Auswuchten von industriellen Abluftventilatoren: Vollständiger Leitfaden von der Theorie zur Praxis

Abschnitt 1: Grundlegende Prinzipien des Ungleichgewichts – Das „Warum“ verstehen

Das Auswuchten rotierender Massen ist eine der wichtigsten Aufgaben bei der Wartung und Reparatur von Industrieanlagen, insbesondere für Abgasausgleich Anwendungen. Für eine wirksame und fundierte Beseitigung von Problemen im Zusammenhang mit übermäßigen Vibrationen ist ein tiefes Verständnis der physikalischen Prozesse, die dem Ungleichgewicht zugrunde liegen, sowie seiner Varianten, Ursachen und zerstörerischen Folgen erforderlich.

1.1. Physik des Ungleichgewichts: Die Wissenschaft der Schwingung

Idealerweise wäre ein rotierender Körper wie das Laufrad eines Abluftventilators perfekt ausgewuchtet. Aus mechanischer Sicht bedeutet dies, dass seine zentrale Trägheitsachse vollständig mit der geometrischen Rotationsachse übereinstimmt. In der Realität kommt es jedoch aufgrund von Fertigungsfehlern und Betriebsfaktoren zu einer sogenannten Unwucht, bei der der Schwerpunkt des Rotors relativ zu seiner Rotationsachse versetzt ist.

Wenn sich ein solcher unwuchtiger Rotor zu drehen beginnt, erzeugt dieser Massenversatz eine Zentrifugalkraft. Diese Kraft ändert kontinuierlich ihre Richtung, wirkt senkrecht zur Rotationsachse und überträgt sich über die Welle auf die Lagerböcke und dann auf die gesamte Struktur. Diese zyklische Kraft ist die Hauptursache für Vibrationen.

Dabei ist F die Zentrifugalkraft, m die Größe der Unwuchtmasse, ω die Winkelgeschwindigkeit und r der Abstand von der Rotationsachse zur Unwuchtmasse (Exzentrizität).

Der Schlüsselaspekt dieser Beziehung besteht darin, dass die Trägheitskraft proportional zum Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit (ω²) wächst. Dies hat enorme praktische Bedeutung für Abgasausgleich Verfahren. Beispielsweise erhöht eine Verdoppelung der Abluftventilatordrehzahl die Vibrationskraft um das Vierfache. Dieses nichtlineare Wachstum erklärt, warum ein Abluftventilator, der bei niedrigen Drehzahlen akzeptabel läuft, bei Erreichen der Nenndrehzahl oder einer höheren Drehzahl, beispielsweise bei Steuerung über Frequenzumrichter, katastrophale Vibrationspegel aufweisen kann.

1.2. Klassifizierung des Ungleichgewichts: Drei Arten von Problemen

Die Rotorunwucht wird, abhängig von der gegenseitigen Anordnung der Trägheitsachse und der Rotationsachse, in drei Haupttypen unterteilt:

Statisches Ungleichgewicht (Kraft/statisches Ungleichgewicht)

Definition: Tritt auf, wenn die Trägheitsachse parallel zur Rotationsachse verschoben ist. Dies kann man sich als einen „schweren Punkt“ auf dem Rotor vorstellen.

Diagnose: Diese Art von Unwucht ist insofern einzigartig, als sie sich sogar im Ruhezustand manifestiert. Wenn ein solcher Rotor auf horizontalen Stützen mit geringer Reibung (sogenannten „Messerschneiden“) platziert wird, dreht er sich immer unter der Schwerkraft und bleibt mit der schweren Spitze nach unten stehen.

Korrektur: Kann relativ einfach durch Hinzufügen (oder Entfernen) einer Korrekturmasse in einer Ebene, 180 Grad gegenüber dem identifizierten schweren Punkt, beseitigt werden. Statische Unwucht ist charakteristisch für schmale, scheibenförmige Rotoren mit einem niedrigen Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) (z. B. weniger als 0,5).

Paarungleichgewicht

Definition: Tritt auf, wenn die Trägheitsachse die Rotationsachse im Schwerpunkt des Rotors schneidet. Physikalisch entspricht dies zwei gleich großen Unwuchtmassen, die sich in zwei verschiedenen Ebenen entlang der Rotorlänge befinden und um 180 Grad zueinander versetzt sind.

Diagnose: Im statischen Zustand ist ein solcher Rotor im Gleichgewicht und neigt nicht dazu, eine bestimmte Position einzunehmen. Bei der Rotation erzeugt dieses Massenpaar jedoch ein „Schaukel-“ oder „Taumelmoment“, das den Rotor senkrecht zur Rotationsachse dreht und starke Vibrationen an den Lagern verursacht.

Korrektur: Um dieses Moment auszugleichen, ist eine Korrektur in mindestens zwei Ebenen erforderlich.

Dynamisches Ungleichgewicht

       

Definition: Dies ist der allgemeinste und in der Praxis am häufigsten auftretende Fall, bei dem die Trägheitsachse weder parallel zur Rotationsachse verläuft noch diese schneidet, sondern im Raum schräg zu ihr steht. Dynamische Unwucht ist immer eine Kombination aus statischer und Momentenunwucht.

Diagnose: Manifestiert sich nur während der Rotordrehung.

Korrektur: Um sowohl Kraft- als auch Momentkomponenten gleichzeitig auszugleichen, ist immer ein Ausgleich in mindestens zwei Korrekturebenen erforderlich.

1.3. Grundursachen von Problemen: Woher kommt das Ungleichgewicht?

Die Ursachen des Ungleichgewichts können in zwei große Gruppen unterteilt werden, die besonders relevant sind für Abgasausgleich Anwendungen:

Betriebsfaktoren (am häufigsten):

• Materialansammlung: Die häufigste Ursache für den Betrieb von Abluftventilatoren in verunreinigten Umgebungen. Ungleichmäßige Ansammlung von Staub, Schmutz, Farbe, Prozessprodukten oder Feuchtigkeit auf den Laufradschaufeln verändert die Massenverteilung.
• Verschleiß und Korrosion: Ungleichmäßiger abrasiver Verschleiß der Schaufeln, Tropfenerosion durch eindringende Flüssigkeit oder chemische Korrosion führen in einigen Bereichen zu Masseverlust und daraus resultierender Unwucht.
• Thermische Verformung: Eine ungleichmäßige Erwärmung oder Abkühlung des Rotors, insbesondere bei längeren Stillständen heißer Geräte, kann zu einer vorübergehenden oder dauerhaften Verbiegung der Welle oder des Laufrads führen.
• Verlust von Ausgleichsgewichten: Zuvor installierte Korrekturgewichte können sich aufgrund von Vibrationen, Korrosion oder mechanischen Einwirkungen lösen.

Herstellungs- und Montagefehler:

• Herstellungsfehler: Ungleichmäßigkeiten im Material (z. B. Porosität im Guss), Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung oder minderwertige Montage der Schaufeln am Laufrad.
• Montage- und Installationsfehler: Unsachgemäße Befestigung des Laufrads auf der Welle, Fehlausrichtung, Lockerung der Nabenbefestigung, Fehlausrichtung der Motor- und Lüfterwellen.
• Probleme mit verwandten Komponenten: Verwendung nicht standardmäßiger oder abgenutzter Antriebsriemen, Lagerdefekte, Lockerung der Gerätebefestigung am Fundament (als „weicher Fuß“ bezeichneter Zustand).

1.4. Folgen des Ungleichgewichts: Kettenreaktion der Zerstörung

Das Ignorieren von Unwuchtproblemen führt zu einer Kettenreaktion mit zerstörerischen Folgen, die sowohl die mechanischen Gerätekomponenten als auch die wirtschaftliche Leistung beeinträchtigen, was insbesondere bei Abgassystemen von entscheidender Bedeutung ist:

Mechanische Folgen:

• Vibration und Lärm: Die offensichtlichste Folge ist eine starke Zunahme von Vibrationen und Lärm, die zu einer Verschlechterung der Arbeitsbedingungen führt und als erstes Anzeichen einer Fehlfunktion dient.
• Beschleunigter Lagerverschleiß: Die häufigste, teuerste und gefährlichste Folge. Zyklische Belastungen durch die Zentrifugalkraft führen zu beschleunigter Ermüdung und Zerstörung von Wälzkörpern und Laufbahnen, wodurch die Lagerlebensdauer um ein Vielfaches verkürzt wird.
• Ermüdungsversagen: Länger anhaltende Vibrationsbelastung führt zu Ermüdungserscheinungen im Metall, die möglicherweise zur Zerstörung von Wellen, Stützstrukturen und Schweißnähten und sogar zum Bruch von Ankerbolzen führen, mit denen die Einheit am Fundament befestigt ist.
• Schäden an angrenzenden Bauteilen: Vibrationen zerstören außerdem Kupplungsverbindungen, Riementriebe und Wellendichtungen.

Wirtschaftliche und betriebliche Folgen:

• Erhöhter Energieverbrauch: Ein erheblicher Teil der Motorenergie wird nicht für die Luftbewegung, sondern für die Erzeugung von Vibrationen aufgewendet, was zu direkten finanziellen Verlusten führt.
• Reduzierte Leistung: Vibrationen können die aerodynamischen Eigenschaften des Laufrads beeinträchtigen, was zu einer Verringerung des Luftstroms und des vom Abluftventilator erzeugten Drucks führt.
• Notfall-Ausfallzeit: Letztendlich führt ein Ungleichgewicht zu einer Notabschaltung der Ausrüstung, was teure Reparaturen und Verluste durch Ausfallzeiten der Produktionslinie zur Folge hat.
• Sicherheitsbedrohungen: In kritischen Fällen ist bei hohen Drehzahlen eine Zerstörung des Laufrads möglich, die eine direkte Gefahr für Leben und Gesundheit des Personals darstellt.

Abschnitt 2: Schwingungsdiagnose – Die Kunst der präzisen Diagnose

Eine korrekte Diagnose ist der Grundstein für erfolgreiches Auswuchten. Bevor mit der Massenkorrektur begonnen wird, muss mit hoher Sicherheit festgestellt werden, dass die Unwucht tatsächlich die Hauptursache für übermäßige Vibrationen ist. Dieser Abschnitt befasst sich mit instrumentellen Methoden, die nicht nur die Problemerkennung, sondern auch die genaue Identifizierung der Ursache ermöglichen.

2.1. Warum Vibration nicht immer Unwucht ist: Differentialdiagnose

Ein Grundprinzip, das jeder Wartungsspezialist verstehen muss: Übermäßige Vibrationen sind ein Symptom, keine Diagnose. Während Unwucht eine der häufigsten Ursachen für Vibrationen des Abluftventilators ist, können verschiedene andere Defekte ähnliche Muster erzeugen, die vor Beginn der Arbeiten ausgeschlossen werden müssen. Abgasausgleich arbeiten.

Hauptdefekte, die sich als Ungleichgewicht „tarnen“:

• Fehlausrichtung: Wellenversatz zwischen Motor und Lüfter. Im Schwingungsspektrum gekennzeichnet durch deutliche Spitzen bei der doppelten Lauffrequenz (2x), insbesondere in axialer Richtung.
• Mechanische Lockerheit: Lockerung der Lagerstützschrauben, Risse im Fundamentrahmen. Äußert sich als Reihe von Oberschwingungen der laufenden Frequenz (1x, 2x, 3x usw.) und in schweren Fällen als Unterschwingungen (0,5x, 1,5x).
• Wälzlagerdefekte: Abplatzungen, Risse an Laufbahnen oder Wälzkörpern. Erzeugen Sie Vibrationen bei charakteristischen hochfrequenten, nicht synchronen (keine Vielfachen der Rotationsfrequenz) Komponenten, die aus der Lagergeometrie berechnet werden.
• Gebogene Welle: Erzeugt Vibrationen sowohl bei Lauffrequenzen (1x) als auch bei Doppellauffrequenzen (2x), was die Diagnose erheblich erschwert und die obligatorische Anwendung einer Phasenanalyse erfordert, um von Unwucht und Fehlausrichtung zu unterscheiden.
• Resonanz: Starke, mehrfache Schwingungsverstärkung, wenn die Betriebsdrehzahl mit einer der Eigenfrequenzen der Struktur übereinstimmt. Dieser äußerst gefährliche Zustand lässt sich durch Auswuchten nicht beseitigen.

2.2. Werkzeugkasten des Spezialisten: Augen und Ohren des Ingenieurs

Präzise Schwingungsdiagnostik und anschließende Abgasausgleich erfordern spezielle Ausrüstung:

• Vibrationssensoren (Beschleunigungsmesser): Primäre Datenerfassungsmethode. Um ein vollständiges dreidimensionales Bild der Maschinenschwingungen zu erhalten, werden Sensoren in drei zueinander senkrechten Richtungen an Lagergehäusen installiert: horizontal, vertikal und axial.
• Tragbare Schwingungsanalysatoren/-ausgleicher: Moderne Instrumente wie Balanset-1A Kombinieren Sie die Funktionen eines Vibrometers (Messung des Gesamtschwingungspegels), eines Fast Fourier Transform (FFT)-Spektrumanalysators, eines Phasenmessers und eines Auswuchtrechners. Sie ermöglichen eine vollständige Diagnose und Auswuchtung direkt am Einsatzort der Anlage.
• Drehzahlmesser (optisch oder Laser): Integraler Bestandteil jedes Auswuchtkits. Erforderlich für die präzise Drehzahlmessung und Phasensynchronisation. Zur Bedienung wird ein kleines Stück Reflektorband auf die Welle oder ein anderes rotierendes Teil geklebt.
• Software: Mithilfe spezieller Software können Sie Gerätedatenbanken verwalten, Schwingungstrends im Zeitverlauf analysieren, eine umfassende Spektrumdiagnose durchführen und automatisch Arbeitsberichte erstellen.

2.3. Lesen von Schwingungsspektren (FFT-Analyse): Entschlüsselung von Maschinensignalen

Das vom Beschleunigungsmesser gemessene Vibrationssignal weist eine komplexe Amplituden-Zeit-Abhängigkeit auf. Für die Diagnose ist ein solches Signal wenig aussagekräftig. Die wichtigste Analysemethode ist die schnelle Fourier-Transformation (FFT), die das komplexe Zeitsignal mathematisch in sein Frequenzspektrum zerlegt. Das Spektrum zeigt genau, welche Frequenzen Vibrationsenergie enthalten, und ermöglicht so die Identifizierung dieser Vibrationsquellen.

Der wichtigste Indikator für eine Unwucht im Schwingungsspektrum ist das Vorhandensein einer dominanten Spitze bei einer Frequenz, die genau der Rotordrehzahl entspricht. Diese Frequenz wird als 1x bezeichnet. Die Amplitude (Höhe) dieser Spitze ist direkt proportional zur Unwuchtgröße.

2.4. Schlüsselrolle der Phasenanalyse: Bestätigung der Diagnose

Die Phasenanalyse ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das eine definitive Bestätigung der Diagnose „Ungleichgewicht“ ermöglicht und sie von anderen Defekten unterscheidet, die sich ebenfalls bei der Lauffrequenz 1x manifestieren.

Die Phase ist im Wesentlichen die zeitliche Beziehung zwischen zwei Schwingungssignalen gleicher Frequenz, gemessen in Grad. Sie zeigt, wie sich verschiedene Maschinenpunkte relativ zueinander und relativ zur reflektierenden Markierung auf der Welle bewegen.

Bestimmung des Ungleichgewichtstyps nach Phase:

• Statisches Ungleichgewicht: Beide Lagerstützen bewegen sich synchron, also „in Phase“. Daher liegt die an zwei Stützen in gleicher radialer Richtung gemessene Phasenwinkeldifferenz nahe 0° (±30°).
• Paar oder dynamisches Ungleichgewicht: Die Stützen führen eine gegenphasige Schwingbewegung aus. Dementsprechend beträgt der Phasenunterschied zwischen ihnen etwa 180° (±30°).

Geräte

Portabler Balancer & Schwingungsanalysator Balanset-1A

€1,751.00

Teile

Schwingungssensor

€90.00

Teile

Optischer Sensor (Laser-Tachometer)

€124.00

Geräte

Balanset-4

€6,803.00

Teile

Magnetischer Ständer Größe-60-kgf

€46.00

Teile

Reflektierendes Band

€10.00

Geräte

Dynamischer Balancer "Balanset-1A" OEM

€1,561.00

Abschnitt 3: Praktischer Balancing-Leitfaden – Schritt-für-Schritt-Methoden und professionelle Tipps

Dieser Abschnitt enthält eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Durchführung Abgasausgleich Arbeiten, von vorbereitenden Maßnahmen bis hin zu Spezialtechniken für verschiedene Arten von Abluftventilatoren.

3.1. Vorbereitungsphase - 50% des Erfolgs

Eine gute Vorbereitung ist der Schlüssel zum Erfolg und zur Sicherheit AbgasausgleichDas Vernachlässigen dieses Schrittes führt häufig zu falschen Ergebnissen und Zeitverlust.

Sicherheit geht vor:

Vor Beginn aller Arbeiten muss die Anlage vollständig spannungsfrei geschaltet werden. Standardmäßige Lockout/Tagout-Verfahren (LOTO) verhindern ein versehentliches Einschalten. Die Spannungsfreiheit an den Motorklemmen muss sichergestellt sein.

Reinigung und Sichtprüfung:

Dies ist keine vorbereitende, sondern eine primäre Maßnahme. Das Laufrad muss gründlich von allen Ablagerungen – Schmutz, Staub und Produkt – gereinigt werden. In vielen Fällen beseitigt oder reduziert eine gründliche Reinigung die Unwucht vollständig oder deutlich, sodass ein weiteres Auswuchten unnötig wird. Nach der Reinigung werden Schaufeln, Scheiben und Schweißnähte sorgfältig auf Risse, Dellen, Verformungen und Verschleißerscheinungen geprüft.

Mechanische Prüfung („Interventionshierarchie“):

Vor der Korrektur der Massenverteilung muss die mechanische Stabilität der gesamten Baugruppe überprüft werden:

• Anziehen der Schraubverbindung: Überprüfen Sie die Schrauben, mit denen das Laufrad an der Nabe, die Nabe an der Welle, die Lagergehäuse am Rahmen und die Ankerschrauben des Rahmens am Fundament befestigt sind, und ziehen Sie sie gegebenenfalls fest.
• Geometrieprüfung: Überprüfen Sie mithilfe von Messuhren den Rund- und Planlauf von Welle und Laufrad. Überprüfen Sie außerdem visuell oder mithilfe von Schablonen und Messwerkzeugen die Ausrichtung der Schaufeln und die Gleichmäßigkeit ihres Anstellwinkels.

3.2 Statisches Auswuchten: Einfache Methoden für einfache Fälle

Das statische Auswuchten wird bei schmalen, scheibenförmigen Rotoren (z. B. Laufrädern mit kleinem L/D-Verhältnis) angewendet, wenn ein dynamisches Auswuchten technisch nicht möglich oder wirtschaftlich nicht praktikabel ist.

Messerkantenmethode:

Klassische und sehr präzise Methode. Der Rotor (ausgebaut) wird auf zwei perfekt horizontale, parallele und glatte Prismen oder reibungsarme Stützen gelegt. Unter der Schwerkraft neigt sich der „schwere Punkt“ des Rotors immer nach unten. Ein Korrekturgewicht wird genau gegenüber (im 180°-Winkel) zu diesem Punkt angebracht. Der Vorgang wird wiederholt, bis der Rotor in jeder beliebigen Position im neutralen Gleichgewicht bleibt.

Freie Rotationsmethode („Lot“):

Vereinfachte Methode für Ventilatoren mit fest montierten Flügeln. Nach dem Entfernen des Antriebsriemens (falls vorhanden) wird das Flügelrad langsam gedreht und losgelassen. Das schwerste Flügelblatt fällt nach unten. Die Korrektur erfolgt durch Anbringen kleiner Gewichte (z. B. mit Klebeband oder Magneten) an den leichtesten Flügeln, bis das Flügelrad keine bestimmte Position mehr einnimmt.

3.3 Dynamisches Auswuchten im Feld: Professioneller Ansatz

Dies ist die primäre Methode für die industrielle Abgasausgleich, durchgeführt mit speziellen Instrumenten wie Balanset-1A ohne Demontage der Ausrüstung. Der Prozess besteht aus mehreren obligatorischen Schritten.

Schritt 1: Erste Messung (Erstdurchlauf)

• An den Lagergehäusen sind Vibrationssensoren angebracht und auf der Welle ist ein reflektierendes Band für den Drehzahlmesser angebracht.
• Der Abluftventilator wird gestartet und auf die Nennbetriebsdrehzahl gebracht.
• Mithilfe eines Schwingungsanalysators werden die Anfangsdaten aufgezeichnet: Amplitude (normalerweise in mm/s) und Phasenwinkel (in Grad) der Schwingung bei der Betriebsfrequenz 1x. Diese Daten stellen den anfänglichen Unwuchtvektor dar.

Schritt 2: Probelauf mit Gewichten

Logik: Damit das Gerät die Korrektur des Ungleichgewichts genau berechnen kann, ist es notwendig, bekannte Veränderungen in das System einzuführen und die Reaktion darauf zu beobachten. Dies ist der Zweck der Installation von Testgewichten.

• Auswahl von Masse und Standort: Das Testgewicht wird so gewählt, dass es eine spürbare, aber sichere Änderung des Schwingungsvektors verursacht (z. B. eine Amplitudenänderung von 20–30° und/oder eine Phasenverschiebung von 20–30°). Das Gewicht wird vorübergehend in der ausgewählten Korrekturebene an einer bekannten Winkelposition angebracht.
• Messung: Wiederholen Sie den Start und die Messung, wobei Sie die neuen Amplituden- und Phasenwerte aufzeichnen.

Schritt 3: Korrekturgewichtsberechnung und Installation

Moderne Auswuchtinstrumente wie Balanset-1A führt automatisch eine Vektorsubtraktion des anfänglichen Vibrationsvektors vom mit dem Testgewicht ermittelten Vektor durch. Basierend auf dieser Differenz (Einflussvektor) berechnet das Instrument die genaue Masse und den genauen Winkel, bei dem ein permanentes Korrekturgewicht installiert werden muss, um die anfängliche Unwucht auszugleichen.

Die Korrektur kann entweder durch Hinzufügen von Masse (Schweißen von Metallplatten, Anbringen von Schrauben mit Muttern) oder Entfernen von Masse (Bohren von Löchern, Schleifen) erfolgen. Das Hinzufügen von Masse ist vorzuziehen, da es sich um einen reversiblen und kontrollierteren Prozess handelt.

Schritt 4: Überprüfungslauf und Trimmausgleich

• Nach der Installation des permanenten Korrekturgewichts (und dem Entfernen des Testgewichts) wird ein Überprüfungslauf durchgeführt, um das Ergebnis auszuwerten.
• Wenn das Vibrationsniveau gesunken ist, aber immer noch die zulässigen Standards überschreitet, wird ein Trimmausgleich durchgeführt. Der Vorgang wird wiederholt, die Ergebnisse des Verifizierungslaufs dienen nun als Ausgangsdaten. Dies ermöglicht eine iterative, schrittweise Annäherung an die erforderliche Auswuchtqualität.

3.4. Ein- oder Zwei-Ebenen-Auswuchten? Praktische Auswahlkriterien

Die Wahl zwischen Ein- und Zwei-Ebenen-Auswuchten ist eine Schlüsselentscheidung, die den Erfolg des gesamten Verfahrens beeinflusst, besonders wichtig für Abgasausgleich Anwendungen.

Hauptkriterium: Verhältnis von Rotorlänge (L) zu Durchmesser (D).

• Wenn L/D < 0,5 und einer Drehzahl von weniger als 1000 U/min, herrscht normalerweise eine statische Unwucht vor und eine Auswuchtung in einer Ebene ist ausreichend.
• Wenn L/D > 0,5 oder die Rotationsgeschwindigkeit hoch ist (> 1000 U/min), beginnt die Unwucht des Paares eine bedeutende Rolle zu spielen und erfordert zur Beseitigung eine Auswuchtung auf zwei Ebenen.

3.5. Besonderheiten beim Ausgleichen von überhängenden Lüftern

Abluftventilatoren vom Typ „Fliegend“, bei denen sich das Laufrad (Laufrad) jenseits der Lagerstützen befindet, sind hinsichtlich des Auswuchtens besonders komplex.

Problem: Solche Systeme sind von Natur aus dynamisch instabil und äußerst empfindlich gegenüber Unwuchten, insbesondere bei Kupplungssystemen. Dies äußert sich häufig in ungewöhnlich hohen axialen Vibrationen.

Komplikationen: Die Anwendung von Standard-Zwei-Ebenen-Methoden bei fliegend gelagerten Rotoren führt oft zu unbefriedigenden Ergebnissen oder erfordert die Installation von unzureichend großen Korrekturgewichten. Die Systemreaktion auf Testgewichte kann unintuitiv sein: Beispielsweise kann die Installation von Gewichten am Laufrad bei entfernter Lagerung (am Motor) zu größeren Schwingungsänderungen führen als bei nahegelegener Lagerung.

Empfehlungen: Das Auswuchten von überhängenden Abluftventilatoren erfordert mehr Facherfahrung und dynamisches Verständnis. Oft ist es notwendig, spezielle Softwaremodule in Schwingungsanalysatoren zu verwenden, die eine statische/paarweise Krafttrennung für eine genauere Berechnung der Korrekturmasse anwenden.

Abschnitt 4: Komplexe Fälle und professionelle Techniken

Selbst bei strikter Einhaltung der Verfahren können Spezialisten auf Situationen stoßen, in denen Standardansätze keine Ergebnisse bringen. Diese Fälle erfordern eine eingehendere Analyse und die Anwendung nicht standardmäßiger Techniken.

4.1. Typische Fehler und wie man sie vermeidet

Fehler 1: Falsche Diagnose

Der häufigste und kostspieligste Fehler ist der Versuch, Vibrationen auszugleichen, die durch Fehlausrichtung, mechanische Lockerheit oder Resonanz verursacht werden.

Lösung: Beginnen Sie immer mit einer vollständigen Schwingungsanalyse (Spektrum- und Phasenanalyse). Wenn das Spektrum keine klare 1x-Spitzendominanz zeigt, aber signifikante Spitzen bei anderen Frequenzen vorhanden sind, kann der Ausgleich erst beginnen, wenn die Hauptursache beseitigt ist.

Fehler 2: Ignorieren der Vorbereitungsphase

Überspringen der Schritte zur Reinigung des Laufrads oder zur Überprüfung des Festziehens der Schraubverbindungen.

Lösung: Halten Sie sich strikt an die in Abschnitt 3.1 beschriebene „Interventionshierarchie“. Reinigen und Festziehen sind keine Optionen, sondern obligatorische erste Schritte.

Fehler 3: Alle alten Ausgleichsgewichte entfernen

Durch diese Aktion werden vorherige (ggf. werkseitige) Auswuchtergebnisse zerstört und die Arbeit oft erheblich erschwert, da die anfängliche Unwucht sehr groß werden kann.

Lösung: Entfernen Sie niemals ohne triftigen Grund alle Gewichte. Wenn sich am Laufrad durch vorheriges Auswuchten viele kleine Gewichte angesammelt haben, können diese entfernt werden. Anschließend müssen Sie jedoch ihre Vektorsumme zu einem gleichwertigen Gewicht zusammenfassen und dieses an Ort und Stelle installieren.

Fehler 4: Keine Überprüfung der Datenwiederholbarkeit

Beginn des Ausgleichs mit instabilen anfänglichen Amplituden- und Phasenwerten.

Lösung: Führen Sie vor der Installation der Probegewichte 2-3 Kontrollstarts durch. Wenn Amplitude oder Phase von Start zu Start schwanken, deutet dies auf ein komplexeres Problem hin (Resonanz, thermische Krümmung, aerodynamische Instabilität). Das Auswuchten unter solchen Bedingungen führt nicht zu einem stabilen Ergebnis.

4.2. Ausgleich nahe der Resonanz: Wenn die Phase

Problem: Wenn die Betriebsgeschwindigkeit des Abluftventilators sehr nahe an einer der natürlichen Schwingfrequenzen des Systems (Resonanz) liegt, wird der Phasenwinkel extrem instabil und reagiert sehr empfindlich auf kleinste Geschwindigkeitsschwankungen. Dies macht Standardvektorberechnungen auf Basis von Phasenmessungen ungenau oder sogar unmöglich.

Lösung: Vier-Run-Methode

Wesen: Bei dieser einzigartigen Auswuchtmethode wird keine Phasenmessung verwendet. Die Berechnung des Korrekturgewichts erfolgt ausschließlich auf Basis der Änderungen der Schwingungsamplitude.

Prozess: Die Methode erfordert vier aufeinanderfolgende Durchläufe:

1. Messen Sie die anfängliche Schwingungsamplitude
2. Messen Sie die Amplitude mit einem Testgewicht, das in der bedingten 0°-Position installiert ist
3. Messen Sie die Amplitude mit demselben Gewicht, das auf 120° verschoben ist
4. Messen Sie die Amplitude mit demselben Gewicht, das auf 240° verschoben ist

Basierend auf den vier erhaltenen Amplitudenwerten wird eine grafische Lösung (Kreisschnittmethode) erstellt oder eine mathematische Berechnung durchgeführt, die die Bestimmung der erforderlichen Masse und des Installationswinkels des Korrekturgewichts ermöglicht.

4.3. Wenn das Problem nicht das Gleichgewicht ist: Strukturelle und aerodynamische Kräfte

Strukturelle Probleme:

Schwache oder rissige Fundamente sowie gelockerte Stützen können mit der Betriebsfrequenz des Abluftventilators in Resonanz treten und die Vibrationen um ein Vielfaches verstärken.

Diagnose: Um die strukturellen Eigenfrequenzen im ausgeschalteten Zustand zu bestimmen, wird ein Stoßtest (Bump-Test) durchgeführt. Dieser wird mit einem speziellen Modalhammer und einem Beschleunigungsmesser durchgeführt. Liegt eine der ermittelten Eigenfrequenzen nahe der Betriebsdrehzahl, liegt tatsächlich Resonanz vor.

Aerodynamische Kräfte:

Luftstromturbulenzen am Einlass (aufgrund von Hindernissen oder zu geschlossenen Klappen, sogenannter „Fan Starvation“) oder Auslass können niederfrequente, oft instabile Vibrationen verursachen, die nicht mit einem Massenungleichgewicht zusammenhängen.

Diagnose: Es wird ein Test mit aerodynamischer Laständerung bei konstanter Drehzahl durchgeführt (z. B. durch allmähliches Öffnen/Schließen der Klappe). Ändert sich der Vibrationspegel deutlich, ist dies wahrscheinlich aerodynamischer Natur.

4.4. Analyse realer Beispiele (Fallstudien)

Beispiel 1 (Resonanz):

In einem dokumentierten Fall führte der Abgleich des Zuluftventilators mit der Standardmethode aufgrund extrem instabiler Phasenwerte nicht zu Ergebnissen. Die Analyse ergab, dass die Betriebsdrehzahl (29 Hz) sehr nahe an der Eigenfrequenz des Laufrads (28 Hz) lag. Die Anwendung der phasenunabhängigen Vier-Lauf-Methode ermöglichte eine erfolgreiche Reduzierung der Vibrationen auf ein akzeptables Niveau und bot eine vorübergehende Lösung bis zum Austausch des Ventilators durch ein zuverlässigeres Modell.

Beispiel 2 (Mehrere Defekte):

Die Schwingungsanalyse von Abluftventilatoren in einer Zuckerfabrik deckte komplexe Probleme auf. Ein Ventilatorspektrum wies Winkelfehlstellungen (hohe 1x- und 2x-Spitzen in axialer Richtung) auf, während ein anderes mechanisches Spiel (gleichmäßige Harmonische 1x, 2x, 3x) aufwies. Dies verdeutlicht die Bedeutung einer schrittweisen Fehlerbeseitigung: Zunächst wurden Ausrichtung und Festziehen der Befestigungen durchgeführt, erst dann, falls erforderlich, wurde ausgewuchtet.

Abschnitt 5: Standards, Toleranzen und vorbeugende Wartung

Die letzte Phase jeder technischen Arbeit besteht in der Bewertung ihrer Qualität gemäß den gesetzlichen Anforderungen und der Entwicklung einer Strategie zur langfristigen Aufrechterhaltung des ordnungsgemäßen Zustands der Ausrüstung.

5.1. Übersicht über die wichtigsten Normen (ISO)

Zur Bewertung der Auswuchtqualität und des Schwingungszustands von Abluftventilatoren werden mehrere internationale Normen herangezogen.

ISO 14694:2003:

Hauptnorm für Industrieventilatoren. Legt Anforderungen an die Auswuchtqualität und die maximal zulässigen Vibrationspegel fest, abhängig von der Ventilatoranwendungskategorie (BV-1, BV-2, BV-3 usw.), der Leistung und der Installationsart.

ISO 1940-1:2003:

Diese Norm definiert Auswuchtgüteklassen (G) für starre Rotoren. Die Güteklasse kennzeichnet die zulässige Restunwucht. Für die meisten industriellen Abluftventilatoren gelten folgende Klassen:

• G6.3: Standardmäßige Industriequalität, geeignet für die meisten allgemeinen Industrieanwendungen.
• G2.5: Verbesserte Qualität, erforderlich für Hochgeschwindigkeits- oder besonders kritische Abluftventilatoren, bei denen strengere Vibrationsanforderungen gelten.

ISO 10816-3:2009:

Regelt die Bewertung des Schwingungszustands von Industriemaschinen anhand von Messungen an nicht rotierenden Teilen (z. B. Lagergehäusen). Die Norm führt vier Zustandszonen ein:

• Zone A: „Gut“ (neue Ausstattung)
• Zone B: „Befriedigend“ (uneingeschränkter Betrieb zulässig)
• Zone C: „Zeitlich begrenzt akzeptabel“ (Ursachenermittlung und -beseitigung erforderlich)
• Zone D: „Inakzeptabel“ (Vibration kann Schäden verursachen)

ISO 14695:2003:

Diese Norm legt einheitliche Methoden und Bedingungen für Schwingungsmessungen an Industrieventilatoren fest, die erforderlich sind, um die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der zu unterschiedlichen Zeitpunkten und mit unterschiedlichen Geräten erzielten Ergebnisse zu gewährleisten.

5.2. Langfristige Strategie: Integration in das Predictive-Maintenance-Programm

Abgasausgleich sollte nicht als einmalige Reparaturmaßnahme betrachtet werden. Es ist ein integraler Bestandteil einer modernen Strategie zur vorausschauenden Wartung.

Durch regelmäßige Schwingungsüberwachung (z. B. durch Streckendatenerfassung mit tragbaren Analysegeräten) lässt sich der Zustand der Anlage im Laufe der Zeit verfolgen. Trendanalysen, insbesondere die allmähliche Zunahme der Schwingungsamplitude bei der Betriebsfrequenz 1x, sind ein zuverlässiger Indikator für die Entstehung einer Unwucht.

Dieser Ansatz ermöglicht:

• Planen Sie das Auswuchten im Voraus, bevor der Vibrationspegel die in der Norm ISO 10816-3 festgelegten kritischen Werte erreicht.
• Verhindert Sekundärschäden an Lagern, Kupplungen und Stützstrukturen, die bei längerem Betrieb mit übermäßigen Vibrationen unvermeidlich sind.
• Vermeidung ungeplanter Notfall-Ausfallzeiten durch Umwandlung von Reparaturarbeiten in geplante Präventionsarbeiten.

Die Erstellung einer elektronischen Datenbank mit den wichtigsten Schwingungszuständen der Geräte und die regelmäßige Trendanalyse bilden die Grundlage für technisch fundierte und wirtschaftlich wirksame Wartungsentscheidungen und erhöhen so letztendlich die Zuverlässigkeit und die allgemeine Produktionseffizienz.