Vibrationsgrundlagen in einfacher Sprache

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Dieses Kapitel vermittelt das Mindestmaß an Theorie, das Sie benötigen, um bewusst mit dem Balanset-1A zu arbeiten, statt nur Tasten zu drücken.

Was Vibration ist und warum die Maschine vibriert

Jeder rotierende Rotor (eine Mulchertrommel, ein Lüfterrad, eine Welle) hat im Idealfall seinen Massenschwerpunkt genau auf der Rotationsachse. In der Realität gibt es immer eine leichte Massenverlagerung — Unwucht. Während der Rotor sich dreht, zieht die “schwere Stelle” ihn bei jeder Umdrehung zur Seite und erzeugt eine Fliehkraft, die die Maschine mit der Rotationsfrequenz zum Vibrieren bringt.

Wichtig: Unwucht ist nur eine der Ursachen für Vibration. Eine Maschine vibriert auch aufgrund von:

• Lagerspiel und -verschleiß,
• Wellenfluchtfehler (Kupplungen, Riemen),
• Risse und lose Befestigungselemente (Schrauben, Rahmen),
• eine verbogene Welle,
• strukturelle Resonanz,
• aerodynamische und elektromagnetische Kräfte (Lüfter, Frequenzumrichter).

Das Auswuchten beseitigt nur die Unwucht. Alles andere muss repariert, nicht ausgewuchtet werden. Daher die goldene Regel: das Gerät kann eine defekte Maschine nicht “wegwuchten”.

Wie Vibration gemessen wird

Das Balanset-1A misst Schwinggeschwindigkeit — der Effektivwert in mm/s. Dies ist die Standardgröße zur Beurteilung des Maschinenzustands im Arbeitsfrequenzbereich.

Eine grobe Schnellbewertungsskala (basierend auf ISO 10816/20816, Details in Kapitel 06):

Für Landmaschinen (Mulcher, Mähwerke) sind die Grenzwerte weicher: bis 4,8 mm/s ist in Ordnung, bis 7,1 mm/s auf weichen Lagerungen, und unter Berücksichtigung der Arbeitsbedingungen gilt “unter 8 mm/s ist bereits gut”.

Frequenz, Drehzahl und Harmonische

Angenommen, ein Rotor dreht mit 3000 U/min. Das sind 50 Umdrehungen pro Sekunde = 50 Hz. Die Vibration wird in Frequenzkomponenten zerlegt — das Spektrum (FFT). Das Spektrum zeigt, “wer die Vibration verursacht”:

• 1x (Rotationsfrequenz) — die klassische Signatur von Unwucht. Dies ist die Komponente, die durch das Auswuchten reduziert wird.
• 2x, 3x (zweite, dritte Harmonische) — häufiger Wellenversatz, lose Befestigungselemente, eine verbogene Welle. Wenn 2x höher ist als 1x — ist es zu früh zum Auswuchten; suchen Sie zuerst nach Fluchtfehlern/Lockerheit.
• Hohe Frequenzen, “Rauschen” — Lager- und Zahneingriffsfehler.
• Niedrige Frequenzen ohne Bezug zur Drehzahl — lockeres Fundament/lockere Halterungen, Aerodynamik.
• Vielfache der Netzfrequenz (z. B. 6 × 50 Hz = 300 Hz) — elektromagnetische Störungen durch einen Frequenzumrichter. Test: Frequenzumrichter während des Auslaufs abschalten — verschwindet der Peak, ist die Ursache elektrisch, nicht mechanisch.

Eine praktische Regel des technischen Supports: Wenn ein Spektrumpeak sich proportional verschiebt wenn Sie die Drehzahl ändern — handelt es sich um eine Rotationsharmonische; wenn er an Ort und Stelle bleibt — handelt es sich um eine strukturelle Resonanz oder eine externe Quelle.

Wie es auf dem Bildschirm aussieht:

Phase — “wohin die schwere Stelle zeigt”

Neben der Amplitude misst das Gerät Phase — den Winkel zwischen dem Tachometerimpuls (der Reflexmarke, die den Laser passiert) und dem Vibrationsmaximum. Die Phase zeigt Ihnen, WO die Unwucht sitzt. Aus der Änderung von Amplitude und Phase nach dem Anbringen eines Probegewichts berechnet das Gerät Masse und Winkel des Ausgleichsgewichts — das Einflusskoeffizienten-Methode.

Praktische Konsequenzen:

• die Tacho-Markierung darf zwischen den Durchläufen nicht neu angebracht werden — der Phasen-“Nullpunkt” verschiebt sich. Auch der Tachometer selbst darf nicht bewegt oder neu ausgerichtet werden;
• die Drehzahl muss in allen Durchläufen einer Serie gleich sein;
• die Phase muss von Durchlauf zu Durchlauf stabil sein (Streuung nicht mehr als ~10–20°). Wandert die Phase — kann der Messung nicht vertraut werden; suchen Sie nach einer mechanischen Ursache oder Resonanz.

Resonanz — der größte Feind des Auswuchtens

Jede Struktur (Rotor + Lagerungen + Rahmen) hat Eigenfrequenzen. Fällt die Betriebsdrehzahl mit einer Eigenfrequenz zusammen, Resonanz tritt Resonanz auf: Die Vibration schnellt hoch, die Phase springt hin und her, die Berechnungen des Geräts konvergieren nicht mehr, und “das Gerät verlangt immer wieder mehr Gewicht”.

Anzeichen einer Resonanz:

• eine kleine Drehzahländerung verändert die Vibration um ein Vielfaches;
• nach dem Anbringen des berechneten Gewichts steigt die Vibration, statt zu sinken;
• Amplitude und Phase sind unter unveränderten Bedingungen instabil.

Was zu tun ist: bei einer anderen Drehzahl auswuchten — meist unter außerhalb der Resonanz. Das typische Mulcher-Rezept: Grobauswuchtung bei 600–900 U/min, danach Wechsel zur Arbeitsdrehzahl. Neuere Softwareversionen verfügen über eine RunDown-Diagramm (Auslauf) — den Rotor hochdrehen, den Antrieb abschalten und den Auslauf aufzeichnen: Die Peaks zeigen die Resonanzfrequenzen, und Sie wählen die Auswuchtdrehzahl zwischen ihnen.

Reales Beispiel: Der Rotor eines Kunden ließ sich bei 1600 U/min nicht auswuchten, bei 1000 U/min hingegen problemlos. Die Ursache — eine Resonanz nahe 1600.

Linearität, und warum man nur die halbe Masse anbringt

Die Berechnung des Geräts geht davon aus, dass das System linearist: doppeltes Gewicht — doppelte Reaktion. Bei starren Maschinen mit gutem Fundament trifft das annähernd zu. Doch ein Mulcher auf einem Traktor, eine Maschine auf weichen Lagerungen oder eine Struktur mit Spiel und Rissen verhält sich nichtlinear: Die Reaktion auf ein Gewicht ist oft nicht proportional.

Daher die praxiserprobte Regel: 1/2 (bei schwierigen Maschinen 1/3) der berechneten Masse anbringen und einen Kontrolllauf durchführen. Das Gerät verfeinert dann den Rest. Das geht schneller, als ein großes Gewicht, das “über das Ziel hinausgeschossen” ist, neu anzuschweißen.

Statische und dynamische Unwucht

Statisch — die schwere Stelle befindet sich auf einer Seite des Rotors. Ein stillstehender Rotor auf freien Lagerungen dreht sich von selbst so, dass die schwere Seite nach unten zeigt. Wird mit einem einzelnen Gewicht in einer Ebene korrigiert.

Dynamisch — schwere Stellen an unterschiedlichen Enden und auf unterschiedlichen Seiten des Rotors. Der Rotor vibriert nicht nur, er “taumelt” beim Drehen. Es werden Gewichte in zwei Ebenen benötigt. Statisch lässt sie sich nicht erkennen: Bei einer Drehung des Rotors um 90° scheinen sich die beiden Gewichte gegenseitig auszugleichen, doch in Bewegung zieht jede schwere Stelle in ihre eigene Richtung.

Eine Ebene oder zwei?

• Eine Ebene — schmale Rotoren (Scheiben, Riemenscheiben, schmale Laufräder). Faustregel nach ISO 21940-11: Ist die Rotorbreite geringer als die Hälfte seines Durchmessers (Verhältnis ~1:2; in der Praxis empfiehlt der Support 1:3) — genügt eine Ebene.
• Zwei Flugzeuge — lange Rotoren (Mulchertrommeln, Wellen, Mähdrescherrotoren, Lüfter ab 3000 U/min). Die Unwucht an den beiden Rotorenden beeinflusst sich gegenseitig, daher misst das Gerät zwei Kanäle gleichzeitig (Sensoren X1 und X2) und berechnet beide Gewichte auf einmal.

G-Wuchtgüteklassen (ISO 1940 / ISO 21940-11)

Die Restunwucht wird angegeben in g·mm nach G-Klassen:

Je höher die Drehzahl und je kleiner der Rotor — desto enger die Klasse. Die Balanset-Software verfügt über einen Toleranzrechner: Rotormasse, Drehzahl und G-Klasse eingeben — er liefert die zulässige Restunwucht in g·mm pro Ebene. Reales Beispiel: ein 80-kg-Rotor bei 3000 U/min, G6.3 → Toleranz ≈ 802 g·mm pro Ebene.

Verwechseln Sie die beiden Bewertungssysteme nicht:

• mm/s (Schwinggeschwindigkeit) — Bewertung der montierten Maschine vor Ort, nach ISO 10816/20816;
• g·mm (Restunwucht) — Bewertung des Rotors selbst, nach ISO 1940/21940. Auswuchtmaschinen arbeiten in g·mm; beim Feldauswuchten wird meist mm/s beobachtet.

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