Rotorauswuchtung — Verfahren, Arten & Normen
Der vollständige Leitfaden zum Auswuchten rotierender Maschinen: statisch vs. dynamisch (ein- und zweidimensional), die Einflusskoeffizientenmethode, Toleranzen nach ISO 21940, Auswuchten vor Ort und Korrekturtechniken.
Dieser Leitfaden spiegelt die Vor-Ort-Auswuchtmethodik von Vibromera wider, dessen Balanset-Zwei-Ebenen-Geräte das im Folgenden beschriebene Einflusskoeffizientenverfahren umsetzen.
Für eine kaufentscheidungsorientierte Betrachtung desselben Themas siehe wie man eine tragbare Auswuchtmaschine auswählt.
Statisches vs. dynamisches Auswuchten
Die beiden grundlegenden Auswuchtarten werden durch die Rotorgeometrie und die Art der vorhandenen Unwucht bestimmt.
| Kriterium | Ein-Ebene | Zwei-Ebenen |
|---|---|---|
| Unwuchtart korrigiert | Nur statisch | Statisch + Kräftepaar (dynamisch) |
| Rotorgeometrie | L/D < 0,5 (scheibenförmig) | L/D > 0,5 (länglich) |
| Anzahl der Läufe | 2 (Anfangslauf + Probelauf) | 3–4 (Anfangsversuche + 2 Versuche bzw. Kreuzkopplung) |
| Sensoren erforderlich | 1 Beschleunigungsmesser + Drehzahlmesser | 2 Beschleunigungsmesser + Drehzahlmesser |
| Lagerschwingungsmuster | Gleichphasig bei 1× | Die Phase variiert (nicht phasengleich, nicht 180°). |
| Typische Rotoren | Lüfterlaufräder, Riemenscheiben, Schleifscheiben | Motoren, Pumpen, Walzen, Turbinen, Wellen |
| ISO-Ausgleichsebenenempfehlung | Schmale Rotoren gemäß ISO 1940-1 §4.3 | Standard für alle länglichen Rotoren |
| Balanset-1A-Modus | F2 | F3 |
Das Ausgleichsverfahren
Einflusskoeffizientenmethode (Probegewichtsmethode) – der Standardansatz für die Feld- und Werkstattauswuchtung
Warum Balance? – Die Vorteile
Unwucht ist die Hauptursache für Vibrationen in rotierenden Maschinen (#1). Eine Korrektur führt zu messbaren Ergebnissen.
Was ist Rotorauswuchten?
Auswuchten von Rotoren ist der Prozess der Verbesserung der Massenverteilung eines rotierenden Körpers, sodass sein Massenschwerpunkt mit der geometrischen Rotationsachse übereinstimmt. Dies minimiert die Zentrifugalkräfte und reduziert die Vibrationen, Lager Belastungen, Geräusche und Energieverbrauch werden berücksichtigt. Die Korrektur erfolgt durch Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten an bestimmten Stellen und Winkeln, gesteuert durch Schwingungsmessungen und Phasenanalyse. Das Akzeptanzkriterium ist definiert durch ISO 1940-1 (ISO 21940-11) G-Noten. Die beiden Typen sind statisch (einebig) für scheibenförmige Rotoren und dynamisch (zweiebig) für längliche Rotoren.
Unwucht Unwucht ist die häufigste Ursache für Vibrationen in rotierenden Maschinen. Bei unvollkommener Massenverteilung – bedingt durch Fertigungstoleranzen, Materialinhomogenitäten, Korrosion, Ablagerungen oder Beschädigungen – entstehen Zentrifugalkräfte, die quadratisch mit der Drehzahl zunehmen. Eine geringe Unwucht bei niedriger Drehzahl kann bei hoher Drehzahl zerstörerische Folgen haben.
Durch Auswuchten wird dieses Problem gelöst, indem die Schwingungsantwort iterativ gemessen und die Massenverteilung so lange angepasst wird, bis ein Restwert erreicht ist. Unwucht liegt innerhalb der Toleranz. Es handelt sich sowohl um einen Fertigungsprozess (an Auswuchtmaschinen in der Werkstatt) als auch um einen Wartungsprozess (Auswuchten vor Ort an installierten Anlagen).
Die Einflusskoeffizientenmethode
Moderne Auswuchtung – sowohl auf speziellen Auswuchtmaschinen als auch im Feld – nutzt die Einflusskoeffizientenmethode (Versuchsgewicht). Das physikalische Prinzip: Wenn wir wissen, wie eine bekannte Masse an einer bekannten Position die Schwingung verändert, können wir die Masse und Position berechnen, die erforderlich sind, um die ursprüngliche Unwucht aufzuheben.
Bei der Zwei-Ebenen-Auswuchtung wird das System zu einer 2×2-Matrix (vier Einflusskoeffizienten, die die Wechselwirkungen zwischen den Ebenen berücksichtigen), das Prinzip bleibt jedoch identisch. Balanset-1A Balanset-1A löst dies automatisch — der Bediener startet einfach die Maschine und bringt Probegewichte an.
Auswahl des Testgewichts
Das Testgewicht sollte eine spürbare Änderung der Vibration (idealerweise 10–30% des Ausgangsniveaus) bewirken, ohne gefährliche Belastungen zu erzeugen. Ein nützlicher erster Schätzwert:
Wann ausbalancieren – Vibrationssignatur
Woher wissen Sie, dass die Vibration durch Unwucht und nicht durch Fehlausrichtung, Lockerheit oder Lagerdefekte?
Frequenz: Dominanter Peak bei genau 1× U/min (Drehzahl) im FFT Spektrum.
Richtung: Vorwiegend radial (horizontal und vertikal). Die axiale Komponente ist gering.
Phase: Stabiler, wiederholbarer Phasenwinkel bei 1×. Die Phase driftet nicht mit der Zeit.
Geschwindigkeitsabhängigkeit: Die Amplitude nimmt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zu (proportional zu ω²).
Im Gegensatz zur Fehlausrichtung: Fehlausrichtungen führen zu signifikanten 2×- und/oder axialen 1×-Komponenten. Lagerfehler verursachen nicht-synchrone Frequenzen.
Vor dem Auswuchten sollte die Diagnose immer überprüft werden. Der Balanset-1A Spektrumanalysator (F1-Modus) zeigt das vollständige FFT Spektrum, das die Bestätigung ermöglicht, dass 1× dominiert, bevor mit dem Ausgleich fortgefahren wird.
Korrekturmethoden
Masse hinzufügen
- Aufsteckgewichte: Federklemmengewichte aus Zink oder Stahl. Häufig verwendet für Ventilatoren und Räder. Schnell, nicht dauerhaft.
- Anschraubgewichte: Präzisionsgewichte, die mit Schrauben in Gewindebohrungen oder T-Nuten befestigt werden. Standard für große Rotoren und Turbinen.
- Anschweißgewichte: Stahlplatten oder -stangen werden am Rotor punktgeschweißt. Dauerhaft. Üblich für schwere Industrieventilatoren und Brecherrotoren.
- Epoxidharz/Kitt: Zweikomponentenklebstoff mit Metallfüllstoff. Gut geeignet für unebene Oberflächen. Nur für mittlere Temperaturen geeignet.
- Stellschrauben: Werden in radiale Bohrungen eingeschraubt. Üblich bei Kupplungsnaben und Spindeln. Einstellbar.
Massenentfernung
- Bohren: Material an der schwersten Stelle entfernen. Präzise Kontrolle der abgetragenen Masse (Masse = Dichte × Volumen). Unumkehrbar.
- Fräsen/Schleifen: Material von der Felge oder Lauffläche entfernen. Häufig bei Turbinenrädern und Bremsscheiben.
Gewichtsaufteilung
Wenn der exakt berechnete Winkel zwischen zugänglichen Positionen liegt (z. B. zwischen Bolzenlöchern an einer Kupplung), wird die Korrektur mittels Vektorzerlegung auf die beiden benachbarten Positionen aufgeteilt. Balanset-1A beinhaltet einen automatischen Gewichtsaufteilungsrechner.
Feldausgleich (in situ)
Feldauswuchtung bedeutet Auswuchten eines Rotors ohne es aus der Maschine zu entfernen. Dadurch entfallen Demontage-bedingte Ausfallzeiten und die tatsächlichen Betriebsbedingungen (Ausrichtung, Lagervorspannung, Fundamenteffekte) werden berücksichtigt, die durch Auswuchten in der Werkstatt nicht nachgebildet werden können.
Balanset-1A ist ein komplettes, tragbares Feldauswuchtsystem: 2-Kanal-Schwingungsanalysator, Laser-Drehzahlmesser, eingebaut ISO 1940 Toleranzrechner, Ein- (F2) und Zwei-Ebenen-Auswuchtmodus (F3), automatische Gewichtsverteilung und Erstellung eines formalen Auswuchtberichts (F6). Messgenauigkeit: ±5% Geschwindigkeit, ±1° Phase. Geeignet für G 16 bis G 2,5.
Balanset-4 ist erweiterbar auf 4 Kanäle für komplexe Mehrlagerrotoren oder die gleichzeitige Überwachung mehrerer Maschinen.
Vorteile des Feldausgleichs
- Keine Demontage: Spart stunden- oder tagelange Ausfallzeiten bei großen Maschinen.
- Reale Betriebsbedingungen: Beinhaltet Ausrichtung, Lagervorspannung, thermischen Zustand und Fundamenteinflüsse.
- Trimmausgleich: Korrigiert Unwuchten, die durch Montageprozesse entstanden sind und durch eine manuelle Auswuchtung in der Werkstatt nicht behoben werden können.
- Überprüfung nach der Wartung: Schnelle Überprüfung nach dem Austausch des Laufrads, dem Wechsel der Kupplung oder der Lagerüberholung.
Normen und Toleranzen
Auswuchten bedeutet nicht "so gut wie möglich", sondern "innerhalb der Toleranz". Die Toleranz wird durch internationale Normen definiert:
| Standard | Thema | Wichtigste Inhalte |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Balance-Qualitätsklassen (G-Klassen) | Skala G 0,4–G 4000. Formel: Upro = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = Standard für Ventilatoren, Pumpen, Motoren. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vokabular | Definitionen: Unwuchtarten, Rotorklassifizierungen, Maschinentypen, Qualitätsbegriffe. |
| ISO 14694 | Industrielle Ventilatoren | BV-Anwendungskategorien für Ventilatoren, Auswuchtgütegrade und schwingungsbezogene Grenzwertleitlinien speziell für Industrieventilatoren. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Bewertung der Maschinenschwingungen | Maßnahmen zur operativen Ergebnis von ausgewogener Qualität. Klassifizierung in die Zonen A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Flexible Rotoren | Mehrgeschwindigkeits- und Mehrebenenverfahren für Rotoren oberhalb der ersten kritischen Biegedrehzahl. |
| ISO 21940-14 | Auswuchtverfahren | Allgemeine Verfahren zum Ausbalancieren in mehreren Ebenen. |
| API 610 / API 617 | Erdölpumpen / Kompressoren | Beachten Sie die Anforderungen an die Rotorwuchtung gemäß ISO 1940 G-Klasse. |
Praktische Beispiele
Maschine: 22-kW-Radialventilator, 1460 U/min, Laufradmasse 38 kg. Starke Vibration: 8,2 mm/s RMS am antriebsseitigen Lager. Die FFT bestätigt einen dominanten 1×-Peak mit stabiler Phase.
Einrichten: Balanset-1A Sensor am DE-Lager, Laser-Drehzahlmesser an der Welle. Modus F2 (Einebenenauswuchten — L/D < 0,4).
Schritt 1: Erster Lauf: 8,2 mm/s bei 47°.
Schritt 2: Probegewicht: 15 g bei 0° auf der Lüfternabe, R = 200 mm.
Schritt 3: Probelauf: 5,9 mm/s bei 112°.
Schritt 4: Die Software berechnet: Korrektur = 22 g bei 198°, R = 200 mm.
Schritt 5: Ein 22 g schweres Anschweißgewicht im Winkel von 198° anbringen. Das Probegewicht entfernen.
Schritt 6: Verifizierung: 0,9 mm/s. ISO-Toleranz G 6.3 → Upro = 1 570 g·mm. Erreicht: ~180 g·mm. ✅ Bestanden.
Maschine: 45-kW-Motor + Kreiselpumpe, 2950 U/min, Rotormasse 55 kg. Vibration: DE-Lager 6,1 mm/s, NDE-Lager 4,8 mm/s. Phasenverschiebung ~140° → dynamische Unwucht.
Einrichten: Balanset-1A zwei Sensoren (DE + NDE), Modus F3. Korrekturebenen: Kupplungsnabe (Ebene 1) und Motorlüfterende (Ebene 2).
Läufe: Ausgangslage → Versuchsebene 1 (10 g bei 0°) → Versuchsebene 2 (8 g bei 0°).
Ergebnis: Die Software löst eine 2×2-Matrix. Korrektur: Ebene 1 = 18 g bei 245°, Ebene 2 = 12 g bei 68°.
Verifizierung: DE: 0,7 mm/s, NDE: 0,5 mm/s. G 6.3 Grenzwert: 1 122 g·mm. ✅ Beide Ebenen liegen deutlich innerhalb der Toleranz.
Maschine: Hammermühlenbrecher, 980 U/min, Rotormasse 420 kg. Nach dem Austausch der Hämmer erhöhte sich die Vibration auf 14,5 mm/s.
Spezifikation: G 16 (hohe Beanspruchung, extreme Bedingungen). Upro = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.
Verfahren: Eine Ebene (scheibenförmiger Rotor). Probegewicht 150 g bei 0° am Rand. Korrektur: 280 g bei 315°. Aufgeschweißte Stahlplatte.
Ergebnis: 2,8 mm/s. Restunwucht ~5 600 g·mm. ✅ Weit innerhalb der G 16-Grenze.
Verwandte Themen
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- Unwucht: Der physikalische Zustand, der durch das Auswuchten korrigiert wird.
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- Harmonische: Unterscheidung von 1× (Unwucht) von 2× (Fehlausrichtung) und anderen Ordnungen.
- Eigenfrequenz: Grenze zwischen starrem und flexiblem Rotor – entscheidend für den Auswuchtansatz.
Häufig gestellte Fragen – Rotorauswuchtung
Verfahren, Arten, Diagnose und Standards
▸ Was ist Rotorauswuchtung?
▸ Statisches vs. dynamisches Auswuchten?
▸ Wie funktioniert die Probegewichtsmethode?
▸ Eine oder zwei Ebenen?
▸ Welcher ISO-Standard gilt für Toleranzen?
▸ Kann ich die Auswuchtung im eingebauten Zustand durchführen (ohne den Rotor auszubauen)?
▸ Welche Korrekturmethoden werden üblicherweise angewendet?
▸ Woran erkenne ich, dass es sich um eine Unwucht und nicht um eine Fehlausrichtung handelt?
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