Die Einflusskoeffizientenmethode für den Betriebsauswuchtvorgang
Ein Einflusskoeffizient ist ein komplexer Vektor – der sowohl eine Amplitude als auch eine Phase Winkel – der beschreibt, wie ein Rotorsystem auf eine bekannte Unwucht. Es erfasst die Veränderung in Vibration an einem Messpunkt, die durch Addition eines bekannten Probegewicht an einem Ort auf einem Korrekturebene. Einfach ausgedrückt besagt der Koeffizient: „Bei einem Probegewicht dieser Größe, das in diesem Winkel angebracht ist, hat sich die Schwingung am Lager um diesen Wert und in diese Richtung verschoben.“ Dieses einzelne Zahlenpaar ist der Motor der modernen Feldauswuchten.
Sein großer Vorteil ist, dass man damit eine Maschine präzise auswuchten kann ohne die physikalischen Eigenschaften des Rotors zu kennen – seine Masse, Steifigkeit oder Dämpfung. Man misst die Reaktion und lässt sie für das gesamte System sprechen.
1. Definition: Was ein Einflusskoeffizient aussagt
Durch Unwucht verursachte Schwingungen sind vektorielle Größen: Sie haben eine Amplitude (wie stark sich das Lager bewegt) und eine Richtung (die Winkelposition des Spitzenwerts relativ zur Welle, festgelegt durch einen Drehzahlmesser (Impuls). Auch die Unwucht ist ein Vektor – eine Masse in einem bestimmten Radius und unter einem bestimmten Winkel. Der Einflusskoeffizient ist einfach das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen, also die Reaktion pro Einheit der aufgebrachten Unwucht, ausgedrückt in Einheiten wie mm/s pro Gramm bei einem bestimmten Radius. Da es sich um das Verhältnis zweier Vektoren handelt, ist er selbst ein Vektor, und die gesamte Arithmetik des Auswuchtens ist daher Vektoraddition und Division statt gewöhnlicher skalarer Arithmetik.
2. Warum diese Methode so wirksam ist
Die Stärke dieses Ansatzes liegt darin, dass die Maschine als „Black Box“ betrachtet wird. Anstatt zu versuchen, den Rotor theoretisch zu modellieren, wird ein praktischer Test durchgeführt, um die spezifische Reaktion des Systems zu messen. Die Vorteile ergeben sich daraus unmittelbar:
- Hohe Genauigkeit: Es berücksichtigt alle realen dynamischen Effekte gleichzeitig – Lagersteifigkeit, Flexibilität der Tragkonstruktion, Verhalten des Fundaments und aerodynamische Kräfte — denn all diese Faktoren sind bereits in der gemessenen Reaktion berücksichtigt.
- Vielseitigkeit: das funktioniert gleichermaßen für Einzelebene und komplex mehrere Ausgleichsebenen Probleme, auf beiden Ebenen starr und flexibel Wellen.
- Keine Demontage: Dies ist der Standard für Arbeiten vor Ort, bei denen eine Maschine in ihrem eingebauten Zustand unter realen Betriebslasten, Drehzahlen und Temperaturen – also unter den Bedingungen, unter denen sie tatsächlich läuft – ausgewuchtet wird.
3. Das Ein-Ebenen-Verfahren, Schritt für Schritt
Bei einer Ein-Ebenen-Auswuchtung folgt die Methode einem klaren, logischen Ablauf. Jeder Durchlauf liefert einen Schwingungsvektor, und der Koeffizient ergibt sich aus der Differenz zwischen diesen.
- Erster Durchlauf (Durchlauf 1): Messen Sie bei normalem Betriebszustand der Maschine den anfänglichen Schwingungsvektor – Amplitude A₁ und Phase P₁ – am Lager. Dies ist die Reaktion auf die ursprüngliche Unwucht, die wir mit O bezeichnen.
- Testlauf (Lauf 2): Die Maschine anhalten und ein bekanntes Prüfgewicht T an einer bekannten Winkelposition, beispielsweise 0°, auf der Korrekturebene anbringen.
- Messen Sie die neue Reaktion: Neustart und Auslesen des neuen Vektors, der Amplitude A₂ und der Phase P₂. Dies ist die Vektorsumme aus der ursprünglichen Unwucht und dem Einfluss des Testgewichts, O + T.
- Finden Sie die Änderung: Das Gerät führt die Vektorsubtraktion A₂ − A₁ durch, um den Vektor zu isolieren, der ausschließlich vom Prüfgewicht T herrührt.Wirkung.
- Berechnen Sie den Koeffizienten (α): Dividieren Sie die Wirkung des Testgewichts durch das Testgewicht selbst — α = TWirkung / T — wobei die Reaktion pro Einheit der Unwucht angegeben wird.
- Berechnen Sie die Korrektur: Um die ursprüngliche Schwingung aufzuheben, benötigt man ein Gewicht, dessen Wirkung genau −A₁ beträgt, also ist das erforderliche Korrekturgewicht Ist W = −A₁ / α.
- Installieren und überprüfen: Entfernen Sie das Testgewicht, nehmen Sie die berechnete Korrektur vor und führen Sie den Test erneut durch, um sicherzustellen, dass die Schwingungen auf ein akzeptables Maß gesunken sind.
Die gesamte Schleife besteht lediglich aus drei Vektoren und zwei Operationen: Subtrahieren, um den Versuchseffekt zu ermitteln, Dividieren, um den Koeffizienten zu ermitteln, und schließlich Dividieren der unerwünschten Schwingung durch diesen Koeffizienten, um die Lösung zu finden.
Bei der Vektorrechnung kann man sich von Hand leicht vertun, daher überlassen die meisten Ingenieure diese Aufgabe der Software. Unsere Einflusskoeffizientenrechner führt den Fall der einzigen Ebene für Sie durch, und die Probegewichtsrechner hilft dabei, eine angemessene Masse für den ersten Versuch zu bestimmen, damit Lauf 2 eine deutliche, messbare Veränderung bewirkt, ohne den Rotor zu überlasten.
4. Mehreben-Auswuchten
Das gleiche Prinzip lässt sich auf zwei Ebenen und darüber hinaus übertragen, auch wenn die Algebra dabei komplexer wird. Für eine Zweiebenen-Auswuchtung Das Gerät ermittelt vier Einflusskoeffizienten – die Auswirkung eines Gewichts in Ebene 1 auf jedes der beiden Lager sowie die Auswirkung eines Gewichts in Ebene 2 auf jedes Lager –, die die Wechselwirkung zwischen den Ebenen erfassen. Anschließend löst das Programm ein System simultaner Vektorgleichungen, um die korrekten Massen und Winkel für beide Ebenen gleichzeitig zu ermitteln. Dadurch ist es dieser Technik möglich, dynamische (Paar-)Unwucht und grundsätzlich fast jede rotierende Maschine. Bei flexiblen Rotoren, die sich bei einer oder mehreren kritischen Drehzahlen verbiegen, wird das Konzept weiter ausgedehnt auf modales Auswuchten, wobei für jede signifikante Schwingungsform Koeffizienten gemessen werden.
5. Praktische Rahmenbedingungen und Fallstricke
Die Methode beruht auf einer zentralen Annahme – nämlich dass das System linear und stabil, damit ein heute gemessener Koeffizient auch morgen noch gültig ist. Daraus ergeben sich einige praktische Hinweise:
- Wiederholbare Drehzahl: Der Koeffizient ist drehzahlabhängig. Jeder Durchlauf muss bei derselben Drehzahl erfolgen, insbesondere in der Nähe von kritische Drehzahl wo sich die Reaktion stark ändert.
- Eine saubere Testantwort: Das Prüfgewicht muss die Schwingung so stark beeinflussen, dass eine zuverlässige Messung möglich ist; ist es zu gering, geht die Differenz A₂ − A₁ im Rauschen unter.
- Stabile Bedingungen: sich ändernde Temperatur, Last oder Losigkeit verschiebt den tatsächlichen Koeffizienten und verfälscht das Ergebnis – schließen Sie solche Fehler vor dem Auswuchten aus.
- Gespeicherte Koeffizienten: Sobald ein Koeffizient für eine bestimmte Maschine bekannt ist, kann er für eine schnelle Trimmbalance ohne einen neuen Probelauf, die Grundlage für das Auswuchten ohne Probelauf bei Serienrotoren.
Im Außeneinsatz geschieht dies alles in einem tragbaren Zweikanal-Analysator. Der Balanset-1A misst bei jedem Durchlauf die 1×-Amplitude und -Phase, berechnet automatisch die Einflusskoeffizienten, ermittelt die Ein- oder Zweiebenenkorrektur und überprüft anschließend die Restunwucht im Vergleich zur gewählten Klasse gemäß ISO 21940-11 – wodurch die oben dargelegte Theorie in einige konkrete Schritte vor Ort umgesetzt wird.
