Die Drei-Lauf-Methode beim Rotorauswuchten verstehen
Die Drei-Lauf-Methode ist das am häufigsten verwendete Verfahren für Zwei-Ebenen-Auswuchten (dynamisches Auswuchten). Es bestimmt die Korrekturgewichte in zwei benötigt Korrekturebenen mit genau drei Messläufen: einem ersten Lauf zur Ermittlung der Basislinie Unwucht Bedingung, gefolgt von zwei aufeinanderfolgenden trial-weight Durchläufe – einen für jede Ebene. Drei Durchläufe sind das theoretische Minimum, das ein Zwei-Ebenen-System noch vollständig beschreibt, weshalb sich diese Methode im Feldeinsatz als Standard etabliert hat.
Es bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Präzision und Effizienz, da weniger Maschinenstarts und -stopps erforderlich sind als bei der Vier-Lauf-Methode und dabei dennoch genügend Daten zu sammeln, um wirksame Korrekturen für die große Mehrheit der industriellen Bilanzierung tasks.
1. Das Drei-Durchlauf-Verfahren, Schritt für Schritt
Das Verfahren folgt einem einfachen, systematischen Ablauf. Bei jedem Durchlauf werden die Schwingungen an jedem der beiden Lager als Vektor – sowohl Amplitude als auch Phase – erfasst, da beide Informationen erforderlich sind, um die Unwucht nicht nur zu quantifizieren, sondern auch zu lokalisieren.
Durchlauf 1 – Ausgangsmessung
Die Maschine läuft bei ihrer Auswuchtdrehzahl in ihrem unausgewuchteten, originalen Zustand. Vibration wird an beiden Lagerstellen (Lager 1 und Lager 2) gemessen und aufgezeichnet Amplitude und Phasenwinkel. Diese stellen die Schwingungsvektoren dar, die durch die ursprüngliche Unwuchtverteilung erzeugt werden.
- Messen Sie an Lager 1: Amplitude A₁, Phase θ₁
- Messen Sie an Lager 2: Amplitude A₂, Phase θ₂
- Zweck: legt die Ausgangsbedingungen (O₁ und O₂) fest, die korrigiert werden müssen
Durchlauf 2 – Probegewicht in Korrekturebene 1
Die Maschine wird angehalten und ein bekanntes Testgewicht (T₁) wird vorübergehend an einer genau markierten Winkelposition in der ersten Korrekturebene (normalerweise in der Nähe von Lager 1) angebracht. Die Maschine wird mit der gleichen Geschwindigkeit neu gestartet und die Vibration an beiden Lagern erneut gemessen.
- Hinzufügen: Prüfgewicht T₁ im Winkel α₁ in Ebene 1
- Messen Sie an Lager 1: neuer Vektor (O₁ + Wirkung von T₁)
- Messen Sie an Lager 2: neuer Vektor (O₂ + Einfluss von T₁)
- Zweck: zeigt, wie sich ein Gewicht in Ebene 1 auf die Schwingungen an beiden Lagern auswirkt
Das Gerät berechnet die Einflusskoeffizienten für Ebene 1, indem die Ausgangswerte von diesen neuen Werten abgezogen werden.
Durchlauf 3 – Testgewicht in Korrekturebene 2
Das erste Probegewicht wird entfernt und ein zweites Probegewicht (T₂) an einer markierten Stelle in der zweiten Ebene (in der Regel in der Nähe von Lager 2) angebracht. Bei einem weiteren Durchlauf werden die Schwingungen an beiden Lagern erneut aufgezeichnet.
- Entfernen: Probegewicht T₁ aus Ebene 1
- Hinzufügen: Probegewicht T₂ im Winkel α₂ in Ebene 2
- Messen Sie an Lager 1: neuer Vektor (O₁ + Wirkung von T₂)
- Messen Sie an Lager 2: neuer Vektor (O₂ + Einfluss von T₂)
- Zweck: zeigt, wie sich ein Gewicht in Ebene 2 auf die Schwingungen an beiden Lagern auswirkt
Das Instrument verfügt jetzt über einen vollständigen Satz von vier Einflusskoeffizienten, die beschreiben, wie sich jede Ebene auf jedes Lager auswirkt.
2. Berechnung der Korrekturgewichte
Nachdem die drei Durchläufe abgeschlossen sind, führt die Auswuchtsoftware folgende Schritte durch Vektormathematik um die Korrekturgewichte zu berechnen.
Die Einflusskoeffizientenmatrix
Aus den drei Durchläufen werden vier Koeffizienten ermittelt:
- α₁₁: Wie sich Ebene 1 auf Lager 1 auswirkt (primäre Auswirkung)
- α₁₂: Wie sich Ebene 2 auf Lager 1 auswirkt (Querkopplung)
- α₂₁: Wie sich Ebene 1 auf Lager 2 auswirkt (Querkopplung)
- α₂₂: Wie sich Ebene 2 auf Lager 2 auswirkt (primäre Auswirkung)
Das System lösen
Das Gerät löst zwei simultane Vektorgleichungen für W₁ (Korrektur für Ebene 1) und W₂ (Korrektur für Ebene 2):
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = −O₁ (um die Schwingung am Lager 1 auszugleichen)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = −O₂ (um die Schwingung am Lager 2 auszugleichen)
Die Lösung liefert sowohl die Masse als auch die Winkelposition, die für jedes Korrekturgewicht erforderlich sind. Fällt der berechnete Winkel auf ein Hindernis oder zwischen feste Flügelsitze, kann das Ergebnis mithilfe von aufgeteilte Korrektur.
Final steps
- Entfernen Sie beide Probegewichte.
- Bringen Sie die berechneten permanenten Korrekturgewichte in beiden Ebenen an.
- Führen Sie einen Prüfdurchlauf durch, um sicherzustellen, dass die Vibrationen auf ein akzeptables Maß gesunken sind.
- Führen Sie bei Bedarf eine Trimmbalance um das Ergebnis zu optimieren.
3. Vorteile der Drei-Durchlauf-Methode
Dank zahlreicher Vorteile haben sich drei Durchgänge als Industriestandard für die Bearbeitung mit zwei Ebenen etabliert.
Optimale Effizienz
Drei Durchläufe sind das Minimum, das erforderlich ist, um vier Einflusskoeffizienten zu ermitteln – einen Referenzlauf sowie einen Probelauf pro Ebene. Dadurch werden Ausfallzeiten minimiert, während dennoch das gesamte System charakterisiert wird.
Bewährte Zuverlässigkeit
Jahrzehntelange Praxiserfahrung zeigt, dass drei Durchläufe ausreichen, um zuverlässige Ausgleichsdaten für die überwiegende Mehrheit der Industriemaschinen zu liefern.
Zeit- und Kosteneinsparungen
Im Vergleich zur Vier-Durchlauf-Methode verkürzt der Wegfall eines Testdurchlaufs die Auswuchtzeit um etwa 20 %, was sich unmittelbar in geringeren Ausfallzeiten und niedrigeren Arbeitskosten niederschlägt.
Einfachere Ausführung
Weniger Durchläufe bedeuten weniger Arbeit mit Probegewichten, weniger Fehlerquellen und eine einfachere Datenverwaltung.
Für die meisten Anwendungen geeignet
Für typische Maschinen mit mäßiger Querkopplung und angemessener Auswuchttoleranzen, drei Durchläufe liefern durchweg erfolgreiche Ergebnisse.
4. Wann sollte die Drei-Durchlauf-Methode angewendet werden?
Die Drei-Durchlauf-Methode eignet sich für:
- Routinemäßiges industrielles Auswuchten: Motoren, Ventilatoren, Pumpen, Gebläse – der Großteil der rotierenden Maschinen.
- Mäßige Genauigkeitsanforderungen: Auswuchtgüteklassen von G 2,5 bis G 16, definiert nach dem modernen ISO 21940-11 (die die seit langem bekannte Norm ISO 1940-1 abgelöst hat).
- Anwendungen zur Feldauswuchtung: In-situ-Auswuchten wo es darauf ankommt, Ausfallzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.
- Stabile mechanische Systeme: Geräte in gutem Zustand mit linearem Ansprechverhalten.
- Standard-Rotorgeometrien: starre Rotoren mit einem typischen Längen-Durchmesser-Verhältnis.
5. Einschränkungen und wann man es nicht verwenden sollte
In manchen Fällen reichen drei Durchläufe nicht aus.
Wann die Vier-Durchlauf-Methode vorzuziehen ist
- Hohe Präzision: sehr enge Toleranzen (G 0,4 bis G 1,0), bei denen sich die zusätzliche Linearitätsprüfung durch einen vierten Durchlauf auszahlt.
- Starke Kreuzkopplung: Ebenen, die sehr nahe beieinander liegen, oder stark asymmetrisch Steifheit.
- Unbekannte Systemmerkmale: Erstmaliges Auswuchten ungewöhnlicher oder kundenspezifischer Ausrüstung
- Problemmaschine: Geräte, die Anzeichen für ein nichtlineares Verhalten oder mechanische Mängel aufweisen.
Wenn eine einzige Ebene ausreichen könnte
- Schmale Scheibenrotoren, bei denen die dynamische Unwucht minimal ist.
- Fälle, in denen nur an einer Lagerstelle erhebliche Schwingungen auftreten.
6. Vergleich mit anderen Methoden
Drei-Durchlauf-Methode vs. Vier-Durchlauf-Methode
| Aspekt | Drei-Run | Vier-Run |
|---|---|---|
| Anzahl der Läufe | 3 (Anfangslauf + 2 Probeläufe) | 4 (Anfangslauf + 2 Probeläufe + kombiniert) |
| Time required | Kürzer | ~20% länger |
| Linearitätsprüfung | Nein | Ja (Durchlauf 4 bestätigt) |
| Typische Anwendungen | Routinemäßige Industriearbeit | Hochpräzise, kritische Ausrüstung |
| Genauigkeit | Gut | Exzellent |
| Komplexität | Untere | Höher |
Drei-Durchlauf-Methode vs. Ein-Ebenen-Methode
Die Drei-Lauf-Methode unterscheidet sich grundlegend von Ein-Ebenen-Auswuchten, das nur zwei Läufe verwendet (Anfangslauf und ein Versuch), aber nur eine Ebene korrigieren kann und nicht adressieren kann Momentenunwucht. Immer wenn ein Rotor so lang ist, dass seine beiden Enden die Unwucht unabhängig voneinander aufweisen können, ist eine Zwei-Ebenen-Auswuchtung – und damit die Drei-Durchlauf-Methode – erforderlich.
7. Bewährte Methoden für den Erfolg
Auswahl des Probegewichts
- Wählen Sie Probegewichte, die eine Änderung der Schwingungsamplitude um 25–50 % bewirken.
- Zu klein: Schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis und Berechnungsfehler
- Zu groß: Risiko einer nichtlinearen Reaktion oder unsicherer Schwingungspegel
- Verwenden Sie in beiden Ebenen ähnliche Größen, um eine gleichbleibende Messqualität zu gewährleisten. A Probegewichtsrechner liefert eine fundierte erste Schätzung auf der Grundlage von Rotormasse und -drehzahl.
Betriebliche Konsistenz
- Halten Sie bei allen drei Durchläufen genau dieselbe Drehzahl ein.
- Lassen Sie bei Bedarf zwischen den Durchläufen eine thermische Stabilisierung zu.
- Halten Sie die Prozessbedingungen – Durchfluss, Druck, Temperatur – konstant.
- Verwenden Sie identische Sensorpositionen und Befestigungsmethoden.
Data quality
- Nehmen Sie pro Durchlauf mehrere Messwerte auf und bilden Sie den Mittelwert daraus.
- Stellen Sie sicher, dass die Phasenmessungen konsistent und wiederholbar sind.
- Überprüfen Sie, ob die Testgewichte deutlich messbare Veränderungen bewirken
- Achten Sie auf Anomalien, die auf Messfehler hindeuten.
Einbaugenauigkeit
- Markieren und überprüfen Sie die Winkelpositionen der Probegewichte sorgfältig.
- Stellen Sie sicher, dass die Probegewichte fest sitzen und sich während des Betriebs nicht verschieben können.
- Bringen Sie die endgültigen Korrekturgewichte mit derselben Sorgfalt an.
- Überprüfen Sie vor dem Testlauf noch einmal die Massen und Winkel.
8. Behebung häufiger Probleme
Schlechte Ergebnisse nach der Korrektur
Mögliche Ursachen:
- Korrekturgewichte im falschen Winkel oder mit falscher Masse eingebaut
- Zwischen Probelauf und Korrektureinbau veränderte Betriebsbedingungen
- Mechanische Probleme — Lockerheit, Fehlausrichtung — vor dem Auswuchten nicht berücksichtigt.
- Nichtlineares Systemverhalten.
Probegewichte führen zu einer geringen Reaktion
Lösungen:
- Verwenden Sie größere Testgewichte oder platzieren Sie diese in einem größeren Radius
- Überprüfen Sie die Befestigung des Sensors und die Signalqualität.
- Überprüfen Sie, ob die Betriebsdrehzahl korrekt ist.
- Überlegen Sie, ob das System sehr hohe Dämpfung oder eine geringe Ansprechempfindlichkeit.
Uneinheitliche Messungen
Lösungen:
- Planen Sie mehr Zeit für die thermische und mechanische Stabilisierung ein.
- Sensorbefestigung verbessern – Gewindestifte statt Magnete.
- Von externen Schwingungsquellen isolieren.
- Beheben Sie mechanische Probleme, die zu unterschiedlichem Verhalten führen
9. Die Drei-Lauf-Methode im Feld
Da für diese Methode keine Auswuchtmaschine und nur wenige Startvorgänge erforderlich sind, eignet sich die Drei-Durchlauf-Methode ideal für den Einsatz vor Ort mit einem tragbaren Messgerät. Ein Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A misst Amplitude und Phase an beiden Lagern durch einen Durchlauf pro Ebene, berechnet die Einflusskoeffizienten automatisch und gibt die Masse und den Winkel für jedes Korrekturgewicht zurück – anschließend überprüft es die Restunwucht im Vergleich zur gewählten Auswuchtgüteklasse nach ISO 21940-11, sobald die Gewichte angebracht sind. Da der Rotor in den eigenen Lagern der Maschine bei Betriebsdrehzahl läuft, erfasst er die tatsächlichen Betriebsbedingungen, denen er ausgesetzt sein wird – und genau das macht die Drei-Lauf-Methode so zuverlässig bei Feldauswuchten.
