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Defektfrequenzen von Gleitlagern
Berechnung des Ölwirbelfrequenzbereichs, der Ölpeitschenindikatoren, der Wellenfrequenz und der subsynchronen Schwingungseigenschaften für Gleit-/Hülsenlager.
Ergebnisse
Zusammenfassung der wichtigsten Frequenzen
| Frequenz | Hz | CPM | Indikator |
|---|
⚠️ Ölpeitsche: Übersteigt die Betriebsdrehzahl etwa das Zweifache der ersten kritischen Drehzahl, kann sich der Ölwirbel auf die Rotor-Eigenfrequenz einstellen und zu Ölpeitschen führen – einem schwerwiegenden Instabilitätszustand. Untersynchrone Komponenten sind daher genau zu überwachen.
Ölwirbel
Ölwirbel sind selbsterregte Schwingungen in Gleitlagern mit Flüssigkeitsfilm. Der Ölfilmkeil erzeugt eine Kraft, die die Welle in eine Vorwärtspräzessionsbahn mit einer Frequenz unterhalb der Wellendrehzahl versetzt.
Das typische Wirbelverhältnis beträgt etwa 0,43, variiert aber je nach Lagergeometrie, Belastung, Ölviskosität und Lagerspiel zwischen 0,42 und 0,48.
Ölpeitsche
Ölpeitsche tritt auf, wenn die Ölwirbelfrequenz mit der ersten kritischen Biegedrehzahl des Rotors übereinstimmt. An diesem Punkt “rastet” sich die subsynchrone Schwingung auf die kritische Drehzahl ein und folgt nicht mehr der Wellendrehzahl.
Ölpeitsche ist ein potenziell zerstörerischer Zustand, der sofortige Aufmerksamkeit erfordert.
Wellenfrequenz
Wichtige Vibrationsindikatoren
| Frequenz | Muster | Anzeige |
|---|---|---|
| 0,42–0,48× Welle | Subsynchrone Vorwärtspräzession | Ölwirbel – Beginn der Lagerinstabilität |
| Eingerastete Subsynchronschwingung | Feste Frequenz unabhängig von der Drehzahl | Ölpeitsche – Frequenz bleibt bei der Eigenfrequenz zur 1. kritischen Drehzahl |
| 1× Welle | Synchron | Normale Unwuchtreaktion |
| 2× Welle | Zweite Harmonische | Fehlausrichtung, Lockerheit oder nichtlineares Verhalten |
Gegeben: Wellendrehzahl = 3000 U/min, Wirbelverhältnis = 0,43
Wellenfrequenz = 3000 / 60 = 50,0 Hz
Ölwirbelbereich = 0,42×50 bis 0,48×50 = 21,0 – 24,0 Hz
Typischer Wirbel = 0,43 × 50 = 21,5 Hz (1290 CPM)
2× Welle = 100,0 Hz
Diagnosetipp: Beim Ölwirbel ändert sich die Schwingungsfrequenz proportional zur Wellendrehzahl. Bei der Ölpeitsche bleibt sie bei der zur kritischen Drehzahl gehörenden Eigenfrequenz, auch wenn sich die Wellendrehzahl ändert. Das ist das wichtigste Unterscheidungsmerkmal beim Hochlauf oder Auslauf.
Ölwirbel (Oil Whirl) ist eine selbsterregte Schwingung in hydrodynamischen Gleitlagern, die dadurch entsteht, dass der Schmierölkeil den Wellenzapfen in eine gleichsinnige Präzessionsbahn (Umlaufbewegung) treibt. Er tritt bei etwa dem 0,42–0,48×-Fachen der Wellendrehzahl auf (oft als ~0,43× angegeben).
Die Amplitude des Ölwirbels nimmt mit steigender Drehzahl zu und kann instabil werden, wobei sie ohne Gegenmaßnahmen schließlich in das gefährliche Ölpeitschen (Oil Whip) übergeht.
Ölpeitschen (Oil Whip) tritt auf, wenn die Frequenz des Ölwirbels die erste Eigenfrequenz des Rotors (erste biegekritische Drehzahl) erreicht. Ab diesem Punkt rastet die Wirbelfrequenz auf der Eigenfrequenz ein („Lock-in“) und steigt bei weiterer Drehzahlerhöhung nicht mehr an.
Wichtiger Unterschied: Der Ölwirbel folgt proportional der Wellendrehzahl, während das Ölpeitschen unabhängig von der Betriebsdrehzahl fest auf der kritischen Drehzahl verharrt. Ölpeitschen ist ein schwerwiegender Instabilitätszustand mit potenziell zerstörerischen Schwingungsamplituden.
Ein Ölwirbel lässt sich anhand folgender Merkmale identifizieren:
- Frequenz bei ~0,42–0,48× Wellendrehzahl
- Gleichlauf-Präzessionsorbit (die Welle kreist in Drehrichtung)
- Die Frequenz folgt der Wellendrehzahl proportional — dies ist das entscheidende Kriterium
- Die Amplitude steigt typischerweise mit der Drehzahl an
Andere subsynchrone Erregerquellen wie Anstreifen (Rub) oder mechanische Lockerheit treten meist bei exakten Subharmonischen (½×, ⅓×) auf und zeigen häufig Gegenlauf-Präzession.
Das Einsetzen von Ölwirbeln hängt von mehreren Faktoren ab:
- Überschreiten der Stabilitätsgrenzdrehzahl der Welle
- Geringe Lagerbelastung (schwach belastete Gleitlager sind besonders anfällig)
- Niedrige Ölviskosität (zu hohe Öltemperatur oder falsche Viskositätsklasse)
- Zu großes Lagerspiel (verschlissene Lagerschalen)
- Ausrichtfehler oder Unwucht, die die Lastverteilung im Lager verändern
Zu den Abhilfemaßnahmen gehören:
- Spezifische Lagerbelastung erhöhen oder Lagerspiel verringern
- Stabilisierende Gleitlagerbauformen einsetzen (Kippsegmentlager, Staudrucklager, Zitronenspiellager)
- Ölviskosität anpassen (andere Ölsorte oder Regelung der Öltemperatur)
- Betriebsdrehzahl unter die Instabilitätsgrenze absenken
- Wellenausrichtung und Wuchtzustand verbessern, um die Lagerlast zu stabilisieren
- Externe Dämpfung oder Quetschfilmdämpfer (Squeeze-Film Damper) vorsehen
Die auf dieser Seite beschriebenen Verfahren wurden vom Vibromera-Team entwickelt und im Praxiseinsatz getestet, unter Verwendung des Balanset-1A, eines tragbaren Zweikanal-Auswuchtgeräts und Schwingungsanalysators für die Vor-Ort-Rotorauswuchtung.
Professionelle Schwingungsanalysegeräte zur Diagnose von Gleitlagerproblemen. Subsynchrone Nachführung und Bahnanalyse. Einsatz in über 50 Ländern.
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.
