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
Bringen Sie pro Ausgleichsebene einen Schwingungssensor an — einen am Lagergehäuse des Spindelstocks und einen am Reitstock- oder Setzstockgehäuse — radial, so nah wie möglich am Lager, auf einer sauberen bearbeiteten Metallfläche mittels Magnetfuß. Montieren Sie Sensoren nicht am Drehbankbett, am Support oder an einer Schutzabdeckung: Das 1×-Signal ist dort gedämpft und wird von der Struktur dominiert. Kleben Sie die reflektierendes Band auf einer Metallfläche (Wellenende oder Spannfutter), nicht auf der Gummiummantelung, an, und richten Sie den Lasertachometer senkrecht dazu aus.
Messung der Anfangsvibration
Der Ausgangsschwingungspegel wird bei der Drehzahl gemessen, die Sie für die gesamte Arbeit verwenden. Alle Läufe — Run 0, die Probeläufe und der Trimm-Lauf — müssen bei derselben Drehzahl durchgeführt werden, da die Einflusskoeffizienten nur für die Drehzahl gültig sind, bei der sie gemessen wurden.
Berücksichtigung der Exzentrizität (unmittelbar nach Run 0)
Vorrichtung und Dorn Exzentrizität fügt der Run-0-Messung einen Vektor hinzu, der keine Unwucht ist, und eine Korrektur dafür wäre falsch. Beheben Sie dies vor dem Probegewicht, nicht danach: Aktivieren Sie das Kontrollkästchen “Mandrel eccentricity elimination” in der Balanset-1A-Software, schließen Sie Run 0 ab, drehen Sie dann den Rotor um 180° in der Aufnahme und drücken Sie “F7 - Run Ecc”. Die Software nimmt die halbe Vektorsumme als Exzentrizität und die halbe Vektordifferenz als tatsächliche Unwucht, und erst dann wird der Probelauf freigeschaltet. Wird dies erst nach dem Anschweißen der Ausgleichsgewichte durchgeführt, müssen diese neu berechnet und erneut angebracht werden.
Wie groß sollte ein Probegewicht sein?
Ein sicherer Ausgangspunkt ist ein Gewicht, dessen die Fliehkraft innerhalb von 5–10 % des Rotorgewichts bleibt. Als Formel:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = 0,05–0,10
wobei M ist die Rotormasse (kg), g = 9.81 m/s², R ist der Montageradius des Gewichts (m), und ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Beispiel: Ein 50 kg schwerer Rotor bei 3.000 U/min mit dem Gewicht bei R = 0,2 m ergibt m ≈ 0,07·50·9,81/(0,2·314²) ≈ 1,7 g — Gramm, nicht Hunderte von Gramm. Das wirkt bei einem 50 kg-Rotor überraschend wenig, aber prüfen Sie die Kraft: Bei 3000 U/min ziehen diese 1,7 g bereits mit F = m·R·ω² ≈ 34 N — etwa 7% des Rotorgewichts. Klein anzufangen ist der Punkt: Nachlegen ist günstig, während ein überdimensioniertes Gewicht eine echte Last für Lager und Schweißnähte darstellt. Derselbe Kraft-Check funktioniert umgekehrt für jedes Gewicht, das Sie als Nächstes anschrauben wollen.
Sie müssen das nicht von Hand berechnen: Die Balanset-Software enthält einen First Trial Weight Estimator der sowohl die Masse als auch den Startwinkel aus Ihren Rotordaten empfiehlt, und ein Stoßtest um zu prüfen, dass Sie nicht in der Nähe einer Eigenfrequenz arbeiten.
Ein gutes Probegewicht ändert die Anzeige um mindestens 20–30 % in der Amplitude oder 20–30° in der Phase. Ist die Reaktion kleiner, erhöhen Sie das Gewicht schrittweise — springen Sie nie direkt zu einem schweren Gewicht, “nur um etwas zu bewirken”.
Anbringen eines Probegewichts
A Probegewicht bekannter Masse wird auf dem Rotor angebracht, und die Schwingung wird erneut gemessen. Beim Zweiebenen-Auswuchten geschieht dies nacheinander in jeder Ebene — ein Probelauf mit dem Gewicht in Ebene 1 (Run 1), dann ein Probelauf mit dem Gewicht in Ebene 2 (Run 2) —, damit die Software den Einfluss jeder Ausgleichsebene getrennt messen kann.
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.
Dynamische Auswuchtung in der Praxis
- Rotationsfrequenz: Typischerweise liegt die Arbeitsdrehzahl dieser Wellen zwischen 300 und 500 Umdrehungen pro Minute (U/min). In diesem speziellen Fall führten wir das Auswuchten bei 550 U/min durch.
- 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 lagen die Schwingungswerte bei 9 mm/s und 17 mm/s.
- Probeläufe: Eine Zwei-Ebenen-Aufgabe erfordert einen Probelauf in jeder Ebene nacheinander — Run 1 mit dem Gewicht in Ebene 1, dann Run 2 mit dem Gewicht in Ebene 2. Ein Probegewicht von 340 Gramm wurde angeschweißt; es veränderte die Schwingung und Phase die Messwerte um etwa 10%. Betrachten Sie eine solche Reaktion als absolutes Minimum: Für eine klare, verlässliche Messung streben wir normalerweise ein Probegewicht an, das den Schwingungsvektor um 25–50% verschiebt, aber eine schwere, starre Drehmaschine reagiert nur sehr wenig pro Gramm Probemasse.
- Ausgleichsgewichte: Nach den Probeläufen mit dem Probegewicht zeigte unser Balanset-1A-Gerät an, dass 3100 Gramm auf einer Seite der Welle und 4300 Gramm auf der anderen Seite hinzugefügt werden müssen, entsprechend Korrekturen in zwei Ebenen. Nach diesen Anpassungen sanken die Schwingungspegel auf 2 mm/s und 4 mm/s.
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
Dynamisches Auswuchten von gummierten Wellen vor Ort mit einer Drehmaschine
- Feinabstimmung: Zur weiteren Optimierung der Ergebnisse haben wir Gewichte von 400 Gramm und 700 Gramm hinzugefügt. Anschließend wurde eine weitere Feinabstimmungsrunde durchgeführt, bei der 200 Gramm und 400 Gramm hinzugefügt wurden. Aus Platzgründen wurden die Gewichte übereinander aufgeschweißt. Schließlich wurden diese provisorischen Gewichte durch präzisionsgefertigte, optisch ansprechende Gegengewichte ersetzt, die speziell für diese Welle angefertigt wurden. Die abschließenden Schwingungswerte lagen bei beeindruckenden 0,1 mm/s in beiden Ebenen (ein gerundeter Wert — unterhalb von 1 mm/s zeigt das Gerät selbst Werte mit drei Nachkommastellen an).
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.
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.
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