Kippfuß verstehen
Weicher Fuß ist ein häufig auftretendes Problem bei rotierenden Maschinen, bei dem ein oder mehrere der Aufstellfüße der Maschine keinen vollständigen, ebenen Kontakt mit der Grundplatte oder dem Fundament herstellen, an denen sie verschraubt sind. Beim Anziehen der Befestigungsschrauben wird der Rahmen oder das Gehäuse der Maschine gezwungen, sich zu verbiegen und zu verformen, um sich der unebenen Aufstellfläche anzupassen. Diese Verformung führt zu erheblichen inneren Spannungen, und diese Spannungen sind die verborgene Ursache für eine überraschend große Bandbreite an Zuverlässigkeitsproblemen – erhöhte Vibration, vorzeitiger Lagerausfall und die Unfähigkeit, eine präzise Ausrichtung aufrechtzuerhalten.
Eine einfache Analogie ist ein vierbeiniger Stuhl, der wackelt, weil eines der Beine etwas kürzer ist. Wenn sich jemand darauf setzt, verzieht sich das Gestell des Stuhls, bis alle vier Beine den Boden berühren. Eine Maschine mit einem „Soft-Foot“-Zustand erleidet genau diese Art von Verformung des Gestells jedes Mal, wenn sie verschraubt wird – nur dass der „Stuhl“ eine Präzisionsbaugruppe ist, bei der die Lagerbohrungen und die Welle auf den Bruchteil eines Millimeters genau ausgerichtet bleiben müssen.
1. Die vier Arten von Weichfuß
Es gibt vier anerkannte Formen des Soft-Foot-Problems, und davon hängt ab, wie man es behebt:
- Paralleler weicher Fuß: die häufigste Form, bei der ein Fuß einfach kürzer ist als die anderen, wodurch ein flacher, paralleler Luftspalt zwischen dem Fuß und der Grundplatte entsteht. Dies wird durch das Einlegen von Unterlegscheiben mit der entsprechenden Dicke korrigiert.
- Winkel-Weichfuß: Dies tritt auf, wenn ein Fuß verbogen ist oder die Grundplatte geneigt ist, sodass der Fuß schräg aufliegt. Durch das Anziehen der Schraube wird der Fuß flach gegen die Grundplatte gedrückt, wodurch der Rahmen verbogen wird. Hier ist eine konische Unterlegscheibe oder eine Nachbearbeitung erforderlich, kein flacher Stapel.
- Weicher Fuß (induziert): verursacht durch übermäßige Korrosion, festsitzende Rückstände, Farbe oder zu viele Unterlegscheiben (mehr als vier oder fünf) unter einem Fuß. Beim Anziehen der Schraube wird das komprimierbare Material zusammengedrückt, wodurch ein schwammartig weicher Fuß entsteht. Abhilfe schafft das Reinigen der Oberfläche und das Verdichten des Unterlegscheibenpakets.
- Weicher Fuß durch äußere Krafteinwirkung: verursacht durch äußere Kräfte – Rohrspannungen, Leitungsrohre oder strukturelle Verstrebungen –, die am Rahmen ziehen oder drücken und einen Fuß von der Unterlage abheben. Das Problem lässt sich durch Unterlegscheiben nicht beheben; die verursachende äußere Belastung muss abgebaut werden (dies steht in engem Zusammenhang mit durch Rohrspannungen verursachten Verformungen).
2. Warum „Soft Foot“ ein großes Problem darstellt
Die durch einen weichen Fuß verursachten Verformungen des Rahmens sind eine nachgewiesene Ursache für zahlreiche Maschinenausfälle:
- Verstärkte Vibrationen: Die inneren Spannungen und Verformungen führen zu einer Vorspannung, die die Schwingungen stark verstärken kann, was sich häufig in Betriebsdrehzahl (1×) und dessen Harmonische (2×, 3× usw.) – was leicht zu Verwechslungen führen kann mit Unwucht oder Fehlausrichtung. Der verformte Rahmen kann zudem die Steifigkeit der Konstruktion senken, in Richtung einer Rahmenresonanz, was das Problem noch verschärft.
- Ausrichtungsprobleme: Eine präzise Ausrichtung ist unmöglich, solange ein weicher Fuß vorhanden ist. Da die Schrauben während des Ausrichtungsvorgangs angezogen und gelöst werden, verschiebt sich der Rahmen unvorhersehbar, sodass die Messwerte nicht reproduzierbar sind. Die Korrektur von „Soft Foot“ ist eine zwingende Voraussetzung für eine präzise Ausrichtung — jede Ausrichtungsarbeit sollte mit einer Soft-Foot-Prüfung beginnen.
- Lager- und Dichtungsausfall: Eine Verformung des Gehäuses führt zu einer Verformung der Lagerbohrungen, wodurch die Lager ungleichmäßig belastet werden und es zu vorzeitigem Verschleiß kommt Lagerverschleiß und Ausfälle. Außerdem kann es Dichtungen aufreißen – mit Undichtigkeiten und Reibungsspuren, typisch für Dichtungsfehler.
- Belastung von Welle und Kupplung: Die Verformung führt zu einer inneren Fehlausrichtung der Lager, wodurch sich die Welle verbiegen kann (eine erzwungene Wellenverbiegung) und die Kupplung überlasten – ein Beschleuniger für Kupplungsfehler.
Auch ein Kippfuß hängt häufig mit allgemeiner mechanische Lockerung und Fundamentlockerung. Daher werden bei einer gründlichen Untersuchung alle drei Aspekte gemeinsam geprüft, anstatt sie isoliert zu betrachten.
3. Wie man einen weichen Fuß erkennt und korrigiert
Ein weicher Fuß wird in der Regel bei einer Präzisionsausrichtung mithilfe von Messuhren oder einem Laser-Wellenausrichtung System. Der Arbeitsablauf umfasst drei Phasen:
- Erstprüfung: Nachdem alle Schrauben gelöst sind, schieben Sie eine Fühlerlehre unter jeden Fuß, um offensichtliche Lücken festzustellen. Diese kurze Überprüfung deckt oft die größten Mängel auf, noch bevor die Instrumente überhaupt aufgestellt sind.
- Systematische Messung: Um ein präzises Ergebnis zu erzielen, bringen Sie an jedem Fuß eine Messuhr (oder nutzen Sie die Funktion zur Erkennung von „weichen Füßen“ des Lasersystems) an. Stellen Sie die Messuhr bei festgezogenem Schraubbolzen auf Null, lösen Sie dann diesen einen Schraubbolzen und lesen Sie ab, um wie viel sich der Fuß nach oben bewegt. Eine Bewegung von mehr als etwa 0,05 mm (0,002 Zoll) deutet in der Regel auf einen „weichen Fuß“ hin, der korrigiert werden muss. Lösen Sie jeweils nur einen Schraubbolzen, damit Sie den Einfluss jedes einzelnen Fußes isoliert betrachten können.
- Korrektur: Legen Sie hochwertige, vorgeschnittene Edelstahl-Unterlegscheiben unter den weichen Fuß, um den gemessenen Spalt auszufüllen, und überprüfen Sie die Einstellung anschließend erneut. Wiederholen Sie diesen Vorgang bei allen Füßen, bis sich durch das Lösen einer einzelnen Schraube eine Bewegung innerhalb der Toleranzgrenzen ergibt. Verwenden Sie möglichst wenige Unterlegscheiben – wenn Sie zu viele Unterlegscheiben übereinanderlegen, entsteht lediglich wieder ein nachgiebiger, weicher Fuß.
Rechner, die die Arbeit beschleunigen
Zwei kostenlose Tools setzen diese Messungen in konkrete Maßnahmen um: ein Rechner für weichen Untergrund hilft dabei, die Rahmenverformung anhand Ihrer Messwerte zu quantifizieren, und ein Rechner für die Dicke von Unterlegscheiben rechnet den gemessenen Spalt in das exakte Unterlegscheibenpaket um, das eingebaut werden muss. Sobald die Füße flach aufliegen, legt ein Rechner für die Toleranz bei der Wellenausrichtung realistische Grenzwerte für Versatz und Winkel für die nachfolgende Ausrichtung fest.
4. „Soft Foot“ in der Schwingungsdiagnostik
Da ein „weicher Fuß“ im Frequenzspektrum eine Unwucht und eine Fehlausrichtung vortäuscht – eine starke 1×-Schwingung mit Oberschwingungen –, stellt er eine klassische Falle für den unachtsamen Analytiker dar. Ein verräterisches Anzeichen ist, dass sich das Symptom ändert, wenn eine Fußschraube gelöst wird: Wenn die 1×-Schwingung beim Lösen einer Schraube merklich abnimmt, liegt eine Rahmenverformung vor (und nicht eine Schwachstelle oder eine gebogene Welle). Eine praktische Überprüfung besteht darin, Amplitude und Phase mit einem tragbaren Zweikanal- Schwingungsanalysator wie z. B. das Balanset-1A an jedem Lager, lösen Sie dann nacheinander jede Fußschraube und beobachten Sie, wie sich der 1×-Vektor verschiebt; ein Fuß, der die Phase verschiebt oder die Amplitude verringert, ist der weiche. Wenn Sie zuerst den weichen Fuß beseitigen, stellen Sie sicher, dass alle nachfolgenden Auswucht- oder Ausrichtungsarbeiten den tatsächlichen Zustand des Rotors erfassen, anstatt einem Phantom nachzujagen, das durch einen verformten Rahmen und eine beeinträchtigte Fundamentsteifigkeit.
5. Fußfehler (Soft Foot) mit dem Balanset-1A prüfen
Mit dem Balanset-1A sehen Sie, ob der Zustand der Fußauflagen die Schwingungen an den Lagern verändert und ob die Korrektur sie tatsächlich verringert hat.
- Bei stillgesetzter und gegen Wiedereinschalten gesicherter Maschine die beiden Sensoren an den Lagergehäusen nahe den verdächtigen Füßen anbringen und den Drehzahlsensor auf die reflektierende Marke ausrichten. Die Sensoren bei jedem Lauf exakt an denselben Stellen belassen.
- Maschine mit Betriebsdrehzahl laufen lassen, Abstand halten und das Fenster Vibration Meter (F5) öffnen. Auf den grünen Balken STABLE warten, dann mit F9 eine Referenzmessung einfrieren: Gesamtpegel V1s/V2s, 1×-Amplitude V1o/V2o und 1×-Phase F1/F2.
- Lesen Sie auf der Registerkarte Wave Spectrum die Spitzen an den gestrichelten Führungslinien 1×, 2× und 3× ab. Liegt Vo nahe bei Vs, besteht die Schwingung überwiegend aus 1×; liegt Vo deutlich unter Vs, steckt ein großer Teil in Harmonischen – ein Muster, das bei Soft Foot, Lockerheit und Fluchtungsfehlern gleichermaßen auftritt. Klicken Sie vor der ersten Änderung am Fuß mit der rechten Maustaste auf das Spektrum und wählen Sie "Y axis: Manual...", damit alle weiteren Messungen im gleichen Maßstab dargestellt werden.
- Für jede Änderung die Maschine stoppen und sichern: eine Fußschraube gelockert oder ein korrigiertes Unterlegblech-Paket mit allen Schrauben auf Anzugsmoment. Bei gleicher Drehzahl neu starten und erneut F9 drücken.
- Vergleichen. Die normale Streuung von Lauf zu Lauf beträgt bis zu 10–15 % bei der Amplitude und etwa 10° bei der Phase; eine deutlich größere Änderung nach einer einzelnen Änderung an einem Fuß weist auf diesen Fuß hin. Die Registerkarte Trend zeigt mit gesetztem Häkchen bei "Show 1x (Vo)" jeden aufgezeichneten Messwert über der Zeit, sodass Vorher und Nachher in einem Diagramm liegen.
Erst auswuchten, wenn die Füße korrigiert sind und wiederholte Messungen übereinstimmen. Bleibt bei ebenen Füßen ein hoher 1×-Anteil bestehen, einen Auslauf auf der Registerkarte RunDown aufzeichnen: Ein Amplitudenmaximum zusammen mit einer Phasendrehung um etwa 180° kennzeichnet eine Resonanz, und der Rotor sollte bei dieser Drehzahl nicht ausgewuchtet werden.
