Grundlegendes zur anfänglichen Unwucht
Anfangsunwucht — auch als ursprüngliche Unwucht oder vorgefundene Unwucht bezeichnet — ist die Unwucht Zustand, der in einem Rotor vor jeder Auswuchten bevor eine Korrektur vorgenommen wurde. Es handelt sich um den Ausgangszustand des Rotors, der beim allerersten Durchlauf eines Auswuchtvorgangs erfasst wird. Seine Größe und seine Winkelposition werden durch Messung ermittelt Vibration Amplitude und Phase während sich der Rotor mit seiner Auswuchtdrehzahl dreht. Alles, was bei einer Auswuchtarbeit folgt, bezieht sich auf diesen Startvektor: Er ist der Maßstab, an dem die Wirksamkeit der Arbeit gemessen wird, und was nach Abschluss der Korrektur verbleibt, wird als Restunwucht.
1. Ursachen für Anfangsunwucht
Anfangsunwucht entsteht im Laufe der Lebensdauer eines Rotors aus vielen verschiedenen Quellen – bei der Fertigung, bei der Montage, im Betrieb und sogar während der Wartungsarbeiten, die eigentlich zu seiner Verbesserung dienen sollen.
Fertigungstoleranzen
Selbst bei der Präzisionsbearbeitung ist eine perfekte Symmetrie unmöglich:
- Schwankungen der Materialdichte: Inhomogenes Material, innere Hohlräume oder Einschlüsse führen zu einer Asymmetrie der Masse.
- Bearbeitungstoleranzen: geringfügige Abweichungen von der tatsächlichen Konzentrizität — Radialschlag oder Exzentrizität — erzeugen Unwucht.
- Schwankungen der Wandstärke: Bei gegossenen oder gefertigten Rotoren führen ungleichmäßige Wandstärken zu einer ungleichmäßigen Massenverteilung.
- Porosität und Gussfehler: Luftblasen, Schrumpfung oder Schlackeneinschlüsse verlagern die Masse.
Montagefehler und Abweichungen
Wenn ein Rotor aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ist, kann es zu Unwuchten kommen, selbst wenn jedes einzelne Teil für sich genommen einwandfrei ist:
- Toleranzaufschichtung: Auch gut ausgewuchtete Teile können noch etwas beitragen vektoriell zu einer beträchtlichen Summe.
- Verkeilte Verbindungen: Keile, Keilnuten und Keilverzahnungen sind von Natur aus asymmetrisch.
- Schraubenlöcher und Befestigungselemente: Ungleichmäßig angeordnete Löcher oder nicht passende Befestigungselemente führen zu Unwucht.
- Thermische und Presspassungen: Schrumpf- oder Presspassungen sitzen möglicherweise nicht vollkommen konzentrisch.
Betriebsbedingte Ursachen
Auch im Betrieb entsteht eine Unwucht, wodurch der Rotor von seinem ursprünglichen Auswuchtzustand abweicht:
- Materialansammlung: Schmutz, Staub, Ablagerungen oder Prozessrückstände, die sich auf Laufräder, Lüfterflügel oder Rotorflächen.
- Erosion und Verschleiß: unregelmäßiger Materialverlust durch Abrieb, Korrosion, oder Kavitation.
- Beschädigte oder fehlende Teile: ein fehlendes Lüfterblatt, eine abgebrochene Laufradschaufel, ein gelöstes Bauteil.
- Verformung: Biegung, Verwerfung oder plastische Verformung durch Stöße, Überhitzung oder Überlastung.
- Lose Bestandteile: Teile, die sich gelöst haben und verrutscht sind.
Wartungs- und Reparaturarbeiten
Ironischerweise kann die Wartung genau die Unwucht verursachen, die sie eigentlich beheben soll:
- Einbau von Ersatzteilen mit einer anderen Masse oder Massenverteilung.
- Schweißreparaturen, bei denen Metall asymmetrisch hinzugefügt wird.
- Nacharbeit oder Bearbeitung, bei der Material ungleichmäßig abgetragen wird
- Die Farbe oder Beschichtung wurde ungleichmäßig aufgetragen.
2. Wie die anfängliche Unwucht gemessen wird
Die anfängliche Unwucht wird beim ersten Messdurchlauf eines Auswuchtvorgangs ermittelt.
Messparameter
- Schwingungsamplitude: die Größe der 1×-Komponente (einmal pro Umdrehung), typischerweise in mm/s, in/s oder Mil. Sie steht in direktem Zusammenhang mit dem Ausmaß der Unwucht.
- Phasenwinkel: der Zeitpunkt des 1Г—-Schwingungspeaks in Grad relativ zu einer Referenzmarke, die von einem Keyphasor oder Drehzahlmesser. Dies ist die Antwort Phase, nicht direkt der Schwerstellenwinkel: Die Schwingung hinkt der tatsächlichen schweren Stelle um einen Betrag hinterher, der davon abhängt, wie nahe die Betriebsdrehzahl an einer Resonanz (von nahezu 0° deutlich darunter über 90° am Punkt bis nahezu 180° darüber), plus Verzögerungen von Sensor und Messtechnik. Der Winkel von Schwerstelle und Korrekturgewicht wird daher vom Auswuchtalgorithmus — über die Prüfmasse- bzw. Einflusskoeffizienten-Methode — abgeleitet und nicht direkt aus der Phasenanzeige abgelesen.
- Geschwindigkeit: die Drehzahl, bei der die Messungen vorgenommen werden – wichtig, weil Zentrifugalkraft die aus der Unwucht resultierende Kraft mit dem Quadrat der Drehzahl ansteigt.
Vektordarstellung
Die anfängliche Unwucht wird als Vektor “O” (für “Original”) dargestellt, der sowohl eine Größe als auch eine Richtung hat und üblicherweise auf einem Polardiagramm wobei:
- die Länge des Vektors entspricht der Schwingungsamplitude, und
- der Winkel des Vektors stellt die gemessene Antwortphase dar (aus der später die Lage der schweren Stelle abgeleitet wird).
3. Bedeutung im Auswuchtprozess
Die Messung der anfänglichen Unwucht erfüllt mehrere Aufgaben gleichzeitig.
Ausgangsbasis für Korrekturen
Alle Ausgleichsberechnungen beziehen sich auf die anfängliche Unwucht. Ziel ist es, Korrekturgewichte die einen Schwingungsvektor erzeugen, der gleich und entgegengesetzt zum Ausgangsvektor ist und diesen aufhebt.
Schweregradbewertung
Das Ausmaß der anfänglichen Unwucht zeigt, wie gravierend das Problem ist, und hilft bei der Entscheidung:
- ob das Auswuchten die richtige Maßnahme ist oder ob ein anderer mechanischer Defekt vorliegt — Losigkeit oder eine Fehlausrichtung – sollte zuerst behoben werden;
- die passende Größe von Versuchsgewichte; und
- ob eine Korrektur ausreicht oder mehrere Durchläufe erforderlich sind.
Eine sinnvolle Überprüfung, bevor man den Rotor berührt, besteht darin, die gemessene Amplitude in die Kraft umzurechnen, die der Rotor tatsächlich ausübt; unsere Zentrifugalkraftrechner für Unwucht rechnet eine angegebene Unwucht und Drehzahl direkt in Newton um, wodurch die Dringlichkeit deutlich wird.
Fortschrittsüberwachung
Der Vergleich der anfänglichen Unwucht mit der Restunwucht nach der Korrektur gibt Aufschluss darüber, wie gut der Arbeitsgang verlaufen ist. Eine gute Auswuchtung reduziert die Schwingungen in der Regel um 70–90 % oder mehr gegenüber dem Ausgangswert.
Berechnung des Einflusskoeffizienten
Im Einflusskoeffizientenmethode, wird der anfängliche Unwuchtvektor von der während des Versuchs mit dem Prüfgewicht gemessenen Schwingung abgezogen, um den Einfluss des Prüfgewichts zu isolieren:
T = (O + T) − O, wobei O die anfängliche Unwucht und T der Effekt des Prüfgewichts ist.
Aus diesem isolierten Effekt berechnet der Analysator den Einflusskoeffizienten und daraus wiederum die korrekte Korrekturmasse und den korrekten Korrekturwinkel. Bei einer Ein-Ebenen-Auswuchtung können Sie diese Berechnung mit dem Einflusskoeffizientenrechner.
4. Zusammenhang mit der Restunwucht
Der Sinn und Zweck des Auswuchtens besteht darin, die anfängliche Unwucht auf ein akzeptabel niedriges Restniveau zu reduzieren. Das Verhältnis lässt sich einfach als „vorher-nachher“ beschreiben:
- Anfängliche Unwucht: der „Vorher“-Zustand.
- Korrektur: das Auswuchtverfahren und die Montage der Gewichte.
- Restunwucht: der „Nachher“-Zustand.
Im Idealfall sollte der Restwert weniger als 10–30 % des Ausgangswerts betragen, wobei der genaue Zielwert durch die Anforderungen an die Auswuchtqualität des Rotors gemäß ISO 21940-11 (der moderne Nachfolger von ISO 1940-1). Umrechnung eines ausgewählten G-Klasse und die Betriebsdrehzahl in einen zulässigen Wert in Gramm-Millimetern umzurechnen, geht mit dem Rechner für Restunwucht (ISO 21940-11).
5. Typische anfängliche Unwuchtwerte
Das Ausmaß der anfänglichen Unwucht hängt stark vom Maschinentyp und der Instandhaltungshistorie ab.
Neue oder kürzlich ausgewuchtete Rotoren
Bei Industriemaschinen liegt die Schwingung in der Regel zwischen 0,5 und 2,0 mm/s (0,02 bis 0,08 in/s) – ein guter bis akzeptabler Auswuchtzustand.
Mäßig unausgeglichene Rotoren
Eine Schwingung von 2,0 bis 7,0 mm/s (0,08 bis 0,28 in/s) bedeutet, dass der Rotor bald ausgewuchtet werden sollte. Dies ist ein typischer Zustand bei Anlagen, bei denen eine routinemäßige Wartung ansteht.
Stark unausgeglichene Rotoren
Schwingungen von mehr als 7,0 mm/s (0,28 in/s) deuten auf eine erhebliche Unwucht hin, die sofortige Maßnahmen erfordert; häufig sind dafür fehlende Schaufeln, starke Ablagerungen oder größere Schäden an Bauteilen verantwortlich.
Hinweis: Dies sind allgemeine Richtlinien für typische Industriemaschinen. Der konkret zulässige Wert hängt vom Maschinentyp, der Baugröße, der Betriebsdrehzahl und der Aufstellungsart ab, wie in Normen wie der ISO 20816 Normenreihe (früher ISO 10816).
6. Messungen vor Ort und Dokumentation
Bei einer fertig montierten Maschine wird die anfängliche Unwucht direkt an Ort und Stelle erfasst und nicht auf einer Auswuchtmaschine. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A misst die Amplitude und Phase der 1×-Schwingung in den eigenen Lagern der Maschine bei Betriebsdrehzahl, erfasst den ursprünglichen „O“-Vektor und steuert anschließend die Probemassen- und Korrekturdurchläufe, die diese Schwingung reduzieren – dabei wird der tatsächliche Ist-Zustand erfasst, in dem der Rotor tatsächlich läuft, einschließlich Montage- und thermischer Effekte, die eine Werkstatt-Auswuchtmaschine niemals erkennen könnte.
Unabhängig davon, welches Werkzeug verwendet wird, muss die Messung der Ausgangsunwucht in das Auswuchtprotokoll aufgenommen werden:
- Schwingungsamplitude und -phase an jedem Messpunkt;
- die Betriebsdrehzahl während der Messung;
- das Datum und die Maschinenkennung; sowie
- Alle bei der Inspektion festgestellten sichtbaren Ursachen für eine Unwucht
Diese Dokumentation dient als historischer Nachweis über den Zustand des Rotors und unterstützt Trendanalyse im Laufe der Zeit – und so beispielsweise aufzeigen, ob sich aufgrund von Ablagerungen oder Abrieb langsam eine Unwucht aufbaut, sodass Wartungsmaßnahmen geplant werden können, bevor die Schwingungen zu stark werden.
