Unwucht (Ungleichgewicht) in rotierenden Maschinen verstehen

Definition: Was ist Unwucht?

Unwucht (oft synonym mit Unwucht verwendet) ist ein Zustand in einem Rotor, bei dem der Schwerpunkt (oder Schwerpunkt) nicht mit dem Rotationszentrum ausgerichtet ist. Dieser Versatz, bekannt als Exzentrizitätbedeutet, dass die Masse nicht gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt ist. Wenn sich der Rotor dreht, erzeugt diese ungleichmäßige Massenverteilung eine Zentrifugalkraft, die den Rotor von seiner Mitte wegzieht und die gesamte Maschine vibrieren lässt. Unwucht ist die häufigste Vibrationsquelle in rotierenden Maschinen.

Die klassische Signatur des Ungleichgewichts

Eine Unwucht weist eine sehr deutlich erkennbare Schwingungssignatur auf, die eine relativ einfache Diagnose ermöglicht:

• Frequenz: Die Vibration tritt genau bei 1x die Drehzahl des Rotors. Wenn die Maschine beschleunigt oder verlangsamt, folgt die Frequenz der Vibration genau dieser Geschwindigkeit.
• Richtung: Die Schwingung erfolgt überwiegend in der radial Richtung (horizontal und vertikal). Normalerweise treten nur sehr geringe axiale (Schub-)Vibrationen auf.
• Amplitude: Die Amplitude der Vibration ist proportional zum Quadrat der Drehzahl. Bei einer Verdoppelung der Drehzahl vervierfacht sich die Unwuchtkraft (und die daraus resultierende Vibration).
• Phase: Die Phasenmessung zur Feststellung einer Unwucht ist typischerweise stabil und wiederholbar.

Arten von Unwucht

Unwucht kann in drei Haupttypen eingeteilt werden:

1. Statische Unwucht

Auch als „Kraftunwucht“ bekannt, ist dies die einfachste Art. Sie tritt auf, wenn die Masse ungleichmäßig in einer Ebene verteilt ist, wie beispielsweise ein einzelner schwerer Punkt auf einer dünnen Scheibe. Sie wird als „statisch“ bezeichnet, da sie bei ruhendem Rotor erkannt werden kann. Wird der Rotor auf reibungslose Messerschneiden gelegt, rollt er, bis der schwere Punkt unten ist. Sie kann mit einem einzelnen Gewicht korrigiert werden, das 180° gegenüber dem schweren Punkt platziert wird.

2. Ungleichgewicht im Paar

Dies tritt auf, wenn sich an den gegenüberliegenden Enden eines Rotors zwei gleich schwere Stellen befinden, die um 180° versetzt sind. Dadurch entsteht eine „Koppelung“ oder Schaukelbewegung, die den Rotor zu verdrehen versucht. Ein Rotor mit reiner Koppelung ist statisch ausgewuchtet (er rollt nicht auf Messerkanten), vibriert aber beim Drehen stark. Um der Schaukelbewegung entgegenzuwirken, sind zwei Ausgleichsgewichte in zwei getrennten Ebenen erforderlich.

3. Dynamische Unwucht

Dies ist der häufigste Zustand in realen Maschinen. Es handelt sich um eine Kombination aus statischer und Paarunwucht. Die Korrektur der dynamischen Unwucht erfordert Massenkorrekturen in mindestens zwei verschiedenen Ebenen entlang des Rotors. Dieser Prozess wird als dynamisches Auswuchten.

Häufige Ursachen für Unwucht

Unwuchten können bereits bei der Herstellung vorhanden sein oder sich während des Betriebs entwickeln. Häufige Ursachen sind:

• Herstellungsfehler: Porosität in Gussteilen, ungleichmäßige Materialdichte und Bearbeitungstoleranzen.
• Montagefehler: Falsch installierte Komponenten, ungleichmäßig angezogene Schrauben oder falsch ausgerichtete Schlüssel.
• Verschleiß: Ungleichmäßige Erosion, Korrosion oder Verschleiß an Lüfterblättern oder Pumpenlaufrädern.
• Materialaufbau: Ansammlung von Schmutz, Staub oder Produkten auf Rotoren in Lüftern, Gebläsen und Zentrifugen.
• Komponentenfehler: Ein herumgeworfenes Ausgleichsgewicht oder ein gebrochenes Sägeblatt führen sofort zu einer erheblichen Unwucht.

Warum die Korrektur von Unwuchten so wichtig ist

Der Betrieb einer Maschine mit erheblicher Unwucht schadet ihrer Funktion. Die ständige zyklische Kraft verursacht:

• Vorzeitiger Lagerausfall: Die Lager sind hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt, was zu einem schnellen Verschleiß führt.
• Ermüdung und Rissbildung: Die Vibration verursacht Ermüdungsspannungen an der Welle, dem Fundament und anderen Komponenten.
• Reduzierte Effizienz: Anstatt nützliche Arbeit zu verrichten, wird Energie in Form von Vibrationen und Wärme verschwendet.
• Sicherheitsrisiken: Eine starke Unwucht kann zu einem katastrophalen Ausfall führen.

Die Unwucht wird durch ein systematisches Auswuchtverfahren korrigiert, das eine der wirksamsten Methoden zur Verbesserung der Maschinenzuverlässigkeit darstellt.

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