Was ist Auswuchttoleranz? Normen und Berechnung • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist Auswuchttoleranz? Normen und Berechnung • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist Ausgleichstoleranz? Normen und Berechnung

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Verständnis der Ausgleichstoleranz

Definition: Was ist Ausgleichstoleranz?

Ausgleichende Toleranz ist die maximal zulässige Menge an Restunwucht die nach dem Bilanzierung ist abgeschlossen. Es stellt das Akzeptanzkriterium dar, das definiert, ob ein Rotor für den vorgesehenen Einsatzzweck ausreichend ausgewuchtet ist. Die Auswuchttoleranz wird entweder als spezifische Unwuchtmasse bei einem bestimmten Radius (in Gramm-Millimeter oder Unzen-Zoll) oder als Schwingungsamplitude (in mm/s oder mils) ausgedrückt.

Toleranzen werden durch internationale Normen definiert, vor allem durch die ISO 21940 Serien, die Auswuchtqualitätsklassen basierend auf Rotortyp, Betriebsdrehzahl und Anwendung festlegen. Diese Standards gewährleisten branchenübergreifend und für alle Gerätetypen ein konsistentes, sicheres und effektives Auswuchten.

Warum es wichtig ist, die Toleranz auszugleichen

Die Festlegung geeigneter Auswuchttoleranzen ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung:

  • Sicherheit: Eine übermäßige Restunwucht kann zu Maschinenausfällen führen und Sicherheitsrisiken für das Personal und die umliegende Ausrüstung darstellen.
  • Langlebigkeit der Ausrüstung: Durch den Betrieb innerhalb der Toleranz wird der vibrationsbedingte Verschleiß an Lagern, Dichtungen und Strukturkomponenten minimiert und die Lebensdauer verlängert.
  • Qualitätssicherung: Toleranzen bieten objektive Akzeptanzkriterien für den Arbeitsausgleich und gewährleisten so eine gleichbleibende Qualität.
  • Wirtschaftliche Bilanz: Toleranzen stellen einen praktischen Kompromiss zwischen den Kosten für das Erreichen eines perfekten Gleichgewichts (was unmöglich ist) und einer akzeptablen Betriebsleistung dar.
  • Einhaltung von Industriestandards: Die Einhaltung anerkannter Toleranzen stellt die Einhaltung bewährter Verfahren der Branche dar und kann durch Vorschriften oder Garantien vorgeschrieben sein.

ISO 21940-11: Der Primärstandard

ISO 21940-11 (früher ISO 1940-1) ist der international anerkannte Standard für Anforderungen an die Auswuchtqualität. Er definiert eine Reihe von Auswuchtqualitätsklassen, die als G-Klassen bezeichnet werden. Dabei steht G für “Balance Quality Grade” und der Zahlenwert stellt die spezifische Unwuchtexzentrizität in Millimetern pro Sekunde dar.

Gemeinsame Balance-Qualitätsklassen (G-Klassen)

Die Norm definiert G-Klassen von G 0,4 (höchste Präzision) bis G 4000 (niedrigste Präzision). Gängige Klassen sind:

  • G 0,4: Präzisions-Schleifmaschinenspindeln, Gyroskope (höchste Präzision)
  • G 1.0: Hochpräzise Werkzeugmaschinenspindeln, Turbolader
  • G 2.5: Gas- und Dampfturbinen, starre Turbogeneratorrotoren, Kompressoren, Werkzeugmaschinenantriebe
  • G 6.3: Die meisten allgemeinen Maschinen, Elektromotorrotoren (2-polig), Zentrifugen, Lüfter, Pumpen
  • G 16: Landmaschinen, Brecher, Mehrzylinder-Dieselmotoren
  • G 40: Langsam laufende Geräte, starr montierte Vierzylinder-Dieselmotoren

Niedrigere G-Zahlen weisen auf engere Toleranzen (weniger zulässige Unwucht) hin, während höhere G-Zahlen eine größere Restunwucht zulassen.

Berechnung der Ausgleichstoleranz

Die zulässige Restunwucht hängt von drei Faktoren ab: der Masse des Rotors, seiner Betriebsdrehzahl und der gewählten Wuchtgüte. Die Berechnung erfolgt nach folgendem Zusammenhang:

Online-Toleranzrechner

Zur schnellen und genauen Berechnung der zulässigen Restunwucht nutzen Sie unsere Rechner für Restunwuchttoleranz. Der Rechner berechnet automatisch Toleranzwerte basierend auf den ISO-Normen 1940/21940 für verschiedene Maschinentypen, Rotormassen und Betriebsdrehzahlen, mit Optionen für das Auswuchten in einer oder zwei Ebenen.

Formel für die zulässige Restunwucht

Upro = (G × M) / (ω / 1000)

Wo:

  • Upro = Zulässige Restunwucht (Gramm-Millimeter oder g·mm)
  • G = Wuchtgütegrad (zB 6,3 für G 6,3)
  • M = Rotormasse (Kilogramm)
  • ω = Winkelgeschwindigkeit (Radiant pro Sekunde) = (2π × U/min) / 60

Vereinfachte Formel mit RPM

Für die praktische Anwendung kann die Formel vereinfacht werden zu:

Upro (g·mm) = (9549 × G × M) / U/min

Wo:

  • M = Rotormasse in Kilogramm
  • Drehzahl = Betriebsdrehzahl in Umdrehungen pro Minute
  • G = Nummer der Auswuchtgüteklasse

Beispielrechnung

Betrachten Sie einen Motorrotor mit den folgenden Spezifikationen:

  • Gewicht: 50 kg
  • Betriebsgeschwindigkeit: 3000 U/min
  • Erforderliche Wuchtgüte: G 6,3

Upro = (9549 × 6,3 × 50) / 3000 = 100,4 g·mm

Dies bedeutet, dass die maximal zulässige Restunwucht für diesen Rotor etwa 100 g·mm beträgt. Wenn der Radius der Ausgleichsebene 100 mm beträgt, entspricht dies einer Restunwucht von 1,0 Gramm bei diesem Radius.

Sie können diese Berechnung überprüfen oder Toleranzen für verschiedene Maschinentypen berechnen mit unserem Online-Rechner.

Ein-Ebenen- vs. Zwei-Ebenen-Toleranzen

Die berechnete Toleranz gilt für die Gesamtunwucht in einer Ebene für Ein-Ebenen-Auswuchten. Für Zwei-Ebenen-Auswuchten (dynamisches Auswuchten), ISO 21940-11 bietet Richtlinien für die Verteilung der Gesamttoleranz zwischen den beiden Korrekturebenen. Normalerweise wird die Toleranz jeder Ebene basierend auf dem Abstand zwischen den Ebenen und der Geometrie des Rotors zugewiesen.

Vibrationsbasierte Toleranz

Während ISO 21940-11 Grenzwerte für Unwuchtmassen vorgibt, wird beim Auswuchten im Betrieb häufig die Schwingungsamplitude als Akzeptanzkriterium verwendet, da diese direkt gemessen wird. Schwingungsbasierte Toleranzen werden typischerweise definiert durch:

ISO 20816-Reihe

Diese Normen legen akzeptable Vibrationsgrenzwerte für verschiedene Maschinentypen basierend auf der Effektivgeschwindigkeit (mm/s oder Zoll/s) fest. Zu den üblichen Zonen gehören:

  • Zone A: Neu in Betrieb genommene Maschinen (sehr vibrationsarm)
  • Zone B: Akzeptabel für den Langzeitbetrieb
  • Zone C: Für begrenzte Zeiträume akzeptabel, Korrekturmaßnahmen sollten geplant werden
  • Zone D: Inakzeptabel, sofortige Korrekturmaßnahmen erforderlich

Kriterien für die Praxis

Viele Auswuchttechniker verwenden diese Faustregeln:

  • Vibration auf weniger als 25% des Ausgangsniveaus reduziert = erfolgreiches Gleichgewicht
  • Absolute Vibration unter 2,8 mm/s (0,11 Zoll/s) = im Allgemeinen akzeptabel für die meisten Industriegeräte
  • Restvibration unter 1,0 mm/s (0,04 in/s) = hervorragende Balance

Faktoren, die die erreichbare Toleranz beeinflussen

Die Fähigkeit, die Ausgleichstoleranz einzuhalten, hängt von mehreren praktischen Faktoren ab:

1. Ausstattungsmerkmale

  • Messgenauigkeit von Auswuchtgeräten
  • Empfindlichkeit von Vibrationssensoren
  • Auflösung der Gewichtsplatzierung (wie genau Gewichte positioniert werden können)

2. Rotor- und Maschineneigenschaften

  • Mechanischer Zustand (Lockerheit, Lagerverschleiß, Fundamentprobleme können das Erreichen enger Toleranzen verhindern)
  • Betrieb bei oder in der Nähe kritische Geschwindigkeiten erschwert präzises Auswuchten
  • Nichtlinearität in der Systemantwort

3. Praktische Einschränkungen

  • Zugänglichkeit von Korrekturebenen
  • Verfügbare Gewichtsinkremente (Gewichte können nur in diskreten Mengen hinzugefügt werden)
  • Winkelauflösung von Befestigungslöchern oder Befestigungspunkten

Toleranz vs. Ausgleichsfähigkeit

Es ist wichtig zu unterscheiden zwischen:

  • Angegebene Toleranz: Die maximal zulässige Restunwucht gemäß Normen oder Spezifikationen
  • Erreichbares Gleichgewicht: Der tatsächliche Grad an Gleichgewicht, der angesichts der Möglichkeiten und Einschränkungen der Ausrüstung praktisch erreicht werden kann
  • Wirtschaftliche Bilanz: Der Punkt, ab dem weitere Verbesserungen nicht mehr kosteneffizient sind

Bei den meisten industriellen Auswuchtvorgängen vor Ort ist das Erreichen von Unwuchtwerten, die 2–3 Mal besser sind als die erforderliche Toleranz, eine hervorragende Leistung und gewährleistet einen Spielraum für Messunsicherheiten und Betriebsschwankungen.

Dokumentation und Abnahme

Zur ordnungsgemäßen Dokumentation der Ausgleichstoleranz gehört:

  • Angegeben G-Klasse oder Toleranzwert
  • Berechnete zulässige Restunwucht (Upro)
  • Gemessene Restunwucht nach dem Auswuchten
  • Vergleich zeigt die Einhaltung: Gemessen ≤ Erlaubt
  • Annahmeunterschrift oder -vermerk

Diese Dokumentation liefert objektive Beweise dafür, dass die Auswuchtarbeiten den Spezifikationen entsprechen und dient als Grundlage für zukünftige Wartungsbewertungen.

Wann sind engere oder größere Toleranzen zu verwenden?

Engere Toleranzen sind gerechtfertigt, wenn:

  • Hochgeschwindigkeitsbetrieb (kritisch für Sicherheit und Lagerlebensdauer)
  • Präzisionsgeräte, die minimale Vibration erfordern
  • Leichte oder flexible Strukturen, die empfindlich auf Vibrationen reagieren
  • Geräte, die sich in der Nähe von vibrationsempfindlichen Prozessen oder Instrumenten befinden

Geringere Toleranzen sind akzeptabel, wenn:

  • Langsam laufende, schwere Ausrüstung
  • Robuste Konstruktion mit hoher Vibrationstoleranz
  • Geräte für den Kurzzeit- oder seltenen Gebrauch
  • Wirtschaftliche Überlegungen überwiegen inkrementelle Leistungssteigerungen

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