Die Vier-Lauf-Methode beim Rotorauswuchten verstehen
Die Vier-Lauf-Methode ist ein systematisches Verfahren zur Zwei-Ebenen-Auswuchten Dabei werden vier verschiedene Messläufe verwendet, um einen vollständigen Satz von Einflusskoeffizienten für beide Korrekturebenen. Zunächst wird der Ist-Zustand des Rotors erfasst, anschließend wird jede Korrekturebene einzeln mit einem Probegewicht… und endet mit einem vierten Durchlauf, bei dem beide Ebenen gleichzeitig Probegewichte tragen. Dieser vierte Durchlauf ist es, der die Methode von ihrer schnelleren Variante, der Drei-Durchlauf-Methode, unterscheidet – er dient eher einer bewussten Gegenprüfung als einer strengen mathematischen Notwendigkeit.
Dieser gründliche Ansatz beschreibt das dynamische Verhalten des Rotor-Lager-System, was eine genaue Berechnung der Korrekturgewichte that minimise Vibration an beiden Lagerstellen gleichzeitig.
1. Das Vier-Durchlauf-Verfahren
Das Verfahren besteht aus genau vier aufeinanderfolgenden Testläufen, von denen jeder einen bestimmten Zweck erfüllt. Dabei werden die Schwingungen durchgehend als Vektor aufgezeichnet – sowohl Amplitude und Phase — an jedem der beiden Lager.
Durchlauf 1 – Erster (Ausgangs-)Durchlauf
Die Maschine läuft im vorgefundenen Zustand mit ihrer Auswuchtdrehzahl. An beiden Lagerstellen (Lager 1 und Lager 2) werden Schwingungen aufgezeichnet, wobei das vom Original erzeugte Referenzsignal erfasst wird. Unwucht.
- Aufzeichnung: Schwingung an Lager 1 = A₁ ∠θ₁
- Aufzeichnung: Schwingung an Lager 2 = A₂ ∠θ₂
Durchlauf 2 – Testgewicht in Ebene 1
Die Maschine wird angehalten und ein bekanntes Testgewicht (T₁) wird an einer markierten Winkelposition in der Korrekturebene 1 angebracht. Die Maschine wird wieder gestartet und die Schwingung wird erneut an beiden Lagern gemessen. Der Vektor ändern zeigt, wie ein Gewicht in Ebene 1 beide Messpunkte beeinflusst.
- Probegewicht T₁ wird im Winkel α₁ zur Ebene 1 hinzugefügt
- Aufzeichnung: Neue Schwingung an Lager 1 und Lager 2
- Berechnen: Einfluss von T₁ auf Lager 1 (primärer Einfluss)
- Berechnung: Einfluss von T₁ auf Lager 2 (Kreuzkopplungseffekt)
Durchlauf 3 – Testgewicht in Ebene 2
Das Testgewicht T₁ wird entfernt und ein anderes Testgewicht (T₂) in Korrekturebene 2 eingesetzt. Ein weiterer Durchlauf zeigt, wie ein Gewicht in Ebene 2 beide Lager beeinflusst.
- Probegewicht T₁ aus Ebene 1 entfernt
- Probegewicht T₂ wird in Ebene 2 im Winkel α₂ hinzugefügt
- Aufzeichnung: Neue Schwingung an Lager 1 und Lager 2
- Berechnen: Einfluss von T₂ auf Lager 1 (Kreuzkopplungseffekt)
- Berechnen: Einfluss von T₂ auf Lager 2 (primärer Einfluss)
Durchlauf 4 – Testgewichte in beiden Ebenen
Beide Testgewichte sind nun gemeinsam installiert (T₁ in Ebene 1 und T₂ in Ebene 2) für einen vierten Durchlauf. Dies liefert zusätzliche Daten, die die Leistungsfähigkeit des Systems bestätigen. linearity und kann die Berechnung präzisieren, wenn die Kreuzkopplung stark ist.
- Sowohl T₁ als auch T₂ wurden gleichzeitig installiert
- Aufzeichnung: kombinierte Schwingungsantwort an beiden Lagern
- Überprüfen Sie: Die Vektorsumme der einzelnen Effekte (Durchläufe 2 und 3) stimmt mit dem Gesamtmesswert überein – was ein lineares Verhalten bestätigt
2. Mathematische Grundlagen
Bei der Vier-Durchlauf-Methode werden vier Einflusskoeffizienten ermittelt, die eine 2×2-Matrix bilden, welche das gesamte Verhalten des Systems beschreibt. Dieselben Koeffizienten bilden die Grundlage für jede Form des Mehrflächenauswuchtens, sodass sich ihr Verständnis hier für den gesamten Bereich des dynamischen Auswuchtens auszahlt.
Die Einflusskoeffizientenmatrix
- α₁₁: Auswirkung eines Probegewichts in Ebene 1 auf die Schwingung am Lager 1 (direkte Auswirkung)
- α₁₂: Auswirkung eines Probegewichts in Ebene 2 auf die Schwingung am Lager 1 (Kreuzkopplung)
- α₂₁: Auswirkung eines Probegewichts in Ebene 1 auf die Schwingung am Lager 2 (Kreuzkopplung)
- α₂₂: Auswirkung eines Probegewichts in Ebene 2 auf die Schwingung am Lager 2 (direkte Auswirkung)
Bestimmung der Korrekturgewichte
Sind alle vier Koeffizienten bekannt, löst die Software ein System von zwei Vektorgleichungen für die Korrekturgewichte (W₁ für Ebene 1, W₂ für Ebene 2), die die Schwingungen an beiden Lagern ausgleichen:
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -V₁ (zur Unterdrückung der Vibration an Lager 1)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -V₂ (um die Vibration am Lager 2 zu kompensieren)
Hier sind V₁ und V₂ die anfänglichen Schwingungsvektoren an den beiden Lagern. Die Lösung kombiniert Vektormathematik durch Inversion der 2×2-Koeffizientenmatrix. Da die Durchläufe 1–3 bereits alle vier Koeffizienten liefern, ist das System nach drei Durchläufen mathematisch eindeutig bestimmt; der vierte Durchlauf dient daher redundant data Das schafft Vertrauen, statt eine Lücke zu hinterlassen.
3. Vorteile der Vier-Durchlauf-Methode
Der zusätzliche Durchlauf bringt mehrere konkrete Vorteile mit sich.
Vollständige Systemcharakterisierung
Wenn man jede Ebene einzeln und anschließend beide zusammen testet, lassen sich sowohl direkte Auswirkungen als auch Kreuzkopplungen vollständig erfassen. Das ist wichtig, wenn Ebenen dicht beieinander liegen oder wenn Steifheit unterscheidet sich deutlich an den Enden.
Integrierte Überprüfung
Durchlauf 4 ist eine Linearitätsprüfung. Wenn die kombinierte Wirkung beider Prüfgewichte nicht mit der Vektorsumme ihrer einzelnen Wirkungen übereinstimmt, verhält sich das System nichtlinear – ein Anzeichen für Lockerheit, Lagerspiel oder Probleme mit dem Fundament, die behoben werden sollten, bevor mit dem Auswuchten fortgefahren wird.
Verbesserte Genauigkeit
Wenn die Kreuzkopplung erheblich ist – wenn eine Ebene das entfernte Lager stark beeinflusst –, liefert die redundante Datenmenge ein robusteres Ergebnis als eine einfache Lösung mit drei Messläufen.
Redundante Daten und Fehlertoleranz
Vier Messungen bei effektiv vier Unbekannten sorgen für Redundanz, wodurch die Software Messschwankungen erkennen und teilweise ausgleichen kann.
Vertrauen in die Ergebnisse
Die systematische Abfolge und die integrierte Überprüfung geben dem Techniker die berechtigte Gewissheit, dass die berechneten Korrekturen auf Anhieb funktionieren werden.
4. Wann sollte die Vier-Durchlauf-Methode angewendet werden?
Die Vier-Durchlauf-Methode eignet sich besonders gut, wenn:
- Die Kreuzkopplung ist von Bedeutung: Durch eng beieinanderliegende Ebenen oder asymmetrische Steifigkeit beeinflusst eine Ebene beide Lager stark.
- Präzision ist anspruchsvoll: tight Auswuchttoleranzen — fine G-Noten unter ISO 21940-11 (die moderne Nachfolge der Norm ISO 1940-1) – müssen erfüllt sein.
- Das Systemverhalten ist unbekannt: Eine Maschine wird zum ersten Mal ausgewuchtet, und ihr Verhalten ist noch nicht bekannt.
- Die Ausrüstung ist entscheidend: high-value kritische Maschinen wo ein zusätzlicher Durchlauf eine günstige Absicherung darstellt.
- Es wird eine permanente Kalibrierung eingerichtet: when storing permanente Kalibrierung Koeffizienten für die wiederholte Verwendung in der Zukunft; die Gründlichkeit der Methode gewährleistet, dass die gespeicherten Daten korrekt sind.
5. Vergleich mit der Drei-Durchlauf-Methode
Die Vier-Durchlauf-Methode lässt sich am besten anhand des einfacheren Drei-Lauf-Methode, wobei der kombinierte Lauf weggelassen wird.
Drei-Durchlauf-Sequenz
- Durchlauf 1: Ausgangsbedingung
- Durchlauf 2: Probegewicht in Ebene 1
- Durchlauf 3: Probegewicht in Ebene 2
- Korrekturen, die direkt aus den drei Durchläufen berechnet wurden
Was der vierte Durchlauf bringt
- Überprüfung der Linearität: Durchlauf 4 bestätigt, dass sich das System linear verhält.
- Bessere Charakterisierung der Kreuzkupplung: umfassendere Daten bei starker Kreuzkopplung.
- Fehlererkennung: Abweichungen fallen leichter ins Auge.
Was die Drei-Durchlauf-Methode einbüßt – und was sie bewahrt
- Zeitersparnis: Ein Lauf weniger verkürzt die Auswuchtzeit um etwa 20 %.
- Ausreichende Genauigkeit: Bei vielen Maschinen reichen drei Durchgänge völlig aus.
- Einfachheit: weniger Daten zu verarbeiten und weniger Gewichtsänderungen.
In der Praxis ist die Drei-Durchlauf-Methode das Arbeitspferd für routinemäßige Auswuchtarbeiten, während die Vier-Durchlauf-Methode für hochpräzise Aufgaben oder problematische Maschinen reserviert ist. Beide basieren auf denselben physikalischen Prinzipien; für beide Ansätze eignet sich ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A erfasst die Amplitude und Phase an jedem Lager, berechnet die Einflusskoeffizienten automatisch und – bei der Vier-Durchlauf-Sequenz – markiert jede fehlgeschlagene Linearitätsprüfung, bevor Sie eine Korrektur vornehmen. Die Dimensionierung der Prüfgewichte selbst wird durch eine Probegewichtsrechner.
6. Praktische Tipps zur Umsetzung
Um ein sauberes Ergebnis mit vier Durchläufen zu erzielen, sollten Sie auf drei Bereiche achten.
Auswahl des Probegewichts
- Wählen Sie Prüfgewichte, die eine Änderung der Vibration von 25–50 % gegenüber dem Ausgangswert bewirken.
- Verwenden Sie in beiden Ebenen ähnliche Größenordnungen, um eine gleichbleibende Messqualität zu gewährleisten.
- Stellen Sie sicher, dass alle Gewichte bei jedem Lauf fest sitzen.
Messkonsistenz
- Halten Sie bei allen vier Durchläufen identische Betriebsbedingungen ein – Drehzahl, Temperatur, Last.
- Lassen Sie bei Bedarf zwischen den Durchläufen eine thermische Stabilisierung zu.
- Behalten Sie bei jeder Messung die gleichen Sensorpositionen und Befestigungen bei.
- Führen Sie pro Durchlauf mehrere Messungen durch und bilden Sie den Mittelwert, um Störsignale zu unterdrücken.
Prüfungen der Datenqualität
- Stellen Sie sicher, dass jedes Probegewicht eine deutlich messbare Veränderung bewirkt (mindestens 10–15 % des Ausgangswerts).
- Überprüfen Sie, ob Lauf 4 in etwa der Vektorsumme der Effekte von Lauf 2 und Lauf 3 entspricht (mit einer Abweichung von etwa 10–20 %).
- Wenn die Linearitätsprüfung fehlschlägt, untersuchen Sie mechanische Probleme, bevor Sie fortfahren
7. Fehlerbehebung
Zwei Fehlerquellen sind für die meisten Schwierigkeiten bei dieser Methode verantwortlich.
Lauf 4 entspricht nicht der erwarteten Reaktion
Mögliche Ursachen:
- Nichtlineares Verhalten – Spiel, weicher Fußoder Lagerspiel.
- Zu große Versuchsgewichte treiben das System in einen nichtlinearen Bereich
- Messfehler oder inkonsistente Betriebsbedingungen
Lösungen:
- Finden und beheben Sie das mechanische Problem.
- Verwenden Sie kleinere Probegewichte.
- Überprüfen Sie die Messkette Kalibrierung.
- Halten Sie die Betriebsbedingungen bei allen Durchläufen konstant.
Schlechte Endergebnisse beim Auswuchten
Mögliche Ursachen:
- Berechnete Korrekturen wurden in falschen Winkeln eingebaut.
- Fehler bei der Gewichtsgröße.
- Veränderung der Systemeigenschaften zwischen den Probeläufen und der Korrekturinstallation.
Lösungen:
- Überprüfen Sie die Montage des Korrekturgewichts sorgfältig.
- Achten Sie während des gesamten Verfahrens auf mechanische Stabilität.
- Erwägen Sie, den Auftrag mit neuen Testdaten zu wiederholen, und schließen Sie ab mit einem Trimmbalance falls ein kleiner Rest übrig bleibt.
