ISO 1940-1 — Anforderungen an die Auswuchtgüte für starre Rotoren
Der grundlegende internationale Standard zur Definition des G-Klassen-Systems der Auswuchtgüte – von G 0,4 (Gyroskope) bis G 4000 (Schiffsdieselmotoren) – ist nun in ISO 21940-11 integriert und verwendet identische G-Klassenwerte und dieselbe Methodik.
Vibromera integriert die vollständige Güteklassentabelle von G 0.4 bis G 4000 in den Balanset-1A, sodass das Gerät die erreichte Wuchtgüte nach ISO 1940-1 unmittelbar nach dem Probegewichtslauf meldet.
Zulässige Restunwucht
ISO 1940-1 / ISO 21940-11 — Rotordaten eingeben, U erhaltenpro
Ergebnisse — ISO 1940-1
Zulässige Restunwucht
zur Berechnung der Toleranz
G-Klassen der Auswuchtgüte
Logarithmische Skala mit Faktor 2,5 zwischen benachbarten Güteklassen – von ultrapräziser G 0,4 bis hin zu maritimer G 4000
📋 Vollständige Tabelle der G-Klasse — ISO 1940-1 / ISO 21940-11
| G-Klasse | e·ω (mm/s) | Typische Rotortypen | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| G 0,4 | 0.4 | Gyroskope, Präzisionsspindeln, optische Laufwerke | Nahe der Grenze des konventionellen Auswuchtens |
| G 1.0 | 1.0 | Schleifspindelantriebe, Tonbandgeräte, kleine Präzisionsanker | Erfordert extrem saubere Bedingungen |
| G 2,5 | 2.5 | Gas- und Dampfturbinen, Turbogeneratoren, Turbokompressoren, Hochgeschwindigkeitsmotoren | Verhindert vorzeitigen Lagerschaden |
| G 6.3 | 6.3 | Ventilatoren, Pumpen, Schwungräder, Elektromotoren, Werkzeugmaschinen, Papierrollen | Am häufigsten – Standardnote |
| G 16 | 16 | Kardanwellen (Spezial), Landmaschinen, Brecher, Grubenlüfter | Schwere, extreme Bedingungen |
| G 40 | 40 | Autoräder und Felgen, Kardanwellen (Standard), langsame Lüfter | Reifenvariation dominiert |
| G 100 | 100 | Komplette Motoren für Pkw, Lkw und Lokomotiven | Verbrennungsmotoren als Baugruppen |
| G 250 | 250 | Kurbelwellen von Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren | Komponentenebene |
| G 630 | 630 | Kurbelwellen großer Viertaktmotoren, Schiffsdieselmotoren auf elastischen Lagern | Große, langsam laufende Hubkolbenmaschine |
| G 1600 | 1600 | Kurbelwellen großer Zweitaktmotoren | Sehr langsam, massive Fundamente |
| G 4000 | 4000 | Kurbelwellen von langsam laufenden Schiffsdieselmotoren auf starren Fundamenten | Lockerste Anforderungen |
📊 Vorkalkulierte Toleranzen für gängige Industrierotoren
| Rotortyp | Masse (kg) | Drehzahl | G | Upro (g·mm) | Pro Ebene | epro (µm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kleiner Motor | 8 | 2 900 | G 6.3 | 166 | 83 | 20.7 |
| Lüfter für Klimaanlage | 45 | 1 480 | G 6.3 | 1 835 | 918 | 40.8 |
| Pumpenlaufrad | 25 | 2 950 | G 6.3 | 510 | 255 | 20.4 |
| Turbokompressor | 120 | 8 000 | G 2,5 | 358 | 179 | 3.0 |
| Papierrolle | 2 000 | 300 | G 6.3 | 401 000 | 200 500 | 200.5 |
| Kraftwerkslüfter | 350 | 990 | G 2,5 | 8 468 | 4 234 | 24.2 |
| Schleifspindel | 2 | 24 000 | G 1.0 | 0.80 | 0.40 | 0.40 |
| Autorad | 12 | 800 | G 40 | 5 729 | 2 865 | 477 |
📐 Toleranzzuweisungsverfahren — ISO 1940-1 Kapitel 7
| Rotortyp | Zuweisung | Formel | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| Symmetrisch | Gleiche Aufteilung | UL=UR=Upro/2 | Einfachster Fall. Motoren, einige Lüfter. |
| Asymmetrische Zwischenlagerung | Proportional | UL=Upro·(b/L) | Die gebräuchlichste Methode. |
| Überhängend (Ausleger) | Momentbasiert | Statikgleichungen | Engere Toleranzen bei überhängenden Flächen. |
| Eng (Ebenen nahe beieinander) | Statisch + Moment getrennt zugewiesen | Gemäß ISO 21940-12 | Unterschiedliche Vibrationseffekte. |
Was ist ISO 1940-1?
Schnelle Antwort
ISO 1940-1 (Mechanische Schwingungen – Anforderungen an die Auswuchtgüte von Rotoren im konstanten (starren) Zustand) definiert die G-Klassen-Wuchtgütesystem für starre Rotoren. Die Formel Upro = (9 549 × G × M) / n berechnet zulässigen Rest Unwucht. Ersetzt durch ISO 21940-11:2016 mit identischen Werten. Standardklasse für Industriemaschinen: G 6.3.
ISO 1940-1 ist das grundlegende Dokument für das Auswuchten von Rotoren weltweit. Das darin enthaltene G-Grade-System ist die Standardsprache des Auswuchtens: "Auswuchten nach G 6.3" ist weltweit jedem Fachmann verständlich. Die Norm deckt starre Rotoren ab – von winzigen Präzisionsspindeln bis hin zu massiven Kurbelwellen – und bietet einen universellen Rahmen für die Spezifizierung, Berechnung und Überprüfung der Auswuchtqualität.
Die Norm gilt nur für Rotoren, die starr sind – solche, deren elastische Verformungen unter Zentrifugalkräften im gesamten Betriebsdrehzahlbereich vernachlässigbar sind. Flexible Rotoren (Betrieb oberhalb der ersten kritischen Biegedrehzahl) werden in ISO 21940-12 behandelt.
Das Starrrotor-Konzept
Ein Rotor wird als starr eingestuft, wenn sich seine Massenverteilung bei Drehzahländerungen von null bis zur maximalen Betriebsdrehzahl nicht wesentlich ändert. Die wichtigste Konsequenz: Ein Rotor, der bei niedriger Drehzahl auf einer Auswuchtmaschine ausgewuchtet wurde, bleibt auch bei seiner Betriebsdrehzahl ausgewuchtet. Dies ermöglicht das Auswuchten bei 300–600 U/min auf einer Werkstattmaschine und gewährleistet gleichzeitig die Einhaltung der Toleranzen bei über 3000 U/min im Betrieb.
Bei einem Rotorbetrieb im überkritischen Bereich (oberhalb der ersten Biegung – kritische Drehzahl) oder in der Nähe der Resonanz, ändern die Durchbiegungen die effektive Massenverteilung, und das Auswuchten bei niedrigen Drehzahlen kann bei hohen Drehzahlen unwirksam sein. Solche Rotoren werden als flexibel eingestuft.
Was ISO 1940-1 NICHT abdeckt
Rotoren mit veränderlicher Geometrie (Gelenkwellen, Hubschrauberrotorblätter). Resonanz in Rotor-Lager-Fundament-Systemen. Aerodynamische und hydrodynamische Kräfte, die nicht von der Massenverteilung abhängen. Speziell für Ventilatoren siehe ISO 14694 (lüfterspezifische BV-Kategorien und Schwingungsgrenzwerte).
Arten von Unwucht
Unwucht = Trägheitsachse des Rotors ≠ Rotationsachse. In Vektorform: U = m × r (g·mm). ISO 1940-1 klassifiziert drei Typen:
- Statische Unwucht: Trägheitsachse parallel zur Rotationsachse, aber verschoben. Äquivalent einer einzelnen Unwuchtmasse. Korrigierbar in einer Ebene. Typisch: Riemenscheiben, schmale Zahnräder, Lüfterlaufräder (L/D < 0,5).
- Momentenunwucht: Trägheitsachse durch den Massenschwerpunkt, aber geneigt. Nettokraft null, aber ein Kräftepaar versetzt den Rotor in Schwingung. Erfordert zwei Ebenen.
- Dynamische Unwucht: Allgemeiner Fall – statische Kraft + Drehmoment kombiniert. Die Trägheitsachse ist weder parallel zur Drehachse noch schneidet sie diese. Erfordert zwei Ebenen. Die meisten realen Rotoren weisen eine dynamische Unwucht auf.
Spezifische Unwucht (Exzentrizität)
Die G-Klasse ist definiert als das Produkt e × ω (mm/s) – die Bahngeschwindigkeit des Rotorschwerpunkts um die Rotationsachse. Diese Kennzahl charakterisiert die Auswuchtqualität unabhängig von Rotorgröße und -drehzahl.
Das G-Grade-System – Physikalische Grundlagen
Massenähnlichkeit
Für geometrisch ähnliche Rotoren: Upro ∝ M → spezifische Unwucht epro sollte einheitlich sein. Ein Standard gilt für alle Größen.
Geschwindigkeitsähnlichkeit
Zentrifugalkraft F = M·e·ω². Um bei unterschiedlichen Drehzahlen akzeptable Lagerbelastungen aufrechtzuerhalten, epro muss mit zunehmendem ω abnehmen:
Berechnung der zulässigen Restunwucht
Beispielrechnung: Lüfterrotor, G 6.3
Gegeben: Laufrad eines Radialventilators, M = 200 kg, n = 1 500 U/min, G 6.3.
Gesamt: Upro = 9 549 × 6,3 × 200 / 1 500 = 8 021 g·mm
Exzentrizität: epro = 8 021 / 200 = 40,1 µm
Pro Ebene (symmetrisch, 2): 8 021 / 2 = 4 011 g·mm
Bei R = 400 mm: 4 011 / 400 = 10,0 g pro Ebene
Nutzen Sie immer die maximale Servicegeschwindigkeit
Die in der Formel angegebene Drehzahl muss die höchste im Betrieb verwendete Drehzahl sein – nicht die Drehzahl der Auswuchtmaschine. Viele Rotoren werden bei 300–600 U/min ausgewuchtet, die Toleranz muss jedoch auf der tatsächlichen Betriebsdrehzahl (z. B. 1480 U/min) basieren. Die Verwendung der Drehzahl der Auswuchtmaschine führt zu gefährlich großen Toleranzen.
Zuordnung zu Korrekturebenen
Upro Gilt für den Massenschwerpunkt des Rotors. In der Praxis erfolgt die Auswuchtung in zwei Ebenen (nahe den Lagern). Regeln aus Kapitel 7:
Symmetrische Rotoren
Schwerpunkt in der Mitte → gleich: UL = UR = Upro / 2.
Asymmetrische Zwischenlager
Überhängende Rotoren
Die überhängende Masse erzeugt ein Biegemoment, das beide Lager belastet. Eine momentenbasierte Neuberechnung ist erforderlich → typischerweise deutlich engere Toleranzen auf der überhängenden Ebene. Häufig bei Pumpen, einstufigen Kompressoren und freitragenden Lüfterrädern.
Fehler und Überprüfung
Fehlerquellen
- Systematisch: Maschinenkalibrierungsdrift, exzentrische Dorne, Keilwelleneffekte (ISO 8821), thermische Verformung.
- Zufällig: Sensorrauschen, Lagerspiel, Rotorsitzabweichungen.
Der Gesamtfehler darf 10–15% der Toleranz nicht überschreiten. Ist er größer, muss die Arbeitstoleranz entsprechend verschärft werden.
Montageeffekte
Komponentenwuchtung ist nicht gleich Baugruppenwuchtung. Kupplungsexzentrizität, Rundlauffehler und Spiel können die Komponentenwuchtung zunichtemachen. Der montierte Rotor muss feingewuchtet werden.
Verifizierungsmethoden
- Indextest: Drehen Sie den Rotor um 180° auf dem Dorn und messen Sie erneut. Änderung = Vorrichtungsfehler.
- Probegewichtstest: Fügen Sie eine bekannte Masse hinzu und überprüfen Sie, ob die gemessene Vektoränderung mit der Erwartung übereinstimmt.
- Feldprüfung: Messen Sie die Vibrationen an den Lagern pro ISO 10816.
Balanset-1A: Integrierte ISO 1940-1-Konformität
Balanset-1A Automatisiert ISO 1940-1: Masse, Geschwindigkeit und G-Grad eingeben → sofortige U-Wertepro mit automatischer Ebenenzuordnung. Nach dem Abgleich werden Restwert und Grenzwert verglichen. Die Funktion F6 Reports generiert ein formales Protokoll, das den erreichten G-Grad dokumentiert. Genauigkeit: ±5% Geschwindigkeit, ±1° Phase – ausreichend für G 16 bis G 2,5. Balanset-4 Erweiterbar auf vier Kanäle für komplexe Mehrlagerrotoren.
Praktische Beispiele
Fall 1: Elektromotor — G 6.3
Rotor: 15 kW, 1460 U/min, 35 kg, symmetrisch zwischen den Lagern.
Toleranz: Upro = 9 549 × 6,3 × 35 / 1 460 = 1 442 g·mm → 721/Ebene.
Bei R = 80 mm: 721 / 80 = 9,0 g/Ebene. Ausgewuchtet: 180 g·mm Restmenge. ✅
Fall 2: Pumpe – fliegendes Laufrad, G 6.3
Rotor: Welle + Laufrad 18 kg, 2950 U/min. Laufrad 6 kg, Überhang 120 mm. Lagerabstand 250 mm.
Gesamt: Upro = 367 g·mm. Momentenverteilung: vorne ≈ 202, hinten ≈ 165 g·mm.
Vor-Ort ausgeglichen mit Balanset-1A Einplanar: 8,5 g bei 230°. Endwert: 95 g·mm. ✅
Fall 3: Turbokompressor — G 2.5
Rotor: 3-stufig, 65 kg, 12.000 U/min. Leicht asymmetrisch.
Toleranz: Upro = 129 g·mm → 65/Ebene → bei R = 95 mm: 0,68 g/Ebene.
Subgramm-Präzision → nur auf einer Werkstatt-Hochgeschwindigkeitsmaschine. Indexprüfung: Dornfehler < 5 g·mm. Endergebnis: 28 g·mm/Ebene. ✅
ISO 1940-1 → ISO 21940-11
- G-Notenwerte, Formeln, Anwendungstabellen — identisch. Keine technischen Änderungen.
- ISO 21940-Reihe: Teil 11 (Qualität), Teil 12 (Flexibilität), Teil 14 (Verfahren), Teil 21 (Beschreibungen), Teil 31 (Anfälligkeit), Teil 32 (Schlüssel).
- Beide Bezeichnungen werden in der Praxis synonym verwendet.
- ISO 14694 Die BV-Kategorien beziehen sich direkt auf die G-Klassen.
Zugehörige Normen
- ISO 21940-11: Dieser Standard – G-Klassensystem.
- ISO 21940-12: Flexible Rotorauswuchtung.
- ISO 10816 / ISO 20816: Schwingungsbewertung – operatives Ergebnis der Auswuchtqualität.
- ISO 14694: Lüfterspezifische BV-Kategorien, Auswuchtgüten und Schwingungsgrenzwerte.
- ISO 8821: Einfluss der Passfedernut (Halbpassfeder-Konvention).
- API 610 / API 617: Erdölpumpen/Kompressoren gemäß ISO 1940.
Offizieller Standard: ISO 1940-1 im ISO Store →
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Toleranz-Rechner G-Notentabelle Was ist ISO 1940-1? Starrrotor-Konzept Arten von Unwucht Statisch / Gekoppelt / Dynamisch Spezifische Unwucht G-Notensystem Ähnlichkeitsgesetze Toleranzformel Ebenenzuweisung Symmetrisch / Asymmetrisch Überhängende Rotoren Fehler & Überprüfung Fallstudien (3) ISO 21940-11 Übergang FAQ (8 Fragen)Auswuchtgeräte
Tragbares Feldwuchtgerät mit integriertem ISO 1940 Toleranzrechner und G-Klasse-Verifizierung.
Balanset-1A → Balanset-4 →Häufig gestellte Fragen – ISO 1940-1
G-Klasse-Auswuchtqualitätssystem für starre Rotoren
▸ Was ist der Unterschied zwischen ISO 1940-1 und ISO 21940-11?
▸ Wie berechne ich die zulässige Restunwucht?
▸ Was ist ein starrer Rotor?
▸ Welche G-Klasse gilt für Pumpen, Ventilatoren oder Motoren?
▸ Wie wird die Toleranz zwischen Ebenen festgelegt?
▸ Welche drei Arten von Unwucht gibt es?
▸ Warum werden G-Noten auf einer logarithmischen Skala vergeben?
▸ Kann ich die Konformität mit einem tragbaren Balancer überprüfen?
Auswuchten nach ISO 1940-1 — Im Feld
Die tragbaren Auswuchtmaschinen von Vibromera verfügen über eingebaute Toleranzrechner nach ISO 1940, eine automatische Ebenenzuordnung und formale Auswuchtberichte, die die erreichte G-Klasse dokumentieren.
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