Was ist Rotorexzentrizität? Geometrische Unwucht • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist Rotorexzentrizität? Geometrische Unwucht • Tragbares Auswuchtgerät, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Förderschnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist Rotorexzentrizität? Geometrische Unwucht.

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Rotorexzentrizität verstehen

Definition: Was ist Rotorexzentrizität?

Rotorexzentrizität (auch genannt Exzentrizität oder geometrischer Auslauf) ist ein Zustand, bei dem der geometrische Mittelpunkt eines Rotor Oder eine Rotorkomponente stimmt nicht mit der Rotationsachse (der durch die Lager definierten Mittellinie) überein. Diese Abweichung führt dazu, dass die Außenfläche des Rotors, selbst bei perfekter Massenauswuchtung, “außermittig” läuft. Dadurch kreist der Massenschwerpunkt bei der Rotation des Rotors um die Rotationsachse und erzeugt so eine unruhige Rotation. Vibration identisch mit der Masse Unwucht.

Exzentrizität tritt besonders häufig bei Elektromotoren (durch Versatz zwischen Rotor und Bohrung), Pumpen und Ventilatoren (durch Versatz der Laufradbefestigung) sowie bei allen montierten Rotoren auf, bei denen sich Fertigungstoleranzen summieren und zu geometrischen Ungenauigkeiten führen können. Sie ist ein erhebliches Problem bei Präzisionsmaschinen, wo die Einhaltung enger Konzentrizität von entscheidender Bedeutung ist.

Arten der Rotorexzentrizität

1. Statische Exzentrizität (Parallelversatz)

  • Beschreibung: Der Rotormittelpunkt ist gegenüber der Drehachse versetzt, aber parallel zu dieser.
  • Geometrie: Konstanter radialer Versatz entlang der Rotorlänge
  • Wirkung: Erzeugt Massenungleichgewicht (geometrischer Mittelpunkt ≠ Rotationszentrum)
  • Häufig in: Einscheibenkomponenten wie Laufräder, Riemenscheiben
  • Korrektur: Oft korrigierbar durch Bilanzierung oder Wiedermontage

2. Dynamische Exzentrizität (Winkelversatz)

  • Beschreibung: Rotormittellinie im Winkel zur Rotationsachse
  • Geometrie: Der Rundlauf variiert entlang der Rotorlänge
  • Wirkung: Erzeugt Unwucht im Kupplungspaar und variierenden Rundlauf
  • Häufig in: Lange Rotoren mit mehreren Montagestufen
  • Korrektur: Erfordert eine Neuausrichtung oder ein spezielles Auswuchten.

3. Zusammengesetzte Exzentrizität

  • Kombination aus paralleler und Winkelversatz
  • Häufigster Zustand in der realen Welt
  • Komplexes Auslaufmuster
  • Erfordert eine sorgfältige Analyse, um sie von anderen Problemen zu unterscheiden.

Häufige Ursachen

Fertigungstoleranzen

  • Rundlauf der Bohrung: Lagerbohrung nicht konzentrisch zum Außendurchmesser
  • Wellenrundlauf: Bearbeitungsungenauigkeiten in Wellenzapfen
  • Stapelung: Mehrere Bauteile werden unter Berücksichtigung der Toleranzakkumulation montiert.
  • Besetzungsvarianten: Kernverschiebung in Gussteilen führt zu Wanddickenvariationen

Montagefehler

  • Exzentrische Montage: Laufrad- oder Rotorkomponente nicht mittig auf der Welle
  • Gespannte Installation: Bauteil beim Einpressen gekippt
  • Probleme mit Keilwellen/Keilnuten: Übergroßer Schlüsselkanal oder exzentrische Schlüsselinstallation
  • Probleme mit der thermischen Passung: Schrumpf- oder Expansionspassung, die einen Versatz erzeugt

Betriebsbedingte Ursachen

  • Lagerverschleiß: Übermäßig Spielraum ermöglicht es der Welle, außermittig zu laufen
  • Wellenbiegen: Permanente oder thermische Biegung, die eine effektive Exzentrizität erzeugt
  • Plastische Verformung: Überlastung, die zu dauerhafter Wellen- oder Bauteilverformung führt
  • Lockerheit: Das Bauteil hatte sich gelöst und seine Position verschoben.

Auswirkungen und Symptome

Vibrationssymptome

  • 1× Synchronschwingung: Hauptsymptom, scheint identisch mit einer Massenungleichgewicht zu sein.
  • Hoch Auslaufen: Messbarer Rundlauf auch bei niedrigen Rollgeschwindigkeiten
  • Konstante Phase: Im Gegensatz zu einigen anderen Fehlern ist die Phase typischerweise stabil.
  • Geschwindigkeitsquadrat-Antwort: Die Vibrationen nehmen mit der Geschwindigkeit zu², ähnlich wie bei einer Unwucht.

Elektrische Effekte (Elektromotoren/Generatoren)

  • Luftspaltvariation: Ein exzentrischer Rotor erzeugt einen ungleichmäßigen Luftspalt
  • Magnetische Unwuchtkraft (UMP): Asymmetrische Magnetkräfte
  • Aktuelle Schwankungen: Unterschiedliche Widerstände beeinflussen die Stromaufnahme
  • Überhitzung: Lokale Erwärmung bei minimalem Luftspalt
  • Elektromagnetisches Rauschen: 2× Netzfrequenz-Vibrationen und -Rauschen

Mechanische Beanspruchung

  • Erhöhte Lagerbelastungen durch Unwuchtkräfte
  • Zyklische Biegebeanspruchung in der Welle
  • Verringerte Abstände an Stellen mit minimalem Spalt
  • Reibungsgefahr bei geringen Abständen

Diagnose und Differenzierung

Exzentrizität vs. Massenungleichgewicht

Besonderheit Massenungleichgewicht Exzentrizität
Schwingungsfrequenz 1× Laufgeschwindigkeit 1× Laufgeschwindigkeit
Langsame Auslaufbahn Minimal Hoch (proportional zur Exzentrizität)
Reaktion auf den Ausgleich Vibrationen reduziert Begrenzte Verbesserung (fügt Massenungleichgewicht hinzu, um dies auszugleichen)
Elektrische Effekte Keiner Luftspaltabweichung, UMP (in Motoren/Generatoren)
Korrektur Füge Ausgleichsgewichte hinzu. Bauteil neu montieren, bei Herstellungsfehler ersetzen.

Diagnosetests

Rundlaufmessung

  • Messen Sie den Rundlauf mit einer Messuhr oder einem Näherungssensor.
  • Welle langsam drehen (< 100 U/min)
  • Hoher Rundlauf (typischerweise > 0,05 mm oder 2 mils) deutet auf Exzentrizität oder eine verbogene Welle hin.
  • Der auch bei Stillstand vorhandene Rundlauffehler bestätigt ein geometrisches Problem.

Gleichgewichtsreaktionstest

  • Versuchen Sie, das Gleichgewicht zu halten mit Versuchsgewichte
  • Exzentrizität begrenzt die erreichbare Balancequalität
  • Akzeptable Vibrationen können erreicht werden, jedoch sind hohe Korrekturgewichte erforderlich.
  • Gewichte gleichen den geometrischen Versatz aus, anstatt die Massenverteilung zu korrigieren.

Korrekturmethoden

Mechanische Korrektur

  • Komponente wieder einbauen: Ausbauen und mit verbesserter Rundlaufgenauigkeit wieder einbauen
  • Maschinenoberflächen: Lagersitze nachbohren oder Welle nachbearbeiten, um den Rundlauf zu verbessern
  • Komponente ersetzen: Bei einem Herstellungsfehler ist ein Austausch möglicherweise die einzige Option.
  • Einstellscheibe: Bei montierten Bauteilen die Positionierung anpassen

Ausgleich der Vergütung

  • Um ein Ungleichgewicht auszugleichen, werden Gegengewichte hinzugefügt.
  • Reduziert Vibrationen, behebt aber das geometrische Problem nicht.
  • Akzeptabel, wenn die Exzentrizität innerhalb der Toleranz liegt und die Vibrationen ausreichend reduziert sind.
  • Dokumentierte Einschränkung für Präzisionsanwendungen

Für Elektromotoren/Generatoren

  • Rotor neu positionieren, um die Luftspaltabweichung zu minimieren
  • In schweren Fällen ist ein Aufbohren oder Austausch des Stators erforderlich.
  • Elektromagnetische Kompensation ist mitunter durch fortschrittliche Steuerungen möglich.

Die Rotorexzentrizität ist eine geometrische Ungenauigkeit, die ähnliche dynamische Auswirkungen wie eine Massenunwucht hat, jedoch mit deutlich anderen Diagnosemerkmalen. Die Erkennung der Exzentrizität durch Rundlaufmessung und das Verständnis ihrer Grenzen beim Auswuchten ermöglichen geeignete Korrekturmaßnahmen – eine mechanische Korrektur, sofern möglich, oder die Akzeptanz mit Auswuchtkompensation, wenn eine geometrische Modifikation nicht praktikabel ist.

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