Der Motor wird stärker → Motor einstellen 0,024 mm NIEDRIG während der Kaltausrichtung.
💡 Tipp: Die Maschine, die stärker wächst, sollte bei der Kaltausrichtung auf NIEDRIG eingestellt werden. Wenn sich beide erwärmen, gleicht das unterschiedliche Wachstum sie aus.
⚠️ Hinweis: Diese Berechnung setzt eine gleichmäßige Wärmeausdehnung des Maschinenrahmens voraus. In der Praxis können Temperaturgradienten, Rohrleitungsspannungen und Fundamenteffekte zusätzliche Bewegungen verursachen. Führen Sie daher nach Möglichkeit immer eine Heißausrichtungsprüfung durch.
Das thermische Wachstum (Wärmedehnung) bezeichnet die vertikale Verlagerung der Wellenmittenhöhe einer Maschine, wenn diese sich von Umgebungs- auf Betriebstemperatur erwärmt. Alle Werkstoffe dehnen sich bei Erwärmung aus, was bei rotierenden Maschinen zu einem Anheben der Wellenachse führt.
Die Höhenänderung berechnet sich nach: ΔH = H × α × (Top − Tamb), wobei H die Höhe von der Fußauflage bis zur Wellenmitte, α der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient und die Temperaturen in °C sind.
Maschinen werden im kalten Zustand (Stillstand) ausgerichtet, arbeiten jedoch im betriebswarmen Zustand. Dehnen sich Antriebs- und Arbeitsmaschine vertikal unterschiedlich stark aus, führt eine exakte Kaltausrichtung im warmen Betriebszustand zu einem Ausrichtfehler.
Durch einen gezielten Vorhalt (Korrekturversatz) bei der Kaltausrichtung in Höhe der erwarteten Differenzdehnung wachsen die Maschinen bei Erreichen der Betriebstemperatur genau in die fluchtende Position. Die Maschine mit der größeren Wärmedehnung wird beim kalten Ausrichten entsprechend tiefer eingestellt.
Die Betriebstemperaturen lassen sich an der laufenden Anlage messen mit:
- Infrarot-Thermometer (Pyrometer) — schnelle berührungslose Messung an Maschinenfüßen oder Lagergehäusen
- Oberflächen-Thermoelementfühlern — genauere Kontaktmessung der Oberflächentemperatur
- Widerstandsthermometern (RTD/Pt100) oder Thermoelementen — fest installierte Sensoren
Messen Sie an den Maschinenfüßen oder am Gehäuseunterteil und nicht an der Gehäuseoberseite, da dieser Bereich die für das vertikale Wachstum maßgebliche Temperatur am besten repräsentiert. Warten Sie ab, bis die Maschine ihren thermisch Beharrungszustand erreicht hat (typischerweise nach 2–4 Stunden).
Typische Gehäuse-/Fußtemperaturen gängiger Maschinen:
- Elektromotoren: 60–90°C (abhängig von Baugröße und Auslastung)
- Kreiselpumpen: 40–70°C (Kaltwasser), bis zu 200°C+ (Heißmedien/Prozesspumpen)
- Dampfturbinen: 80–200°C
- Getriebe: 50–80°C
- Kompressoren: 60–120°C
Dies sind Richtwerte. Messen Sie nach Möglichkeit immer direkt an der realen Anlage.
Eine Warmausrichtkontrolle (Hot Check) wird unmittelbar nach dem Abschalten einer Maschine durchgeführt, die zuvor bei normaler Betriebstemperatur gelaufen ist. Die Ausrichtung wird gemessen, bevor eine nennenswerte Abkühlung eintritt (typischerweise innerhalb von 15–30 Minuten nach Stillstand).
Diese Prüfung zeigt, ob:
- Die berechneten Vorhersagen zur Wärmedehnung zutreffend waren
- Der eingestellte Kaltvorhalt korrekt war
- Weitere Einflussgrößen (Rohrleitungskräfte, Fundamentbewegungen) die Wellenausrichtung verändern
Eine Kontrollmessung im betriebswarmen Zustand ist der Goldstandard zur Validierung der Wellenausrichtung und sollte — insbesondere bei kritischen Aggregaten — wann immer möglich durchgeführt werden.
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
Professionelle Laser-Ausrichtungs- und Schwingungsanalysegeräte. Erzielen Sie präzise Ausrichtung mit thermischer Ausdehnungskompensation vor Ort. Im Einsatz in über 50 Ländern.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko ist Schwingungsanalyse-Ingenieur sowie Gründer und Geschäftsführer von Vibromera. Seit mehr als 15 Jahren wuchtet er rotierende Maschinen direkt vor Ort aus statt auf dem Prüfstand: Mulchgeräte, Industrieventilatoren, Brecher, Zentrifugen, Wellen und Spindeln. Aus dieser Arbeit sind die Balanset-Geräte entstanden — sie wurden als Werkzeug konzipiert, das ein Fachmann zur Maschine mitnehmen und dort allein einsetzen kann, nicht als Laborausrüstung. Vibromera wurde 2017 gegründet und hat seinen Sitz seit 2023 in Porto, Portugal. Entwicklung, Montage und Support der Balanset-Reihe finden hier statt. Das Flaggschiffgerät ist das Balanset-1A, ein tragbares Analysegerät für ein- und zweiebeniges Auswuchten sowie für Schwingungsdiagnose. Nikolai ist persönlich in den Kundensupport eingebunden, arbeitet schwierige Auswuchtfälle durch und ist an der Softwareentwicklung beteiligt. Er arbeitet mit Kunden weltweit, in jeder Sprache.
