Übersicht

In der Praxis beschränkt sich das Auswuchten von Rotoren fast nie allein auf die Berechnung und Montage eines Korrekturgewichts. Zwar ist der Algorithmus formal bekannt und das Gerät führt alle Berechnungen automatisch durch, doch das Endergebnis hängt weitaus stärker vom Verhalten des Objekts selbst als vom Auswuchtgerät ab. Daher kommt es im realen Betrieb immer wieder zu Situationen, in denen das Auswuchten nicht funktioniert, sich Einflussfaktoren ändern, die Schwingungen instabil werden und das Ergebnis nicht reproduzierbar ist.

Lineare und nichtlineare Schwingungen, ihre Eigenschaften und Ausgleichsmethoden

Um erfolgreich ausbalancieren zu können, muss man verstehen, wie ein Objekt auf das Hinzufügen oder Entfernen von Masse reagiert. In diesem Zusammenhang spielen die Konzepte linearer und nichtlinearer Objekte eine Schlüsselrolle. Wenn man versteht, ob ein Objekt linear oder nichtlinear ist, kann man die richtige Ausbalancierungsstrategie auswählen und das gewünschte Ergebnis erzielen.

Lineare Objekte nehmen in diesem Bereich aufgrund ihrer Vorhersagbarkeit und Stabilität eine besondere Stellung ein. Sie ermöglichen den Einsatz einfacher und zuverlässiger Diagnose- und Ausgleichsmethoden, sodass ihre Untersuchung einen wichtigen Schritt in der Schwingungsdiagnostik darstellt.

Lineare vs. nichtlineare Objekte

Die meisten dieser Probleme beruhen auf einem grundlegenden, aber oft unterschätzten Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Objekten. Ein lineares Objekt ist aus Sicht der Auswuchtung ein System, bei dem die Schwingungsamplitude bei konstanter Drehzahl proportional zur Unwucht ist und die Schwingungsphase der Winkelposition der Unwuchtmasse streng vorhersagbar folgt. Unter diesen Bedingungen ist der Einflusskoeffizient konstant. Alle gängigen dynamischen Auswuchtalgorithmen, einschließlich der im Balanset-1A implementierten, sind genau für solche Objekte ausgelegt.

Bei linearen Objekten ist der Auswuchtvorgang vorhersagbar und stabil. Das Anbringen eines Probegewichts bewirkt eine proportionale Änderung von Schwingungsamplitude und -phase. Wiederholte Auswuchtungen führen zum gleichen Schwingungsvektor, und das berechnete Korrekturgewicht bleibt gültig. Solche Objekte eignen sich sowohl für einmaliges als auch für serielles Auswuchten mit gespeicherten Einflusskoeffizienten.

Ein nichtlineares Objekt verhält sich grundlegend anders. Die Grundlage der Auswuchtberechnung wird dadurch verletzt. Die Schwingungsamplitude ist nicht mehr proportional zur Unwucht, die Phase wird instabil, und der Einflusskoeffizient ändert sich in Abhängigkeit von der Masse des Testgewichts, dem Betriebsmodus oder sogar der Zeit. In der Praxis äußert sich dies in einem chaotischen Verhalten des Schwingungsvektors: Nach dem Anbringen eines Testgewichts kann die Schwingungsänderung zu gering, zu groß oder schlichtweg nicht reproduzierbar sein.

Was sind lineare Objekte?

Ein lineares Objekt ist ein System, bei dem die Schwingung direkt proportional zum Ausmaß der Unwucht ist.

Ein lineares Objekt ist im Kontext des Auswuchtens ein idealisiertes Modell, das durch eine direkte Proportionalität zwischen der Größe der Unwucht (Unwuchtmasse) und der Schwingungsamplitude gekennzeichnet ist. Das bedeutet: Verdoppelt sich die Unwucht, verdoppelt sich auch die Schwingungsamplitude, vorausgesetzt, die Drehzahl des Rotors bleibt konstant. Umgekehrt führt eine Verringerung der Unwucht zu einer proportionalen Verringerung der Schwingungen.

Im Gegensatz zu nichtlinearen Systemen, bei denen das Verhalten eines Objekts in Abhängigkeit von vielen Faktoren variieren kann, ermöglichen lineare Objekte ein hohes Maß an Präzision bei minimalem Aufwand.

Darüber hinaus dienen sie als Grundlage für Training und Übung für Balancer. Das Verständnis der Prinzipien linearer Objekte hilft bei der Entwicklung von Fähigkeiten, die später auf komplexere Systeme angewendet werden können.

Grafische Darstellung der Linearität

Stellen Sie sich ein Diagramm vor, in dem die horizontale Achse die Größe der Unwucht (Unwucht) und die vertikale Achse die Schwingungsamplitude darstellt. Bei einem linearen Objekt ist dieses Diagramm eine Gerade, die durch den Ursprung verläuft (den Punkt, an dem sowohl die Unwucht als auch die Schwingungsamplitude null sind). Die Steigung dieser Geraden charakterisiert die Empfindlichkeit des Objekts gegenüber Unwuchten: Je steiler die Steigung, desto größer die Schwingungen bei gleicher Unwucht.

Grafik 1: Die Beziehung zwischen Schwingungsamplitude (µm) und unwuchtiger Masse (g)

Grafik 1 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Schwingungsamplitude (µm) eines linearen Auswuchtobjekts und der Unwuchtmasse (g) des Rotors. Der Proportionalitätskoeffizient beträgt 0,5 µm/g. Eine einfache Division von 300 durch 600 ergibt 0,5 µm/g. Bei einer Unwuchtmasse von 800 g (UM=800 g) beträgt die Schwingung 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Beachten Sie, dass dies bei konstanter Rotordrehzahl gilt. Bei einer anderen Drehzahl ist der Koeffizient anders.

Dieser Proportionalitätskoeffizient wird Einflusskoeffizient (Empfindlichkeitskoeffizient) genannt und hat die Dimension µm/g oder, in Fällen mit Unwucht, µm/(g*mm), wobei (g*mm) die Einheit der Unwucht ist. Kennt man den Einflusskoeffizienten (IC), ist es auch möglich, das umgekehrte Problem zu lösen, nämlich die unausgeglichene Masse (UM) anhand der Schwingungsgröße zu bestimmen. Dazu teilt man die Schwingungsamplitude durch den IC.

Wenn beispielsweise die gemessene Vibration 300 µm beträgt und der bekannte Koeffizient IC=0,5 µm/g ist, dividieren Sie 300 durch 0,5, um 600 g zu erhalten (UM=600 g).

Einflusskoeffizient (IC): Schlüsselparameter linearer Objekte

Eine entscheidende Kenngröße eines linearen Objekts ist der Einflusskoeffizient (IC). Er entspricht numerisch dem Tangens des Steigungswinkels der Geraden im Diagramm der Schwingung in Abhängigkeit von der Unwucht und gibt an, wie sich die Schwingungsamplitude (in Mikrometern, µm) ändert, wenn in einer bestimmten Korrekturebene bei einer bestimmten Rotordrehzahl eine Masseneinheit (in Gramm, g) hinzugefügt wird. Anders ausgedrückt: Der IC ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Objekts gegenüber Unwucht. Seine Maßeinheit ist µm/g oder, wenn die Unwucht als Produkt aus Masse und Radius ausgedrückt wird, µm/(g*mm).

Der IC-Wert ist im Wesentlichen die Kenngröße eines linearen Objekts und ermöglicht Vorhersagen über sein Verhalten bei Hinzufügung oder Entfernung von Masse. Die Kenntnis des IC-Werts erlaubt die Lösung sowohl des direkten Problems – die Bestimmung der Schwingungsamplitude bei gegebener Unwucht – als auch des inversen Problems – die Berechnung der Unwuchtamplitude aus der gemessenen Schwingung.

Direktes Problem:

Inverses Problem:

Schwingungsphase in linearen Objekten

Neben der Amplitude wird eine Schwingung auch durch ihre Phase charakterisiert, die die Position des Rotors im Moment der maximalen Abweichung von seiner Ruhelage angibt. Bei einem linearen Objekt ist die Schwingungsphase ebenfalls vorhersagbar. Sie ist die Summe zweier Winkel:

1. Der Winkel, der die Position der gesamten Unwuchtmasse des Rotors bestimmt. Dieser Winkel gibt die Richtung an, in der die primäre Unwucht konzentriert ist.
2. Das Argument des Einflusskoeffizienten. Dies ist ein konstanter Winkel, der die dynamischen Eigenschaften des Objekts charakterisiert und nicht von der Größe oder dem Winkel der Unwuchtanordnung abhängt.

Wenn man also das IC-Argument kennt und die Schwingungsphase misst, kann man den Winkel der unausgeglichenen Masseninstallation bestimmen. Dies ermöglicht nicht nur die Berechnung der Korrekturmasse, sondern auch ihre genaue Platzierung auf dem Rotor, um eine optimale Balance zu erreichen.

Lineare Objekte ausbalancieren

Es ist wichtig zu beachten, dass der auf diese Weise ermittelte Einflusskoeffizient (IC) bei einem linearen Objekt weder von der Größe oder dem Winkel der Installation der Testmasse noch von der Anfangsschwingung abhängt. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Linearität. Bleibt der IC unverändert, wenn die Parameter der Testmasse oder die Anfangsschwingung geändert werden, kann mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass sich das Objekt innerhalb des betrachteten Unwuchtbereichs linear verhält.

Schritte zum Ausbalancieren eines linearen Objekts

1. Messung der Anfangsschwingung: Zunächst wird die Schwingung im Ausgangszustand gemessen. Dabei werden Amplitude und Schwingwinkel ermittelt, die Aufschluss über die Unwuchtrichtung geben.
2. Einbringen einer Probemasse: Am Rotor wird eine Masse mit bekanntem Gewicht angebracht. Dadurch lässt sich nachvollziehen, wie das Objekt auf zusätzliche Belastungen reagiert und die Schwingungsparameter können berechnet werden.
3. Vibration erneut messen: Nach dem Einbau der Probemasse werden neue Schwingungsparameter gemessen. Durch den Vergleich mit den Ausgangswerten lässt sich feststellen, wie sich die Masse auf das System auswirkt.
4. Berechnung der Korrekturmasse: Anhand der Messdaten werden Masse und Einbauwinkel des Ausgleichsgewichtes ermittelt, welches auf den Rotor aufgelegt wird um die Unwucht zu beseitigen.
5. Endgültige Überprüfung: Nach dem Einbau des Korrekturgewichts sollte die Vibration deutlich reduziert sein. Wenn die Restvibration immer noch das akzeptable Maß überschreitet, kann der Vorgang wiederholt werden.

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Serieller Ausgleich und gespeicherte Koeffizienten

Die serielle Wuchtung verdient besondere Beachtung. Sie kann die Produktivität deutlich steigern, jedoch nur bei linearen, schwingungsstabilen Objekten. In solchen Fällen lassen sich die am ersten Rotor ermittelten Einflusskoeffizienten für nachfolgende identische Rotoren wiederverwenden. Sobald sich jedoch die Lagersteifigkeit, die Drehzahl oder der Lagerzustand ändern, geht die Wiederholgenauigkeit verloren und die serielle Methode ist nicht mehr anwendbar.

Nichtlineare Objekte: Wenn Theorie und Praxis auseinanderklaffen

Was ist ein nichtlineares Objekt?

Ein nichtlineares Objekt ist ein System, bei dem die Schwingungsamplitude nicht proportional zur Größe der Unwucht ist. Im Gegensatz zu linearen Objekten, bei denen die Beziehung zwischen Schwingung und Unwuchtmasse durch eine gerade Linie dargestellt wird, kann diese Beziehung bei nichtlinearen Systemen komplexen Bahnen folgen.

In der realen Welt verhalten sich nicht alle Objekte linear. Bei nichtlinearen Objekten besteht eine Beziehung zwischen Unwucht und Vibration, die nicht direkt proportional ist. Dies bedeutet, dass der Einflusskoeffizient nicht konstant ist und je nach verschiedenen Faktoren variieren kann, wie zum Beispiel:

• Ausmaß des Ungleichgewichts: Eine Erhöhung der Unwucht kann die Steifigkeit der Rotorlager verändern, was zu nichtlinearen Änderungen der Schwingungen führt.
• Rotationsgeschwindigkeit: Bei unterschiedlichen Drehzahlen können unterschiedliche Resonanzphänomene angeregt werden, die ebenfalls zu nichtlinearem Verhalten führen.
• Vorhandensein von Abständen und Lücken: Spiel und Spalte in Lagern und anderen Verbindungen können unter bestimmten Bedingungen zu abrupten Schwingungsänderungen führen.
• Temperatur: Temperaturänderungen können die Materialeigenschaften und damit auch die Schwingungseigenschaften des Objekts beeinflussen.
• Externe Lasten: Auf den Rotor einwirkende externe Lasten können dessen dynamische Eigenschaften verändern und zu nichtlinearem Verhalten führen.

Warum sind nichtlineare Objekte eine Herausforderung?

Nichtlinearität führt viele Variablen in den Ausgleichsprozess ein. Erfolgreiches Arbeiten mit nichtlinearen Objekten erfordert mehr Messungen und komplexere Analysen. Beispielsweise liefern Standardmethoden, die auf lineare Objekte anwendbar sind, bei nichtlinearen Systemen nicht immer genaue Ergebnisse. Dies erfordert ein tieferes Verständnis der Physik des Prozesses und den Einsatz spezieller Diagnosemethoden.

Anzeichen von Nichtlinearität

Ein nichtlineares Objekt kann an folgenden Zeichen erkannt werden:

• Nichtproportionale Schwingungsänderungen: Mit zunehmender Unwucht können die Schwingungen schneller oder langsamer zunehmen als bei einem linearen Objekt erwartet.
• Phasenverschiebung bei Schwingungen: Bei Schwankungen der Unwucht oder der Drehzahl kann sich die Schwingungsphase unvorhersehbar ändern.
• Vorhandensein von Harmonischen und Subharmonischen: Das Schwingungsspektrum kann höhere Harmonische (Vielfache der Rotationsfrequenz) und Subharmonische (Bruchteile der Rotationsfrequenz) aufweisen, was auf nichtlineare Effekte hinweist.
• Hysterese: Die Schwingungsamplitude kann nicht nur vom aktuellen Unwuchtwert, sondern auch von dessen Vorgeschichte abhängen. Wenn beispielsweise die Unwucht zunimmt und dann wieder auf den Anfangswert abnimmt, kehrt die Schwingungsamplitude möglicherweise nicht auf ihren ursprünglichen Wert zurück.

Durch Nichtlinearität werden viele Variablen in den Ausgleichsprozess eingebracht. Für einen erfolgreichen Betrieb sind weitere Messungen und komplexe Analysen erforderlich. Beispielsweise liefern Standardmethoden, die auf lineare Objekte anwendbar sind, bei nichtlinearen Systemen nicht immer genaue Ergebnisse. Dies erfordert ein tieferes Verständnis der Prozessphysik und den Einsatz spezieller Diagnosemethoden.

Grafische Darstellung der Nichtlinearität

In einem Diagramm, das Vibrationen im Vergleich zu Unwucht darstellt, wird Nichtlinearität durch Abweichungen von einer geraden Linie deutlich. Das Diagramm kann Biegungen, Krümmungen, Hystereseschleifen und andere Merkmale aufweisen, die auf eine komplexe Beziehung zwischen Unwucht und Vibration hinweisen.

Grafik 2. Nichtlineares Objekt

50 g; 40 μm (gelb), 100 g; 54,7 μm (blau).

Dieses Objekt weist zwei Segmente auf, zwei gerade Linien. Bei Unwuchten von weniger als 50 Gramm spiegelt die Grafik die Eigenschaften eines linearen Objekts wider, wobei die Proportionalität zwischen der Unwucht in Gramm und der Schwingungsamplitude in Mikrometern gewahrt bleibt. Bei Unwuchten von mehr als 50 Gramm verlangsamt sich das Wachstum der Schwingungsamplitude.

Beispiele für nichtlineare Objekte

Beispiele für nichtlineare Objekte im Zusammenhang mit dem Ausgleich sind:

• Rotoren mit Rissen: Risse im Rotor können zu nichtlinearen Steifigkeitsänderungen und infolgedessen zu einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Schwingung und Unwucht führen.
• Rotoren mit Lagerspiel: Spiel in Lagern kann unter bestimmten Bedingungen zu abrupten Schwingungsänderungen führen.
• Rotoren mit nichtlinearen elastischen Elementen: Manche elastische Elemente, wie zum Beispiel Gummidämpfer, können nichtlineare Eigenschaften aufweisen, die die Rotordynamik beeinflussen.

Arten der Nichtlinearität

1. Weich-Steif-Nichtlinearität

In solchen Systemen werden zwei Segmente beobachtet: weich und steif. Im weichen Segment ähnelt das Verhalten der Linearität, wobei die Schwingungsamplitude proportional zur Unwuchtmasse zunimmt. Nach einem bestimmten Schwellenwert (Knickpunkt) wechselt das System jedoch in einen steifen Modus, bei dem das Amplitudenwachstum langsamer wird.

2. Elastische Nichtlinearität

Änderungen der Steifigkeit von Stützen oder Kontakten innerhalb des Systems machen die Beziehung zwischen Schwingung und Unwucht komplex. Beispielsweise kann die Schwingung beim Überschreiten bestimmter Belastungsschwellenwerte plötzlich zunehmen oder abnehmen.

3. Reibungsbedingte Nichtlinearität

In Systemen mit erheblicher Reibung (z. B. in Lagern) kann die Schwingungsamplitude unvorhersehbar sein. Reibung kann die Schwingung in einem Geschwindigkeitsbereich verringern und in einem anderen verstärken.

Häufige Ursachen der Nichtlinearität

Die häufigsten Ursachen für Nichtlinearität sind erhöhte Lagerspiele, Lagerverschleiß, Trockenreibung, gelockerte Lager, Risse in der Struktur und Betrieb nahe der Resonanzfrequenzen. Oftmals weist das Objekt eine sogenannte weiche-harte Nichtlinearität auf. Bei geringen Unwuchtwerten verhält sich das System nahezu linear, doch mit zunehmender Vibration werden steifere Elemente der Lager oder des Gehäuses miteinbezogen. In solchen Fällen ist ein Auswuchten nur in einem engen Betriebsbereich möglich und führt nicht zu stabilen Langzeitergebnissen.

Schwingungsinstabilität

Ein weiteres gravierendes Problem ist die Schwingungsinstabilität. Selbst ein formal lineares Objekt kann im Laufe der Zeit Amplituden- und Phasenänderungen aufweisen. Dies wird durch thermische Effekte, Änderungen der Schmierstoffviskosität, Wärmeausdehnung und instabile Reibung in den Lagern verursacht. Daher können Messungen, die nur wenige Minuten auseinanderliegen, unterschiedliche Schwingungsvektoren ergeben. Unter diesen Bedingungen ist ein sinnvoller Vergleich der Messungen unmöglich, und die Auswuchtberechnung verliert an Zuverlässigkeit.

Ausgleich nahe der Resonanz

Das Auswuchten in Resonanznähe ist besonders problematisch. Wenn die Rotationsfrequenz mit einer Eigenfrequenz des Systems übereinstimmt oder nahe daran liegt, führt selbst eine geringe Unwucht zu einem starken Anstieg der Schwingungen. Die Schwingungsphase reagiert extrem empfindlich auf kleinste Drehzahländerungen. Das Objekt gerät in einen nichtlinearen Bereich, und das Auswuchten in diesem Bereich verliert seine physikalische Bedeutung. In solchen Fällen muss die Betriebsdrehzahl oder die mechanische Struktur geändert werden, bevor das Auswuchten überhaupt in Betracht gezogen werden kann.

Hohe Vibrationen nach “erfolgreicher” Auswuchtung

In der Praxis kommt es häufig vor, dass nach einem formal erfolgreichen Auswuchtvorgang der Gesamtschwingungsgrad weiterhin hoch bleibt. Dies deutet nicht auf einen Fehler des Messgeräts oder des Bedieners hin. Auswuchten beseitigt lediglich Massenunwuchten. Werden die Schwingungen durch Fundamentfehler, lockere Befestigungselemente, Fehlausrichtung oder Resonanz verursacht, lösen Ausgleichsgewichte das Problem nicht. In diesen Fällen hilft die Analyse der räumlichen Schwingungsverteilung an der Maschine und ihrem Fundament, die wahre Ursache zu ermitteln.

Nichtlineare Objekte ausbalancieren: Eine komplexe Aufgabe mit unkonventionellen Lösungen

Das Ausbalancieren nichtlinearer Objekte ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die spezielle Methoden und Ansätze erfordert. Die für lineare Objekte entwickelte Standardmethode der Versuchsmasse kann zu fehlerhaften Ergebnissen führen oder völlig unbrauchbar sein.

Ausgleichsmethoden für nichtlineare Objekte

• Schrittweises Ausbalancieren: Bei diesem Verfahren wird die Unwucht schrittweise durch den Einbau von Ausgleichsgewichten in jeder Phase reduziert. Nach jeder Phase werden Schwingungsmessungen durchgeführt und anhand des aktuellen Zustands des Objekts ein neues Ausgleichsgewicht bestimmt. Dieses Verfahren berücksichtigt Änderungen des Einflusskoeffizienten während des Auswuchtprozesses.
• Auswuchten bei mehreren Geschwindigkeiten: Diese Methode berücksichtigt die Auswirkungen von Resonanzphänomenen bei unterschiedlichen Drehzahlen. Das Auswuchten wird bei mehreren Drehzahlen in der Nähe der Resonanz durchgeführt, wodurch eine gleichmäßigere Schwingungsreduzierung über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich ermöglicht wird.
• Verwendung mathematischer Modelle: Für komplexe nichtlineare Objekte können mathematische Modelle verwendet werden, die die Rotordynamik unter Berücksichtigung nichtlinearer Effekte beschreiben. Diese Modelle helfen dabei, das Objektverhalten unter verschiedenen Bedingungen vorherzusagen und optimale Ausgleichsparameter zu bestimmen.

Die Erfahrung und Intuition eines Spezialisten spielen eine entscheidende Rolle beim Auswuchten nichtlinearer Objekte. Ein erfahrener Auswuchtspezialist erkennt Anzeichen von Nichtlinearität, wählt die geeignete Methode und passt sie an die jeweilige Situation an. Die Analyse von Schwingungsspektren, die Beobachtung von Schwingungsänderungen bei Variation der Betriebsparameter des Objekts und die Berücksichtigung der Konstruktionsmerkmale des Rotors tragen dazu bei, die richtigen Entscheidungen zu treffen und die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

So balancieren Sie nichtlineare Objekte mit einem für lineare Objekte entwickelten Werkzeug aus

Das ist eine gute Frage. Meine persönliche Methode zum Auswuchten solcher Objekte beginnt mit der Reparatur des Mechanismus: Lager ersetzen, Risse schweißen, Schrauben festziehen, Anker oder Schwingungsisolatoren prüfen und sicherstellen, dass der Rotor nicht an stationären Strukturelementen reibt.

Als nächstes identifiziere ich Resonanzfrequenzen, da es unmöglich ist, einen Rotor bei Drehzahlen nahe der Resonanz auszuwuchten. Dazu verwende ich das Stoßverfahren zur Resonanzbestimmung oder ein Rotor-Auslaufdiagramm.

Dann bestimme ich die Position des Sensors am Mechanismus: vertikal, horizontal oder in einem Winkel.

Nach Probeläufen zeigt das Gerät Winkel und Gewicht der Korrekturlasten an. Ich halbiere das Korrekturlastgewicht, verwende aber die vom Gerät vorgeschlagenen Winkel für die Rotorplatzierung. Wenn die Restschwingung nach der Korrektur immer noch das akzeptable Maß überschreitet, führe ich einen weiteren Rotorlauf durch. Natürlich nimmt dies mehr Zeit in Anspruch, aber die Ergebnisse sind manchmal inspirierend.

Kunst und Wissenschaft des Auswuchtens rotierender Geräte

Das Auswuchten rotierender Geräte ist ein komplexer Prozess, der Elemente aus Wissenschaft und Kunst vereint. Bei linearen Objekten umfasst das Auswuchten relativ einfache Berechnungen und Standardmethoden. Die Arbeit mit nichtlinearen Objekten erfordert jedoch ein tiefes Verständnis der Rotordynamik, die Fähigkeit, Schwingungssignale zu analysieren, und die Fähigkeit, die effektivsten Auswuchtstrategien auszuwählen.

Erfahrung, Intuition und kontinuierliche Verbesserung der Fähigkeiten machen einen Auswuchtmeister zu einem wahren Meister seines Fachs. Denn die Qualität des Auswuchtens bestimmt nicht nur die Effizienz und Zuverlässigkeit des Anlagenbetriebs, sondern gewährleistet auch die Sicherheit von Menschen.

Messwiederholbarkeit

Messprobleme spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Eine fehlerhafte Installation der Schwingungssensoren, Änderungen der Messpunkte oder eine falsche Sensorausrichtung beeinflussen Amplitude und Phase direkt. Für das Auswuchten reicht die reine Schwingungsmessung nicht aus; Wiederholbarkeit und Stabilität der Messungen sind entscheidend. Daher müssen in der Praxis die Montageorte und Ausrichtungen der Sensoren streng kontrolliert werden.

Praktischer Ansatz für nichtlineare Objekte

Das Auswuchten eines nichtlinearen Objekts beginnt stets nicht mit der Installation eines Probegewichts, sondern mit der Analyse des Schwingungsverhaltens. Wenn Amplitude und Phase sich im Laufe der Zeit deutlich verändern, von einem Startpunkt zum anderen wechseln oder stark auf kleine Drehzahländerungen reagieren, besteht die erste Aufgabe darin, den stabilsten Betriebszustand zu erreichen. Andernfalls sind alle Berechnungen willkürlich.

Der erste praktische Schritt ist die Wahl der richtigen Drehzahl. Nichtlineare Objekte reagieren äußerst empfindlich auf Resonanzen, daher muss das Auswuchten mit einer Drehzahl erfolgen, die möglichst weit von den Eigenfrequenzen entfernt ist. Dies bedeutet häufig, unterhalb oder oberhalb des üblichen Betriebsbereichs zu arbeiten. Selbst wenn die Schwingung bei dieser Drehzahl höher, aber stabil ist, ist dies dem Auswuchten im Resonanzbereich vorzuziehen.

Als Nächstes ist es wichtig, alle zusätzlichen Nichtlinearitätsquellen zu minimieren. Vor dem Auswuchten sollten alle Befestigungselemente geprüft und festgezogen, Spiel so weit wie möglich beseitigt und Lager und Stützen auf Spiel untersucht werden. Auswuchten kompensiert weder Spiel noch Reibung, dies ist jedoch möglich, wenn diese Faktoren auf ein stabiles Niveau gebracht werden.

Bei der Arbeit mit nichtlinearen Objekten sollten kleine Testgewichte nicht aus Gewohnheit verwendet werden. Zu kleine Testgewichte führen oft nicht dazu, dass das System in einen reproduzierbaren Bereich gelangt, und die Schwingungsänderung wird vergleichbar mit Instabilitätsrauschen. Das Testgewicht muss groß genug sein, um eine deutliche und reproduzierbare Änderung des Schwingungsvektors zu bewirken, aber nicht so groß, dass es das Objekt in einen anderen Betriebsbereich zwingt.

Die Messungen sollten zügig und unter identischen Bedingungen durchgeführt werden. Je kürzer der Zeitraum zwischen den Messungen ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die dynamischen Systemparameter nicht verändern. Es empfiehlt sich, mehrere Kontrollläufe ohne Konfigurationsänderung durchzuführen, um das konsistente Verhalten des Objekts zu bestätigen.

Es ist äußerst wichtig, die Befestigungspunkte und die Ausrichtung des Vibrationssensors festzulegen. Bei nichtlinearen Objekten kann selbst eine geringe Sensorverschiebung merkliche Änderungen in Phase und Amplitude verursachen, die fälschlicherweise als Einfluss des Testgewichts interpretiert werden könnten.

Bei den Berechnungen sollte man nicht auf die exakte numerische Übereinstimmung, sondern auf die Trends achten. Wenn die Schwingungen mit aufeinanderfolgenden Korrekturen stetig abnehmen, deutet dies darauf hin, dass die Auswuchtung in die richtige Richtung geht, selbst wenn die Einflusskoeffizienten formal nicht konvergieren.

Es wird nicht empfohlen, Einflusskoeffizienten für nichtlineare Objekte zu speichern und wiederzuverwenden. Selbst wenn ein Ausgleichszyklus erfolgreich ist, kann das Objekt beim nächsten Start in einen anderen Zustand übergehen, und die vorherigen Koeffizienten sind dann nicht mehr gültig.

Man sollte bedenken, dass das Auswuchten eines nichtlinearen Objekts oft ein Kompromiss ist. Ziel ist nicht die geringstmögliche Vibration, sondern die Maschine in einen stabilen und reproduzierbaren Zustand mit einem akzeptablen Vibrationsniveau zu versetzen. In vielen Fällen handelt es sich dabei um eine Übergangslösung, bis Lager repariert, Stützen wiederhergestellt oder die Struktur modifiziert ist.

Das wichtigste praktische Prinzip besteht darin, das Objekt zunächst zu stabilisieren, dann auszubalancieren und erst anschließend das Ergebnis zu bewerten. Lässt sich eine Stabilisierung nicht erreichen, sollte das Ausbalancieren als Hilfsmaßnahme und nicht als endgültige Lösung betrachtet werden.

Technik mit reduziertem Korrekturgewicht

In der Praxis erweist sich beim Auswuchten nichtlinearer Objekte oft eine andere wichtige Technik als wirksam. Berechnet das Messgerät ein Korrekturgewicht mithilfe eines Standardalgorithmus, verschlimmert die Installation des vollständig berechneten Gewichts häufig die Situation: Die Vibrationen können zunehmen, die Phase kann springen und das Objekt kann in einen anderen Betriebsmodus wechseln.

In solchen Fällen ist die Verwendung eines reduzierten Korrekturgewichts – zwei- oder sogar dreimal kleiner als der vom Messgerät berechnete Wert – hilfreich. Dadurch wird vermieden, dass das System aus dem bedingt linearen Bereich in einen nichtlinearen Bereich “überführt” wird. Die Korrektur erfolgt somit sanft und schrittweise, ohne die dynamischen Parameter des Objekts abrupt zu verändern.

Nach dem Einbau des reduzierten Gewichts muss ein Kontrolllauf durchgeführt und der Schwingungsverlauf ausgewertet werden. Nimmt die Amplitude stetig ab und bleibt die Phase relativ stabil, kann die Korrektur mit demselben Verfahren wiederholt werden, um sich schrittweise dem minimal erreichbaren Schwingungsniveau anzunähern. Dieses schrittweise Vorgehen ist oft zuverlässiger als der sofortige Einbau des gesamten berechneten Korrekturgewichts.

Dieses Verfahren ist besonders effektiv bei Objekten mit Spiel, Trockenreibung und weich-harten Lagern, da eine vollständig berechnete Korrektur das System sofort aus dem bedingt linearen Bereich führt. Durch die Verwendung reduzierter Korrekturmassen bleibt das Objekt im stabilsten Betriebszustand, und es wird möglich, selbst dann ein praktisches Ergebnis zu erzielen, wenn ein Auswuchten formal als unmöglich gilt.

Es ist wichtig zu verstehen, dass es sich hierbei nicht um einen “Instrumentenfehler” handelt, sondern um eine Folge der Physik nichtlinearer Systeme. Das Instrument berechnet korrekt für ein lineares Modell, während der Ingenieur das Ergebnis in der Praxis an das tatsächliche Verhalten des mechanischen Systems anpasst.

Letztes Prinzip

Erfolgreiches Auswuchten ist letztlich mehr als nur die Berechnung von Gewicht und Winkel. Es erfordert ein tiefes Verständnis des dynamischen Verhaltens des Objekts, seiner Linearität, Schwingungsstabilität und des Abstands zu Resonanzzuständen. Das Balanset-1A bietet alle notwendigen Werkzeuge für Messung, Analyse und Berechnung, doch das Endergebnis wird stets durch den mechanischen Zustand des Systems selbst bestimmt. Genau hierin liegt der Unterschied zwischen einem formalen Ansatz und der realen Ingenieurpraxis in der Schwingungsdiagnostik und Rotorwuchtung.

Fragen und Antworten