Verständnis der Balance-Qualitätsklassen (G-Klassen)

Definition: Was ist eine Balance-Qualitätsstufe?

A Balance-Qualitätsgrad, allgemein als „G-Klasse“ bezeichnet, ist eine standardisierte Klassifizierung gemäß den Normen ISO 1940-1 und ISO 21940-11, die die maximal zulässige Restunwucht eines Rotors angibt. Es handelt sich dabei nicht um ein Maß für die Vibration selbst, sondern um eine Toleranz für die Unwucht basierend auf der Masse des Rotors und der maximalen Betriebsdrehzahl. Die G-Klasse steht für eine konstante Umfangsgeschwindigkeit des Rotorschwerpunkts, ausgedrückt in Millimetern pro Sekunde (mm/s). Ein niedrigerer G-Wert bedeutet eine strengere Toleranz und eine höhere Auswuchtgenauigkeit.

Der Zweck des G-Grade-Systems

Das G-Grade-System wurde entwickelt, um eine universelle, standardisierte Methode zur Festlegung der erforderlichen Auswuchtung eines Rotors zu schaffen. Anstatt vage zu sagen, dass der Rotor gut ausgewuchtet sein muss, können Ingenieure ein präzises, überprüfbares Ziel wie „Auswuchtung nach G6.3“ festlegen. Dieses System bietet Herstellern, Wartungsteams und Kunden eine gemeinsame Sprache und stellt sicher, dass die Ausrüstung die erforderlichen Betriebsstandards für Zuverlässigkeit und Sicherheit erfüllt. Die Hauptziele sind:

• Begrenzen Sie durch Unwucht verursachte Vibrationen auf ein akzeptables Maß.
• Minimieren Sie die dynamischen Kräfte auf Lager und verlängern Sie so deren Lebensdauer.
• Stellen Sie sicher, dass der Rotor bis zu seiner maximalen Auslegungsdrehzahl sicher betrieben werden kann.
• Stellen Sie ein klares, messbares Abnahmekriterium für neue und reparierte Geräte bereit.

Wie werden die Güteklassen für die Balance bestimmt?

Die ISO-Normen enthalten eine umfassende Tabelle mit Empfehlungen für G-Klassen für Hunderte verschiedener rotierender Komponenten. Die Auswahl einer bestimmten Klasse hängt von Faktoren ab wie:

• Rechnertyp: Eine Hochgeschwindigkeitsturbine erfordert eine viel bessere Balance (niedrigere G-Stufe) als eine langsam laufende Landmaschine.
• Rotormasse: Leichtere Rotoren reagieren oft empfindlicher auf Unwucht.
• Betriebsgeschwindigkeit: Je höher die Drehzahl, desto größer die Zentrifugalkraft bei einer gegebenen Unwucht und desto besser ist die Auswuchtung.
• Stützstruktur: Rotoren auf flexiblen Trägern benötigen möglicherweise eine bessere Balance als Rotoren auf starren Fundamenten.

Beispiele für gängige Auswuchtgüteklassen (aus ISO 1940-1)

Die folgende Liste veranschaulicht das breite Anwendungsspektrum und die entsprechenden G-Klassen, von der niedrigsten bis zur höchsten Präzision:

• G 40: Autoräder, Kurbelwellenantriebe für langsame Motoren.
• G 16: Landmaschinenteile, Antriebswellen.
• G 6.3: Standardgüte für viele Industriekomponenten wie Elektromotoranker, Pumpenlaufräder, Lüfter und Prozessanlagen. Dies ist eine der am häufigsten angegebenen Güten.
• G 2.5: Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionskomponenten wie Gas- und Dampfturbinen, Turbokompressoren, Werkzeugmaschinenantriebe und Turbogeneratorrotoren.
• G 1.0: Schleifmaschinenantriebe, sehr kleine und schnelllaufende Anker.
• G 0,4: Höchste Präzision für Komponenten wie Gyroskope, Präzisionsschleifspindeln und Geräte für die Halbleiterindustrie.

Berechnung der zulässigen Restunwucht

Die G-Klasse wird in einer Formel zur Berechnung der maximal zulässigen Restunwucht (U_pro), die nach dem Auswuchten im Rotor verbleiben können.

U_pro (in g·mm) = (9550 × Rotormasse [kg] × G-Grad [mm/s]) / Max. Betriebsdrehzahl [U/min]

Diese Formel gibt dem Auswuchttechniker das zu erreichende Ziel vor. Beispielsweise hätte ein 100 kg schwerer Rotor mit einer maximalen Drehzahl von 3000 U/min, ausgewuchtet auf G6,3, eine zulässige Restunwucht von (9550 * 100 * 6,3) / 3000 ≈ 2005,5 g·mm. Diese Gesamtunwucht wird dann typischerweise auf die beiden Ausgleichsebenen verteilt.

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