ISO 21940-11: Mechanische Schwingungen – Rotorauswuchten – Teil 11: Verfahren und Toleranzen für Rotoren mit starrem Verhalten

Zusammenfassung

ISO 21940-11 ist der moderne, maßgebliche Standard für die Bilanzierung von starre Rotoren. Es ersetzt offiziell das sehr bekannte und weit verbreitete ISO 1940-1 Standard. Dieses aktualisierte Dokument bietet einen umfassenden Rahmen für die Spezifikation, Erreichung und Überprüfung der Auswuchtqualität von Rotoren, die sich bei Betriebsdrehzahl nicht signifikant verformen. Es behält die Kernkonzepte seines Vorgängers, wie die G-Klassen, bei, verfeinert diese jedoch, erweitert die Liste der Maschinentypen und bietet detailliertere Verfahrensanleitungen für einen robusteren Auswuchtprozess.

Inhaltsverzeichnis (Konzeptionelle Struktur)

Der Standard ist so strukturiert, dass er den Benutzer logisch durch den gesamten Auswuchtprozess führt, von der Spezifikation bis zur Überprüfung:

1. 1. Umfang und Ausgleichsanforderungen:

   Dieses erste Kapitel definiert den Schwerpunkt der Norm und legt fest, dass sie ausschließlich für Rotoren mit starrem Verhalten gilt. Ein starrer Rotor ist definiert als ein Rotor, der in zwei beliebigen Ebenen korrigiert werden kann und dessen Restunwucht nach der Korrektur die angegebene Toleranz bei keiner Drehzahl bis zur maximalen Betriebsdrehzahl wesentlich überschreitet. Das Kapitel legt das grundlegende Ziel des Auswuchtens fest: die Massenexzentrizität auf ein Niveau zu reduzieren, bei dem die durch die verbleibende Unwucht verursachten Zentrifugalkräfte und Vibrationen für den vorgesehenen Betrieb der Maschine akzeptabel niedrig sind. Es legt die Grundlagen, indem es die zugrunde liegenden Annahmen und Ziele des Auswuchtprozesses für starre Rotoren erläutert.

2. 2. Spezifikation der Balancetoleranz:

   Dies ist das zentrale Kapitel zur Definition der Qualität einer Balance-Arbeit. Es führt das international anerkannte Konzept der Balance-Qualitätsstufen (G) aus der vorherigen Norm ISO 1940-1. Ein G-Grad ist ein konstanter Wert, der das Produkt aus der Exzentrizität des Rotors (e) und seiner maximalen Betriebsdrehzahl (Ω) darstellt, wobei G = e·Ω. Dieses Kapitel enthält eine umfangreiche und aktualisierte Tabelle mit Hunderten verschiedener Rotortypen – vom kleinen Elektroanker bis zur massiven Dampfturbine – und weist jedem einen empfohlenen G-Grad zu. Anhand dieser Tabelle kann ein Ingenieur einen G-Grad festlegen (z. B. G6,3 für Pumpen, G2,5 für Turbinen). Die Norm enthält dann die entscheidende Formel, um diesen Grad in eine praktische, messbare Toleranz umzurechnen: die zulässige verbleibende spezifische Unwucht (e_pro), die dann mit der Rotormasse multipliziert wird, um die endgültige Unwuchttoleranz in Einheiten wie Gramm-Millimeter zu erhalten.

3. 3. Zuordnung der Toleranz zu den Korrekturebenen:

   Dieses Kapitel liefert den wesentlichen mathematischen Rahmen für das Auswuchten in zwei Ebenen. Sobald die zulässige Restunwucht für den gesamten Rotor berechnet ist (aus der G-Klasse), muss dieser Wert auf die beiden gewählten KorrekturebenenDieser Abschnitt bietet dem Auswuchttechniker anhand von Formeln und Vektordiagrammen die korrekte Aufteilung der Gesamttoleranz in Einzeltoleranzen für jede Ebene. Es wird erläutert, dass die Verteilung von der Geometrie des Rotors abhängt, insbesondere vom Abstand der Korrekturebenen vom Rotorschwerpunkt und den Lagerstellen. Die Einhaltung dieser Zuordnungsverfahren ist entscheidend für die Korrektur sowohl statische und Paarunwucht und sicherzustellen, dass die dynamischen Kräfte an den Lagern über die gesamte Rotorlänge minimiert werden.

4. 4. Verfahren zur Überprüfung der Restunwucht:

   Dieses Kapitel beschreibt die Methodik für den endgültigen Abnahmetest der AuswuchtmaschineNach dem Finale Korrekturgewichte Nachdem die erforderlichen Korrekturen vorgenommen wurden, wird ein Verifizierungslauf durchgeführt. Die Norm schreibt vor, dass die Maschine die verbleibende Unwucht in jeder Ausgleichsebene messen soll. Die Messwerte werden anschließend mit den im vorherigen Schritt berechneten Toleranzen der einzelnen Ebenen verglichen. Der Rotor gilt nur dann als ausgewuchtet, wenn die gemessene Restunwucht in *beiden* Ebenen kleiner oder gleich der jeweils angegebenen Toleranz ist. In diesem Abschnitt wird die Bedeutung einer korrekt kalibrierten Auswuchtmaschine und die Berücksichtigung von Werkzeugfehlern hervorgehoben, um eine genaue und zuverlässige Verifizierungsmessung zu gewährleisten.

5. 5. Berichterstattung:

   Um eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und klare Kommunikation der Auswuchtergebnisse zu gewährleisten, legt dieses letzte Kapitel die Mindestinformationen fest, die in einem formellen Auswuchtbericht dokumentiert werden müssen. Dazu gehören administrative Angaben (wie Datum und Name des Bedieners), eine vollständige Identifizierung des Rotors (Teilenummer, Seriennummer) und alle wichtigen Auswuchtparameter. Wichtig ist, dass der Bericht die angegebene Auswuchtgüteklasse (z. B. G6.3), die maximale Betriebsdrehzahl des Rotors und seine Masse angibt. Der Bericht muss außerdem die anfänglichen Unwuchtmessungen und vor allem die endgültig gemessenen Restunwuchtwerte für jede Ausgleichsebene klar dokumentieren und bestätigen, dass sie unterhalb der berechneten Toleranzen liegen. Dadurch wird ein dauerhafter, überprüfbarer Nachweis dafür erbracht, dass der Rotor normgerecht ausgewuchtet wurde.

Wichtige Konzepte und Aktualisierungen

• Modernisierung von ISO 1940-1: Diese Norm ist der offizielle Ersatz für ISO 1940-1. Sie behält die gleichen Grundprinzipien bei, strukturiert den Inhalt jedoch neu, aktualisiert die G-Klasse-Tabellen um weitere Rotortypen und bietet klarere, explizitere Verfahrensanweisungen. Die Kernformel bleibt unverändert.
• Schwerpunkt auf dem Prozess: Im Vergleich zu seinem Vorgänger legt ISO 21940-11 mehr Wert auf den gesamten Auswuchtprozess, von der Festlegung der Toleranz über ihre korrekte Verteilung auf die Ebenen bis hin zur ordnungsgemäßen Überprüfung des Endergebnisses.
• Annahme eines starren Rotors: Es ist wichtig zu beachten, dass diese Norm nur für *starre* Rotoren gilt. Dies sind Rotoren, bei denen sich die Unwuchtverteilung nicht wesentlich ändert, wenn der Rotor auf seine Betriebsdrehzahl gebracht wird. Für Rotoren, die sich bei hoher Geschwindigkeit verbiegen oder verformen, gelten die komplexeren Verfahren in ISO 21940-12 (für flexible Rotoren) muss verwendet werden.
• G-Noten bleiben zentral: Das Konzept der Balance Quality Grades (G) bleibt der Eckpfeiler des Standards und bietet eine einfache, aber leistungsstarke Möglichkeit, die erforderliche Präzision für eine große Bandbreite von Maschinen festzulegen.

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