Rotorauswuchten auf Drehmaschinen: Eine kosteneffiziente Lösung zur Verbesserung der Produktqualität
In der modernen Fertigung, in der die Produktqualität von größter Bedeutung ist, wird Rotorauswuchtung zu einem wesentlichen Bestandteil des technologischen Prozesses. Der Kauf spezieller Auswuchtgeräte kann für kleine und mittlere Unternehmen jedoch kostspielig sein. In diesem Artikel untersuchen wir die Möglichkeit, Drehmaschinen für das Rotor Auswuchten zu nutzen, wodurch die Anlagenkosten erheblich gesenkt und die Produktionseffizienz gesteigert werden können.
Die Drehmaschine als Werkzeug zum Auswuchten
Die Drehmaschine kann aufgrund ihrer Konstruktion und Funktionalität erfolgreich zum Auswuchten von Rotoren verschiedener Typen und Größen eingesetzt werden. Der Hauptvorteil dieses Ansatzes sind die Kosteneinsparungen, da keine teure Spezialausrüstung angeschafft werden muss. Außerdem kann das Auswuchten mit einer Drehmaschine direkt während des Herstellungsprozesses des Rotors erfolgen, was die Produktionszeit verkürzt und die Produktqualität verbessert.
Vorbereitung auf die Auswuchtung
Bevor mit dem Auswuchtprozess begonnen wird, müssen mehrere vorbereitende Schritte unternommen werden:
- Die Wahl der richtigen Drehmaschine: Die Drehmaschine sollte eine ausreichende Steifigkeit und Präzision aufweisen, um eine zuverlässige Rotorbefestigung und genaue Schwingungsmessungen zu gewährleisten.
- Installation des Messsystems: Zur Messung des Rotors Vibration auf der Drehmaschine, ein tragbares Auswuchtgerät wie das Balanset-1A kann verwendet werden. Es umfasst Vibrationssensoren, ein Drehzahlmesser, sowie Software zur Datenanalyse und zur Berechnung der Korrekturmasse.
- Umgang mit der Eigenunwucht der Spindel: Sie müssen die Drehmaschinenspindel selbst nicht auswuchten. Lassen Sie die Maschine nur mit dem Spannfutter laufen (Rotor entfernt) und erfassen Sie den Schwingungsvektor: Das ist die Basislinie, die von Spindel und Spannfutter verursacht wird. Macht sie einen erheblichen Anteil des Rotor-Messwerts aus, ziehen Sie ihn entweder ab, oder – besser – nutzen Sie den 180°-Indexlauf (die Funktion „Mandrel eccentricity elimination“, „F7 – Run Ecc“), die automatisch alles herausrechnet, was sich nicht mit dem Rotor mitdreht.
- Den Rotor auf die Maschine abstimmen, nicht auf die Spindel: Entscheidend ist, dass die Unwuchtkraft des Rotors eine messbare Reaktion an den Lagergehäusen erzeugt. Eine schwere, steife Drehmaschine reagiert nur sehr gering pro Gramm Unwucht, sodass bei einem sehr leichten Rotor das Signal im Rauschen untergeht, während ein sehr schwerer Rotor die zulässige Belastung von Spannfutter oder Lagern überschreiten kann. Prüfen Sie in der Praxis, ob ein passend dimensioniertes Testgewicht eine saubere, wiederholbare Amplituden- und Phasenänderung ergibt, bevor Sie einem Einflusskoeffizienten vertrauen.
- Prüfung des Rundlaufs der Gummierung vor dem Auswuchten: Bei einer gummierten Welle sind Massenunwucht und geometrischer Rundlauffehler der Ummantelung zwei unterschiedliche Defekte. Das Auswuchten hebt die 1×-Kraft auf; es kann eine exzentrische oder ovale Ummantelung nicht rund machen. Setzen Sie eine Messuhr auf die Gummioberfläche und drehen Sie die Welle von Hand: Überschreitet der gemessene Gesamtrundlauf die Produkttoleranz, schleifen oder drehen Sie die Ummantelung zunächst konzentrisch – auf derselben Drehmaschine – und wuchten Sie erst danach aus. Eine Welle, die zwar ausgewuchtet ist, aber weiterhin einen Rundlauffehler aufweist, erzeugt weiterhin Dickenbänder, Streifen und Schwankungen im Anpressdruck, egal wie niedrig der Schwingungswert wird.
In diesem Artikel werde ich unsere Erfahrungen und unsere Vorgehensweise für dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen auf einer Drehmaschine beschreiben – eine Lösung, der ich zugegebenermaßen aufgrund der inhärenten Steifigkeit und des beträchtlichen Gewichts einer solchen Maschine zunächst skeptisch gegenüberstand. Überraschenderweise verlief der Vorgang reibungslos und erreichte die Auswuchtgüteklasse G 6,3 (ISO 21940-11, früher ISO 1940-1).
Theoretisches Auswuchten von Rotoren auf einer Drehmaschine
Das Auswuchten des Rotors auf einer Drehmaschine umfasst die folgenden Schritte:
Sichern des Rotors
Der Rotor ist sicher im Drehfutter oder auf Spitzen montiert, um die Stabilität während des Auswuchtvorgangs zu gewährleisten.
Installieren von Sensoren
Fit one vibration sensor per correction plane — one on the headstock bearing housing and one on the tailstock or steady-rest housing — radially, as close to the bearing as possible, on a clean machined metal surface via a magnetic base. Do not mount sensors on the lathe bed, the apron or a guard: the 1× signal there is attenuated and dominated by the structure. Stick the reflektierendes Band on a metal face (the shaft end or the chuck), not on the rubber covering, and aim the laser tachometer perpendicular to it.
Messung der Anfangsvibration
The initial vibration level is measured at the speed you will use for the whole job. All runs — Run 0, the trial runs and the trim run — must be made at the same speed, because the influence coefficients are only valid for the speed at which they were measured.
Accounting for Eccentricity (immediately after Run 0)
Fixture and mandrel Exzentrizität adds a vector to the Run 0 reading that is not unbalance, and correcting for it would be wrong. Deal with it before the trial weight, not afterwards: tick the “Mandrel eccentricity elimination” checkbox in the Balanset-1A software, complete Run 0, then rotate the rotor 180° in the fixture and press “F7 - Run Ecc”. The software takes the vector half-sum as the eccentricity and the vector half-difference as the true unbalance, and only then unlocks the trial run. Doing this after the correction weights are already welded on means recalculating and redoing them.
How big should a trial weight be?
A safe starting point is a weight whose centrifugal force stays within 5–10% of the rotor weight. As a formula:
mVersuch = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
wobei M is the rotor mass (kg), g = 9.81 m/s², R is the mounting radius of the weight (m), and ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Example: a 50 kg rotor at 3,000 rpm with the weight at R = 0.2 m gives m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1.7 g — grams, not hundreds of grams. That looks surprisingly small for a 50 kg rotor, but check the force: at 3,000 rpm those 1.7 g already pull F = m·R·ω² ≈ 34 N — about 7% of the rotor’s weight. Starting small is the point: stepping up is cheap, while an oversized weight is a real load on bearings and welds. The same force check works in reverse for any weight you are about to bolt on.
You don’t have to compute this by hand: the Balanset software includes a First Trial Weight Estimator that recommends both the mass and the starting angle from your rotor data, and a Stoßtest to check that you are not working near a natural frequency.
A good trial weight changes the reading by at least 20–30% in amplitude or 20–30° in phase. If the response is smaller, increase the weight stepwise — never jump straight to a heavy weight “to see something happen.”
Installing a Trial Weight
A Probegewicht of known mass is installed on the rotor, and the vibration is measured again. For two-plane balancing this is done in each plane in turn — a trial run with the weight in plane 1 (Run 1), then a trial run with the weight in plane 2 (Run 2) — so the software can measure the influence of each correction plane separately.
Berechnung der Ausgleichsmassen
Die Software Balanset-1A analysiert die Messergebnisse und berechnet die notwendigen Korrekturmassen und deren Platzierungswinkel.
Korrektur der Rotormasse
Je nach Konstruktion des Rotors und den Möglichkeiten der Drehmaschine kann die Massenkorrektur durch Bohren, Fräsen, Schweißen oder andere Methoden erfolgen.
Überprüfung des Ausgleichs
Nach den Korrekturen wird eine Kontrollschwingungsmessung durchgeführt. Der Vorgang wird bei Bedarf wiederholt, bis das gewünschte Auswuchtniveau erreicht ist.
Dynamic Balancing in Practice
- Rotationsfrequenz: Typically, the working rotation speed of these shafts ranges between 300 to 500 revolutions per minute (rpm). In this particular case, we carried out the balancing at 550 rpm.
- Einrichten: Die gummierte Welle wurde auf der Drehmaschine montiert und anschließend wurden die Sensoren strategisch platziert, wie auf den nebenstehenden Fotos zu sehen ist.
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen
- Erste Schwingungsmesswerte: Vor dem Auswuchten die anfänglich vibration readings stood at 9 mm/s and 17 mm/s.
- Trial Runs: A two-plane job needs a trial run in each plane in turn — Run 1 with the weight in plane 1, then Run 2 with the weight in plane 2. A trial weight of 340 grams was welded on; it altered the vibration and Phase readings by roughly 10%. Treat such a response as a bare minimum: for a clear, confident measurement we normally aim for a trial weight that shifts the vibration vector by 25–50%, but a heavy, rigid lathe responds very little per gram of trial mass.
- Ausgleichsgewichte: Post the trial runs with the trial weight, our Balanset-1A instrument indicated the need for the addition of 3100 grams on one side of the shaft and 4300 grams on the other, corresponding to corrections in zwei Ebenen. After these adjustments, vibration levels decreased to 2 mm/s and 4 mm/s.
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
- Feinabstimmung: To further optimize results, we proceeded to add weights of 400 grams and 700 grams. Subsequently, another round of fine-tuning was executed by adding 200 grams and 400 grams. Due to spatial constraints, the weights were welded atop one another. Ultimately, these temporary weights were replaced with precision-cut, aesthetically pleasing counterweights crafted specifically for this shaft. The final vibration readings were an impressive 0.1 mm/s in both planes (a rounded figure — below 1 mm/s the instrument itself displays readings to three decimal places).
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Vorteile des Rotorwuchtens auf Drehmaschinen
Kosten-Wirksamkeit
Durch die Verwendung einer Drehmaschine zum Auswuchten werden die Kosten für die Anschaffung spezieller Auswuchtgeräte vermieden.
Bequemlichkeit
Das Auswuchten kann direkt während des Herstellungsprozesses des Rotors erfolgen, was die Produktionszeit verkürzt.
Hohe Qualität
Moderne tragbare Auswuchtgeräte, wie das Balanset-1A, bieten eine hohe Auswuchtgenauigkeit und ermöglichen niedrige Vibrationswerte und eine verbesserte Produktqualität.
Schlussfolgerung
Das Auswuchten von Rotoren auf Drehmaschinen ist eine effektive und wirtschaftliche Lösung für Unternehmen, die die Produktqualität verbessern und die Produktionskosten senken wollen. Der Einsatz von tragbaren Auswuchtgeräten wie dem Balanset-1A macht diesen Prozess einfach und zugänglich, auch für kleine Werkstätten.
Wichtige Hinweise
- Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wird empfohlen, hochwertige Messgeräte zu verwenden und das Auswuchtverfahren genau zu befolgen. Sie können die zulässigen Werte schätzen Restunwucht für Ihren Rotor mit unserem Rechner für Restunwucht (ISO 1940).
Das Auswuchten von Rotoren auf Drehmaschinen ist ein Schritt in die Zukunft Ihrer Produktion, der sich durch verbesserte Produktqualität, reduzierte Kosten und erhöhte Wettbewerbsfähigkeit Ihres Unternehmens auszahlt.
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