Teil I: Theoretische und regulatorische Grundlagen des dynamischen Ausgleichs

Das dynamische Auswuchten vor Ort ist eine der wichtigsten Maßnahmen in der Schwingungstechnik. Ziel ist es, die Lebensdauer von Industrieanlagen zu verlängern und Notfälle zu vermeiden. Der Einsatz tragbarer Geräte wie Balanset-1A ermöglicht die Durchführung dieser Arbeiten direkt am Einsatzort, wodurch Ausfallzeiten und Demontagekosten minimiert werden. Erfolgreiches Auswuchten erfordert jedoch nicht nur die Fähigkeit, mit dem Gerät zu arbeiten, sondern auch ein tiefes Verständnis der physikalischen Prozesse, die Schwingungen zugrunde liegen, sowie Kenntnisse der rechtlichen Rahmenbedingungen für die Arbeitsqualität.

Das methodische Prinzip basiert auf der Installation von Testgewichten und der Berechnung von Unwucht-Einflusskoeffizienten. Vereinfacht ausgedrückt misst das Gerät die Schwingung (Amplitude und Phase) eines rotierenden Rotors. Anschließend fügt der Benutzer nacheinander kleine Testgewichte in bestimmten Ebenen hinzu, um den Einfluss der zusätzlichen Masse auf die Schwingung zu „kalibrieren“. Basierend auf Änderungen der Schwingungsamplitude und -phase berechnet das Gerät automatisch die erforderliche Masse und den Installationswinkel der Korrekturgewichte, um die Unwucht zu kompensieren.

Dieser Ansatz implementiert die sogenannte Drei-Lauf-Methode für das Auswuchten in zwei Ebenen: eine Erstmessung und zwei Läufe mit Testgewichten (eines in jeder Ebene). Für das Auswuchten in einer Ebene reichen in der Regel zwei Läufe aus – ohne Gewicht und mit einem Testgewicht. In modernen Geräten werden alle notwendigen Berechnungen automatisch durchgeführt, was den Prozess erheblich vereinfacht und die Anforderungen an die Bedienerqualifikation reduziert.

Abschnitt 1.1: Physik der Unwucht: Detaillierte Analyse

Die Ursache jeder Vibration in rotierenden Maschinen ist die Unwucht. Unwucht ist ein Zustand, bei dem die Rotormasse relativ zu ihrer Rotationsachse ungleichmäßig verteilt ist. Diese ungleichmäßige Verteilung führt zur Entstehung von Zentrifugalkräften, die wiederum Vibrationen der Lager und der gesamten Maschinenstruktur verursachen. Die Folgen einer nicht behobenen Unwucht können verheerend sein: von vorzeitigem Verschleiß und Zerstörung der Lager bis hin zu Schäden am Fundament und der Maschine selbst. Für eine effektive Diagnose und Beseitigung von Unwuchten ist es notwendig, ihre Arten klar zu unterscheiden.

Arten von Unwucht

Aufbau einer Rotorauswuchtmaschine mit computergesteuertem Überwachungssystem zur Messung statischer und dynamischer Kräfte zur Erkennung von Unwuchten in rotierenden Elektromotorkomponenten.

Statische Unwucht (Einzelebene): Diese Art der Unwucht ist durch die Verschiebung des Rotorschwerpunkts parallel zur Rotationsachse gekennzeichnet. Im statischen Zustand dreht sich ein solcher Rotor, der auf horizontalen Prismen montiert ist, immer mit der schweren Seite nach unten. Statische Unwucht tritt vor allem bei dünnen, scheibenförmigen Rotoren auf, deren Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) kleiner als 0,25 ist, beispielsweise bei Schleifscheiben oder schmalen Lüfterrädern. Die Beseitigung statischer Unwucht ist durch die Installation eines Ausgleichsgewichts in einer Ausgleichsebene, diametral gegenüber dem schweren Punkt, möglich.

Unwucht des Drehmoments: Dieser Typ tritt auf, wenn die Hauptträgheitsachse des Rotors die Rotationsachse im Schwerpunkt schneidet, aber nicht parallel zu ihr verläuft. Eine Unwucht lässt sich als zwei gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Unwuchten in unterschiedlichen Ebenen darstellen. Im statischen Zustand befindet sich ein solcher Rotor im Gleichgewicht, und die Unwucht manifestiert sich erst während der Rotation in Form von „Schwingen“ oder „Taumeln“. Um dies auszugleichen, ist die Installation von mindestens zwei Korrekturgewichten in zwei unterschiedlichen Ebenen erforderlich, die ein kompensierendes Moment erzeugen.

Technisches Diagramm einer Prüfvorrichtung für den Rotor eines Elektromotors mit auf Präzisionslagern montierten Kupferwicklungen, die an eine elektronische Überwachungsausrüstung zur Messung der Rotationsdynamik angeschlossen sind.

Dynamische Unwucht: Dies ist die häufigste Unwuchtart unter realen Bedingungen und stellt eine Kombination aus statischer und gekoppelter Unwucht dar. In diesem Fall fällt die Hauptträgheitsachse des Rotors nicht mit der Rotationsachse zusammen und schneidet sie nicht im Massenmittelpunkt. Um die dynamische Unwucht zu beseitigen, ist eine Massenkorrektur in mindestens zwei Ebenen erforderlich. Zweikanalgeräte wie das Balanset-1A sind speziell für dieses Problem konzipiert.

Quasistatische Unwucht: Dies ist ein Sonderfall dynamischer Unwucht, bei dem die Hauptträgheitsachse die Rotationsachse schneidet, jedoch nicht im Schwerpunkt des Rotors. Dies ist ein subtiler, aber wichtiger Unterschied für die Diagnose komplexer Rotorsysteme.

Starre und flexible Rotoren: Entscheidender Unterschied

Eines der grundlegenden Konzepte beim Auswuchten ist die Unterscheidung zwischen starren und flexiblen Rotoren. Diese Unterscheidung bestimmt die Möglichkeit und Methodik eines erfolgreichen Auswuchtens.

Starrer Rotor: Ein Rotor gilt als starr, wenn seine Betriebsdrehzahl deutlich unter seiner ersten kritischen Frequenz liegt und er unter Einwirkung von Fliehkräften keine nennenswerten elastischen Verformungen (Auslenkungen) erfährt. Das Auswuchten eines solchen Rotors erfolgt typischerweise erfolgreich in zwei Ausgleichsebenen. Balanset-1A-Geräte sind in erster Linie für die Arbeit mit starren Rotoren konzipiert.

Flexibler Rotor: Ein Rotor gilt als flexibel, wenn seine Rotationsfrequenz nahe einer seiner kritischen Frequenzen liegt oder darüber liegt. In diesem Fall wird die elastische Wellenauslenkung vergleichbar mit der Schwerpunktverschiebung und trägt selbst erheblich zur Gesamtschwingung bei.

Der Versuch, einen flexiblen Rotor mit der Methode für starre Rotoren (in zwei Ebenen) auszuwuchten, führt häufig zum Scheitern. Der Einbau von Ausgleichsgewichten kann Vibrationen bei niedriger, subresonanter Drehzahl kompensieren, kann aber bei Erreichen der Betriebsdrehzahl, wenn sich der Rotor verbiegt, die Vibrationen verstärken, indem sie eine der Biegeschwingungsarten anregen. Dies ist einer der Hauptgründe, warum das Auswuchten trotz korrekter Ausführung des Geräts nicht funktioniert. Vor Arbeitsbeginn ist es äußerst wichtig, den Rotor durch Korrelation seiner Betriebsdrehzahl mit bekannten (oder berechneten) kritischen Frequenzen zu klassifizieren.

Wenn es nicht möglich ist, die Resonanz zu umgehen (z. B. wenn die Maschine eine feste Drehzahl hat, die mit der Resonanzdrehzahl übereinstimmt), empfiehlt es sich, während des Auswuchtens die Montagebedingungen der Einheit vorübergehend zu ändern (z. B. die Stützsteifigkeit zu lockern oder vorübergehend elastische Dichtungen einzubauen), um die Resonanz zu verschieben. Nach Beseitigung der Rotorunwucht und Wiederherstellung der normalen Schwingung kann die Maschine wieder in den Standardmontagezustand versetzt werden.

Abschnitt 1.2: Regulatorischer Rahmen: ISO-Normen

Normen im Bereich des Auswuchtens erfüllen mehrere wichtige Funktionen: Sie schaffen eine einheitliche Fachterminologie, definieren Qualitätsanforderungen und dienen vor allem als Grundlage für einen Kompromiss zwischen technischer Notwendigkeit und wirtschaftlicher Machbarkeit. Überhöhte Qualitätsanforderungen beim Auswuchten sind nachteilig, daher helfen Normen dabei, zu bestimmen, in welchem Umfang eine Unwuchtreduzierung sinnvoll ist. Darüber hinaus können sie in Vertragsbeziehungen zwischen Herstellern und Kunden zur Festlegung von Abnahmekriterien herangezogen werden.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Qualitätsanforderungen für das Auswuchten starrer Rotoren

Software für das tragbare Auswuchtgerät und Schwingungsmessgerät Balanset-1A. Rechner für die Auswuchttoleranz (ISO 1940)

Diese Norm ist das grundlegende Dokument zur Bestimmung der zulässigen Restunwucht. Sie führt das Konzept der Auswuchtgüteklasse (G) ein, die vom Maschinentyp und der Betriebsdrehzahl abhängt.

Güteklasse G: Jeder Gerätetyp entspricht einer bestimmten Qualitätsstufe, die unabhängig von der Drehzahl konstant bleibt. Beispielsweise wird für Brecher die Klasse G6.3 und für Elektromotoranker und Turbinen die Klasse G2.5 empfohlen.

Berechnung der zulässigen Restunwucht (U_pro): Die Norm ermöglicht die Berechnung eines bestimmten zulässigen Unwuchtwerts, der als Zielwert beim Auswuchten dient. Die Berechnung erfolgt in zwei Schritten:

1. Ermittlung der zulässigen spezifischen Unwucht (e_pro) mit der Formel:
   e_pro = (G × 9549) / n
   wobei G die Auswuchtgüteklasse (z. B. 2,5) und n die Betriebsdrehzahl in U/min ist. Die Maßeinheit für e_pro ist g·mm/kg oder μm.
2. Ermittlung der zulässigen Restunwucht (U_pro) für den gesamten Rotor:
   U_pro = e_pro × M
   wobei M die Rotormasse in kg ist. Die Maßeinheit für U_pro beträgt g·mm.

Beispielsweise würde die Berechnung für einen Elektromotorrotor mit einer Masse von 5 kg, der mit 3000 U/min in der Qualitätsklasse G2,5 betrieben wird, lauten:

e_pro = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (oder g·mm/kg).

U_pro = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Dies bedeutet, dass die Restunwucht nach dem Auswuchten 39,8 g·mm nicht überschreiten sollte.

Durch die Anwendung der Norm wird aus der subjektiven Einschätzung „Vibrationen sind noch zu hoch“ ein objektiv messbares Kriterium. Zeigt der von der Gerätesoftware generierte Abschlussbericht, dass die Restunwucht innerhalb der ISO-Toleranz liegt, gilt die Arbeit als qualitativ hochwertig ausgeführt, was den Ausführenden in Streitsituationen schützt.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Balancing vor Ort

Diese Norm regelt direkt den Betriebsauswuchtprozess.

Vorteile: Der Hauptvorteil des Auswuchtens vor Ort besteht darin, dass der Rotor unter realen Betriebsbedingungen auf seinen Stützen und unter Betriebslast ausgewuchtet wird. Dadurch werden automatisch die dynamischen Eigenschaften des Stützsystems und der Einfluss angeschlossener Wellenstrangkomponenten berücksichtigt, die auf einer Auswuchtmaschine nicht modelliert werden können.

Nachteile und Einschränkungen: Die Norm weist aber auch auf erhebliche Nachteile hin, die bei der Planung von Arbeiten berücksichtigt werden müssen.

• Eingeschränkter Zugriff: Oftmals ist der Zugang zu den Korrekturebenen einer zusammengebauten Maschine schwierig, was die Möglichkeiten zur Gewichtsinstallation einschränkt.
• Notwendigkeit von Probeläufen: Der Auswuchtvorgang erfordert mehrere Start-Stopp-Zyklen der Maschine, was aus Sicht des Produktionsprozesses und der Wirtschaftlichkeit nicht akzeptabel sein kann.
• Schwierigkeiten bei starkem Ungleichgewicht: Bei sehr großen anfänglichen Unwuchten kann es aufgrund von Einschränkungen bei der Auswahl der Ebene und der Ausgleichsgewichtsmasse vorkommen, dass die erforderliche Auswuchtqualität nicht erreicht wird.

Weitere relevante Standards

Der Vollständigkeit halber seien noch weitere Normen genannt, wie etwa die ISO 21940-Reihe (ersetzt ISO 1940), ISO 8821 (regelt die Berücksichtigung des Schlüsseleinflusses) und ISO 11342 (für flexible Rotoren).

Teil II: Praktischer Leitfaden zum Auswuchten mit Balanset-1A-Instrumenten

Der Erfolg des Auswuchtens hängt von der Gründlichkeit der Vorbereitung ab. Die meisten Fehler sind nicht auf Gerätefehler zurückzuführen, sondern auf das Ignorieren von Faktoren, die die Wiederholbarkeit der Messung beeinträchtigen. Das wichtigste Vorbereitungsprinzip besteht darin, alle anderen möglichen Vibrationsquellen auszuschließen, sodass das Gerät nur die Auswirkungen der Unwucht misst.

Abschnitt 2.1: Grundlage des Erfolgs: Vorab-Auswuchtdiagnose und Maschinenvorbereitung

Vor dem Anschließen des Instruments ist eine vollständige Diagnose und Vorbereitung des Mechanismus erforderlich.

Schritt 1: Primäre Schwingungsdiagnose (Liegt tatsächlich eine Unwucht vor?)

Vor dem Auswuchten ist es sinnvoll, eine vorläufige Schwingungsmessung im Vibrometermodus durchzuführen. Die Balanset-1A-Software verfügt über einen „Vibrationsmesser“-Modus (Taste F5), mit dem Sie die Gesamtschwingung und die Komponentenschwingung separat bei der Rotationsfrequenz (1×) messen können, bevor Sie Gewichte anbringen. Diese Diagnose hilft, die Art der Schwingung zu verstehen: Liegt die Amplitude der Hauptrotationsharmonischen nahe an der Gesamtschwingung, ist die dominante Schwingungsquelle höchstwahrscheinlich eine Rotorunwucht, und das Auswuchten ist effektiv. Außerdem sollten die Phasen- und Schwingungsmesswerte von Messung zu Messung stabil sein und sich nicht um mehr als 5-10% ändern.

Verwenden Sie das Instrument im Vibrometer- oder Spektrumanalysatormodus (FFT) zur vorläufigen Beurteilung des Maschinenzustands.

Klassisches Unwuchtzeichen: Das Schwingungsspektrum sollte von einer Spitze bei der Rotordrehzahl (Spitze bei 1x U/min-Frequenz) dominiert werden. Die Amplitude dieser Komponente in horizontaler und vertikaler Richtung sollte vergleichbar sein, und die Amplituden anderer Harmonischer sollten deutlich niedriger sein.

Anzeichen für andere Mängel: Wenn das Spektrum signifikante Spitzen bei anderen Frequenzen (z. B. 2x, 3x U/min) oder bei nicht-multiplen Frequenzen enthält, deutet dies auf das Vorhandensein anderer Probleme hin, die vor dem Auswuchten beseitigt werden müssen. Beispielsweise weist eine Spitze bei 2x U/min häufig auf eine Wellenfehlausrichtung hin.

Schritt 2: Umfassende mechanische Inspektion (Checkliste)

Rotor: Reinigen Sie alle Rotoroberflächen (Lüfterblätter, Brecherhämmer usw.) gründlich von Schmutz, Rost und anhaftenden Produkten. Schon geringe Schmutzmengen in großem Radius verursachen erhebliche Unwuchten. Überprüfen Sie, ob Elemente (Blätter, Hämmer) gebrochen oder fehlen oder lose Teile vorhanden sind.

Lager: Überprüfen Sie die Lagerbaugruppen auf übermäßiges Spiel, Fremdgeräusche und Überhitzung. Verschlissene Lager mit großem Spiel verhindern stabile Messwerte und machen ein Auswuchten unmöglich. Es ist notwendig, den Sitz der Rotorzapfen in den Lagerschalen und die Abstände zu überprüfen.

Fundament und Rahmen: Stellen Sie sicher, dass das Gerät auf einem stabilen Fundament installiert ist. Überprüfen Sie den festen Sitz der Ankerschrauben und achten Sie auf Risse im Rahmen. Ein „weicher Fuß“ (wenn eine Stütze nicht auf dem Fundament sitzt) oder eine unzureichende Steifigkeit der Stützstruktur führen zu Vibrationsenergieabsorption und instabilen, unvorhersehbaren Messwerten.

Fahren: Bei Riemenantrieben Riemenspannung und -zustand prüfen. Bei Kupplungsverbindungen die Wellenausrichtung. Eine Fehlausrichtung kann Vibrationen mit der doppelten Drehzahl verursachen, die die Messungen bei der Rotationsfrequenz verfälschen.

Sicherheit: Stellen Sie sicher, dass alle Schutzvorrichtungen vorhanden und funktionsfähig sind. Der Arbeitsbereich sollte frei von Fremdkörpern und Personen sein.

Abschnitt 2.2: Einrichtung und Konfiguration des Geräts

Die ordnungsgemäße Installation des Sensors ist der Schlüssel zum Erhalt genauer und zuverlässiger Daten.

Hardwareinstallation

Vibrationssensoren (Beschleunigungssensoren):

• Schließen Sie die Sensorkabel an die entsprechenden Instrumentenanschlüsse an (z. B. X1 und X2 für Balanset-1A).
• Installieren Sie Sensoren möglichst nah am Rotor an Lagergehäusen.
• Wichtig: Um ein maximales Signal (höchste Empfindlichkeit) zu erhalten, sollten Sensoren in der Richtung installiert werden, in der die Vibration am stärksten ist. Bei den meisten horizontal positionierten Maschinen ist dies die horizontale Richtung, da die Fundamentsteifigkeit in dieser Ebene in der Regel geringer ist. Verwenden Sie einen starken Magnetfuß oder eine Gewindehalterung, um einen festen Kontakt zu gewährleisten. Ein schlecht befestigter Sensor ist eine der Hauptursachen für falsche Daten.

Phasensensor (Laserdrehzahlmesser):

• Schließen Sie den Sensor an den speziellen Eingang (X3 für Balanset-1A) an.
• Befestigen Sie ein kleines Stück Reflektorband an der Welle oder einem anderen rotierenden Teil des Rotors. Das Band sollte sauber sein und einen guten Kontrast bieten.
• Montieren Sie den Drehzahlmesser auf seinem Magnetständer, sodass der Laserstrahl während der gesamten Umdrehung stabil auf die Markierung trifft. Stellen Sie sicher, dass das Instrument einen stabilen Wert für die Umdrehungen pro Minute (U/min) anzeigt.

Wenn der Sensor die Markierung „verfehlt“ oder zusätzliche Impulse ausgibt, müssen Sie entweder die Breite/Farbe der Markierung oder die Empfindlichkeit/den Winkel des Sensors korrigieren. Befinden sich beispielsweise glänzende Elemente auf dem Rotor, können diese mit mattem Klebeband abgedeckt werden, damit sie den Laser nicht reflektieren. Schützen Sie den Sensor bei Arbeiten im Freien oder in hell erleuchteten Räumen nach Möglichkeit vor direkter Lichteinstrahlung, da helles Licht den Phasensensor stören kann.

Softwarekonfiguration (Balanset-1A)

• Starten Sie die Software (als Administrator) und schließen Sie das USB-Schnittstellenmodul an.
• Gehen Sie zum Ausgleichsmodul. Erstellen Sie einen neuen Datensatz für die auszubalancierende Einheit und geben Sie deren Namen, Masse und andere verfügbare Daten ein.
• Wählen Sie den Auswuchttyp: 1-Ebene (statisch) für schmale Rotoren oder 2-Ebenen (dynamisch) für die meisten anderen Fälle.
• Korrekturebenen definieren: Wählen Sie Stellen am Rotor, an denen Korrekturgewichte sicher und zuverlässig installiert werden können (z. B. hintere Scheibe des Lüfterrads, spezielle Nuten auf der Welle).

Abschnitt 2.3: Auswuchtvorgang: Schritt-für-Schritt-Anleitung

Das Verfahren basiert auf der Einflusskoeffizientenmethode, bei der das Instrument „lernt“, wie der Rotor auf die Installation einer bekannten Masse reagiert. Balanset-1A-Instrumente automatisieren diesen Prozess.

Bei einem solchen Ansatz wird die sogenannte Drei-Lauf-Methode zum Auswuchten in zwei Ebenen implementiert: Erstmessung und zwei Läufe mit Testgewichten (eines in jeder Ebene).

Lauf 0: Erstmessung

• Starten Sie die Maschine und bringen Sie sie auf eine stabile Betriebsdrehzahl. Es ist äußerst wichtig, dass die Drehzahl bei allen nachfolgenden Läufen gleich bleibt.
• Starten Sie im Programm die Messung. Das Gerät zeichnet die anfänglichen Werte für die Amplitude und Phase der Schwingung auf (den sogenannten Anfangsvektor „O“).

Industrielles Motorprüfgerät mit kupferumwickeltem Rotor auf Präzisionslagern, ausgestattet mit einem computergesteuerten Überwachungssystem zur Analyse und Diagnose der elektrischen Leistung.

Softwareschnittstelle für dynamisches Auswuchten auf zwei Ebenen, die Schwingungsanalysedaten mit Zeitbereichswellenformen und Frequenzspektrumdiagrammen zur Diagnose rotierender Maschinen anzeigt.

Lauf 1: Testgewicht in Ebene 1

• Stoppen Sie die Maschine.
• Auswahl des Probegewichts: Dies ist je nach Bediener der kritischste Schritt. Die Masse des Testgewichts sollte ausreichen, um eine spürbare Änderung der Schwingungsparameter zu bewirken (Amplitudenänderung von mindestens 20–30% ODER Phasenänderung von mindestens 20–30 Grad). Ist die Änderung zu gering, ist die Berechnungsgenauigkeit gering. Dies liegt daran, dass das schwache Nutzsignal des Testgewichts im Systemrauschen (Lagerspiel, Strömungsturbulenzen) „untergeht“, was zu einer falschen Berechnung des Einflusskoeffizienten führt.
• Probegewichtsmontage: Befestigen Sie das gewogene Testgewicht (m_t) bei bekanntem Radius (r) in Ebene 1. Die Befestigung muss der Zentrifugalkraft standhalten. Notieren Sie die Winkelposition des Gewichts relativ zur Phasenmarkierung.
• Starten Sie die Maschine mit der gleichen stabilen Geschwindigkeit.
• Führen Sie die zweite Messung durch. Das Gerät zeichnet den neuen Schwingungsvektor („O+T“) auf.
• Stoppen Sie die Maschine und ENTFERNEN Sie das Testgewicht (sofern das Programm nichts anderes vorgibt).

3D-Darstellung eines Prüfaufbaus für den Rotor eines Elektromotors mit Kupferwicklungen, die auf einer Präzisionsauswuchtanlage montiert und zur Leistungsanalyse mit Diagnosesensoren und einem Laptop verbunden sind.

Softwareschnittstelle für dynamisches Auswuchten auf zwei Ebenen mit Vibrationsanalyse mit Zeitbereichswellenformen und Frequenzspektrum für das Auswuchten rotierender Maschinen bei ~2960 U/min.

Lauf 2: Testgewicht in Ebene 2 (für 2-Ebenen-Auswuchten)

• Wiederholen Sie den Vorgang ab Schritt 2 genau, installieren Sie diesmal jedoch das Testgewicht in Ebene 2.
• Starten, messen, stoppen und das Testgewicht ENTFERNEN.

Industrielles Motorprüfgerät mit auf Stützständern montierten Kupferwicklungen und Laptop-gesteuerter Diagnose zur Analyse der Leistung und Effizienz von Elektromotoren.

Schnittstelle einer dynamischen Auswuchtmaschine auf zwei Ebenen mit Ergebnissen der Schwingungsanalyse und Berechnungen der Massenkorrektur für rotierende Geräte sowie Messwerten der Restunwucht.

Berechnung und Einbau von Ausgleichsgewichten

• Basierend auf den während der Probeläufe aufgezeichneten Vektoränderungen berechnet das Programm automatisch die Masse und den Installationswinkel des Korrekturgewichts für jedes Flugzeug.
• Der Einbauwinkel wird üblicherweise von der Position des Prüfgewichts in Rotordrehrichtung gemessen.
• Fixieren Sie die Ausgleichsgewichte dauerhaft und sicher. Beachten Sie beim Schweißen, dass auch die Schweißnaht selbst Masse hat. Bei der Verwendung von Schrauben muss deren Masse berücksichtigt werden.

3D-gerendertes Modell einer großen elektromagnetischen Spule oder eines Motorstators, montiert auf einem Prüfgerät mit Kupferwicklungen und Überwachungsgeräten zur elektrischen Analyse und Leistungsbewertung.

Die Softwareschnittstelle der dynamischen Auswuchtmaschine zeigt die Ergebnisse des Auswuchtens in zwei Ebenen mit Korrekturmassen von 0,290 g und 0,270 g in bestimmten Winkeln an, um Vibrationen zu vermeiden.

Dynamische Auswuchtanalyse in zwei Ebenen mit Polardiagrammen zur Rotorkorrektur. Die Schnittstelle zeigt den erforderlichen Massenzuschlag (0,290 g bei 206° für Ebene 1, 0,270 g bei 9° für Ebene 2) an, um Vibrationen zu minimieren und das mechanische Gleichgewicht in rotierenden Maschinen zu erreichen.

Lauf 3: Kontrollmessung und Feinabgleich

• Starten Sie die Maschine erneut.
• Führen Sie eine Kontrollmessung durch, um das Ausmaß der Restvibration zu beurteilen.
• Vergleichen Sie den erhaltenen Wert mit der gemäß ISO 1940-1 berechneten Toleranz.
• Wenn die Vibration weiterhin die Toleranz überschreitet, berechnet das Gerät anhand der bereits bekannten Einflusskoeffizienten eine kleine Feinkorrektur (Trimmkorrektur). Installieren Sie dieses zusätzliche Gewicht und überprüfen Sie erneut. Normalerweise reichen ein oder zwei Feinausgleichszyklen aus.
• Speichern Sie nach Abschluss den Bericht und die Einflusskoeffizienten für eine mögliche zukünftige Verwendung auf ähnlichen Maschinen.

3D-Rendering einer Rotorbaugruppe eines Elektromotors auf einem Prüfgerät mit Kupferwicklungen mit grünen Diagnoseanzeigen und angeschlossenen Messgeräten zur Qualitätskontrollanalyse.

Softwareschnittstelle für dynamisches Auswuchten auf zwei Ebenen, die Ergebnisse von Schwingungsmessungen und Korrekturberechnungen für rotierende Maschinen anzeigt und Testmassen, Winkel und Werte für Restunwucht anzeigt.

Teil III: Erweiterte Problemlösung und Fehlerbehebung

Dieser Abschnitt ist den komplexesten Aspekten des Betriebsauswuchtens gewidmet – Situationen, in denen das Standardverfahren keine Ergebnisse liefert.

Beim dynamischen Auswuchten rotieren massive Teile. Daher ist die Einhaltung der Sicherheitsvorkehrungen von entscheidender Bedeutung. Nachfolgend sind die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen beim Auswuchten von Rotoren aufgeführt:

Sicherheitsmaßnahmen

Verhinderung eines versehentlichen Starts (Lockout/Tagout): Vor Arbeitsbeginn muss der Rotorantrieb stromlos geschaltet und getrennt werden. An den Startvorrichtungen sind Warnschilder angebracht, damit die Maschine nicht versehentlich gestartet wird. Das Hauptrisiko ist ein plötzlicher Rotorstart während der Gewichts- oder Sensorinstallation. Daher muss die Welle vor dem Einbau von Test- oder Korrekturgewichten zuverlässig gestoppt werden und ein unbeabsichtigter Start muss verhindert werden. Trennen Sie beispielsweise den automatischen Schalter des Motors und befestigen Sie ein Schloss mit einem Etikett oder entfernen Sie die Sicherungen. Erst wenn sichergestellt ist, dass der Rotor nicht spontan anläuft, können Sie mit der Gewichtsinstallation beginnen.

Persönliche Schutzausrüstung: Tragen Sie bei der Arbeit mit rotierenden Teilen die entsprechende persönliche Schutzausrüstung (PSA). Schutzbrille oder Gesichtsschutz sind zum Schutz vor herausgeschleuderten Kleinteilen oder Gewichten zwingend erforderlich. Handschuhe – falls erforderlich (sie schützen die Hände bei der Gewichtsmontage, bei Messungen ist es jedoch besser, ohne weite Kleidung und Handschuhe zu arbeiten, die sich an rotierenden Teilen verfangen können). Die Kleidung sollte eng anliegen und keine losen Kanten haben. Lange Haare sollten unter einer Kopfbedeckung versteckt werden. Tragen Sie Ohrstöpsel oder Kopfhörer – bei der Arbeit mit lauten Maschinen (z. B. kann das Auswuchten großer Ventilatoren mit starkem Lärm einhergehen). Wenn zur Gewichtsbefestigung geschweißt wird – tragen Sie zusätzlich eine Schweißmaske und Schweißhandschuhe und entfernen Sie brennbare Materialien.

Gefahrenbereich rund um die Maschine: Beschränken Sie den Zugang unbefugter Personen zum Auswuchtbereich. Während der Testläufe werden Absperrungen oder zumindest Warnbänder um die Anlage herum installiert. Der Gefahrenzonenradius beträgt mindestens 3–5 Meter, bei großen Rotoren sogar noch mehr. Während der Beschleunigung des Rotors darf sich niemand im Bereich rotierender Teile oder in der Nähe der Rotationsebene aufhalten. Seien Sie auf Notfälle vorbereitet: Der Bediener sollte einen Not-Aus-Schalter bereithalten oder sich in der Nähe des Netzschalters aufhalten, um die Anlage bei Fremdgeräuschen, übermäßigen Vibrationen oder herausgeschleudertem Gewicht sofort abzuschalten.

Zuverlässige Gewichtsbefestigung: Achten Sie beim Anbringen von Probe- oder permanenten Korrekturgewichten besonders auf deren Fixierung. Temporäre Probegewichte werden oft mit einer Schraube in ein vorhandenes Loch gesteckt oder mit starkem Klebeband/doppelseitigem Klebeband (bei kleinen Gewichten und niedrigen Geschwindigkeiten) aufgeklebt oder an einigen Stellen geheftet (wenn es sicher ist und das Material es zulässt). Permanente Korrekturgewichte müssen zuverlässig und langfristig befestigt werden: In der Regel werden sie geschweißt, mit Schrauben/Bolzen verschraubt oder an den erforderlichen Stellen wird Metall gebohrt (Masse entfernt). Es ist absolut verboten, ein schlecht befestigtes Gewicht (z. B. mit einem Magneten ohne Sicherung oder schwachem Kleber) während des Drehens auf dem Rotor zu belassen – ein herausgeschleudertes Gewicht wird zu einem gefährlichen Projektil. Berechnen Sie immer die Zentrifugalkraft: Selbst eine 10-Gramm-Schraube erzeugt bei 3000 U/min eine große Auswurfkraft, daher muss die Befestigung Überlastungen mit großem Spielraum standhalten. Prüfen Sie nach jedem Stopp, ob sich die Befestigung des Probegewichts gelöst hat, bevor Sie den Rotor erneut starten.

Elektrische Sicherheit der Geräte: Das Balanset-1A-Gerät wird normalerweise über den USB-Anschluss eines Laptops mit Strom versorgt, was sicher ist. Wenn der Laptop jedoch über einen Adapter an ein 220-V-Netz angeschlossen wird, sollten die allgemeinen elektrischen Sicherheitsmaßnahmen beachtet werden: Verwenden Sie eine funktionsfähige geerdete Steckdose, verlegen Sie Kabel nicht durch feuchte oder heiße Bereiche und schützen Sie die Geräte vor Feuchtigkeit. Es ist verboten, das Balanset-Gerät oder sein Netzteil zu zerlegen oder zu reparieren, während es an das Netzwerk angeschlossen ist. Alle Sensoranschlüsse dürfen nur im stromlosen Zustand des Geräts (USB-Anschluss getrennt oder Laptop-Stromversorgung entfernt) hergestellt werden. Bei instabiler Spannung oder starken elektrischen Störungen am Arbeitsplatz ist es ratsam, den Laptop über eine autonome Quelle (USV, Batterie) mit Strom zu versorgen, um Signalstörungen oder Geräteabschaltungen zu vermeiden.

Berücksichtigung der Rotoreigenschaften: Bei manchen Rotoren sind zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Achten Sie beispielsweise beim Auswuchten von Hochgeschwindigkeitsrotoren darauf, dass diese die zulässige Drehzahl nicht überschreiten (nicht „durchdrehen“). Hierzu können Drehzahlbegrenzungen verwendet oder die Drehzahl vorab überprüft werden. Flexible, lange Rotoren können beim Drehen kritische Drehzahlen erreichen – seien Sie darauf vorbereitet, die Drehzahl bei übermäßigen Vibrationen schnell zu reduzieren. Wird das Auswuchten an einer Einheit mit Arbeitsflüssigkeit (z. B. Pumpe, Hydrauliksystem) durchgeführt, achten Sie darauf, dass während des Auswuchtens keine Flüssigkeitszufuhr oder andere Laständerungen erfolgen.

Dokumentation und Kommunikation: Gemäß den Arbeitsschutzvorschriften ist es wünschenswert, speziell für Ihr Unternehmen Anweisungen zur sicheren Durchführung von Auswuchtarbeiten zu haben. Diese sollten alle aufgeführten und gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen (z. B. die Anwesenheit eines zweiten Beobachters, die Überprüfung der Werkzeuge vor Arbeitsbeginn usw.) enthalten. Machen Sie das gesamte an der Arbeit beteiligte Team mit diesen Anweisungen vertraut. Führen Sie vor Beginn der Experimente eine kurze Einweisung durch: Wer macht was, wann ist ein Stoppsignal zu signalisieren und welche konventionellen Zeichen sind zu geben. Dies ist besonders wichtig, wenn sich eine Person am Bedienfeld und eine andere an der Messeinrichtung befindet.

Die Einhaltung der aufgeführten Maßnahmen minimiert die Risiken beim Auswuchten. Denken Sie daran, dass Sicherheit wichtiger ist als die Auswuchtgeschwindigkeit. Es ist besser, mehr Zeit für Vorbereitung und Kontrolle aufzuwenden, als einen Unfall zuzulassen. In der Praxis sind Fälle bekannt, in denen die Missachtung von Regeln (z. B. schwache Gewichtsbefestigung) zu Unfällen und Verletzungen führte. Gehen Sie daher verantwortungsvoll an den Vorgang heran: Auswuchten ist nicht nur ein technischer, sondern auch ein potenziell gefährlicher Vorgang, der Disziplin und Aufmerksamkeit erfordert.

Abschnitt 3.1: Diagnose und Überwindung von Messinstabilitäten („schwebende“ Messwerte)

Symptom: Bei wiederholten Messungen unter identischen Bedingungen verändern sich die Amplituden- und/oder Phasenwerte deutlich („Float“, „Jump“). Eine Korrekturberechnung ist dadurch nicht mehr möglich.

Grundursache: Das Gerät weist keine Fehlfunktion auf. Es meldet präzise, dass die Schwingungsreaktion des Systems instabil und unvorhersehbar ist. Die Aufgabe des Spezialisten besteht darin, die Ursache dieser Instabilität zu finden und zu beseitigen.

Systematischer Diagnosealgorithmus:

• Mechanische Lockerheit: Dies ist die häufigste Ursache. Überprüfen Sie den Anzug der Lagergehäuse-Befestigungsschrauben und der Rahmenankerschrauben. Überprüfen Sie das Fundament oder den Rahmen auf Risse. Beseitigen Sie den Kippfuß.
• Lagerdefekte: Zu großes Innenspiel in Wälzlagern oder Verschleiß der Lagerschale führt zu chaotischen Bewegungen der Welle innerhalb der Halterung, was zu instabilen Messwerten führt.
• Prozessbedingte Instabilität:
  • Aerodynamik (Lüfter): Turbulente Luftströmungen und Strömungsablösungen an den Schaufeln können zu zufälligen Krafteinwirkungen auf das Laufrad führen.
  • Hydraulik (Pumpen): Kavitation – Bildung und Kollaps von Dampfblasen in Flüssigkeiten – erzeugt starke, zufällige hydraulische Stöße. Diese Stöße maskieren das periodische Signal der Unwucht vollständig und machen einen Ausgleich unmöglich.
  • Interne Massenbewegung (Brecher, Mühlen): Während des Betriebs kann sich Material im Rotor bewegen und neu verteilen, was als „mobile Unwucht“ wirkt.
• Resonanz: Liegt die Betriebsdrehzahl sehr nahe an der Eigenfrequenz der Struktur, führen selbst geringe Drehzahlschwankungen (50–100 U/min) zu enormen Änderungen der Schwingungsamplitude und -phase. Ein Auswuchten in der Resonanzzone ist nicht möglich. Um Resonanzspitzen zu ermitteln und eine davon entfernte Auswuchtdrehzahl zu wählen, ist ein Auslaufversuch (bei Stillstand der Maschine) erforderlich.
• Thermische Effekte: Beim Aufwärmen der Maschine kann es durch Wärmeausdehnung zu Wellenverbiegungen oder Ausrichtungsänderungen kommen, die zu Messwertabweichungen führen. Warten Sie, bis die Maschine einen stabilen Temperaturbereich erreicht hat, und führen Sie alle Messungen bei dieser Temperatur durch.
• Einfluss benachbarter Geräte: Starke Vibrationen benachbarter Maschinen können sich über den Boden übertragen und die Messung verfälschen. Isolieren Sie nach Möglichkeit das auszuwuchtende Gerät oder beseitigen Sie die Störquelle.

Abschnitt 3.2: Wenn Auswuchten nicht hilft: Identifizierung grundlegender Defekte

Symptom: Der Auswuchtvorgang wurde durchgeführt, die Messwerte sind stabil, aber die endgültige Vibration bleibt hoch. Oder das Auswuchten in einer Ebene verschlechtert die Vibration in einer anderen.

Grundursache: Erhöhte Vibrationen werden nicht durch eine einfache Unwucht verursacht. Der Bediener versucht, ein Geometrie- oder Komponentenfehlerproblem mit der Massenkorrekturmethode zu lösen. Ein erfolgloser Auswuchtversuch ist in diesem Fall ein erfolgreicher Diagnosetest, der beweist, dass das Problem nicht eine Unwucht ist.

Verwendung eines Spektrumanalysators zur Differentialdiagnose:

• Schieflage der Welle: Hauptsymptom: Hohe Vibrationsspitzen bei doppelter Drehzahl, oft begleitet von einer deutlichen Spitze bei einfacher Drehzahl. Charakteristisch sind auch hohe Axialvibrationen. Versuche, Fluchtungsfehler auszugleichen, sind zum Scheitern verurteilt. Lösung: Führen Sie eine sorgfältige Wellenausrichtung durch.
• Wälzlagerdefekte: Manifestiert sich als hochfrequente Schwingung im Spektrum bei charakteristischen „Lagerfrequenzen“ (BPFO, BPFI, BSF, FTF), die kein Vielfaches der Rotationsfrequenz sind. Die FFT-Funktion in Balanset-Instrumenten hilft beim Erkennen dieser Spitzen.
• Schaftbogen: Äußert sich als hoher Peak bei 1x U/min (ähnlich einer Unwucht), wird aber oft von einer spürbaren Komponente bei 2x U/min und einer starken axialen Vibration begleitet, sodass das Bild einer Kombination aus Unwucht und Fehlausrichtung ähnelt.
• Elektrische Probleme (Elektromotoren): Eine Asymmetrie des Magnetfelds (z. B. aufgrund von Rotorstabdefekten oder einer Exzentrizität des Luftspalts) kann zu Vibrationen mit der doppelten Netzfrequenz (100 Hz bei einem 50-Hz-Netz) führen. Diese Vibrationen lassen sich durch mechanisches Auswuchten nicht beseitigen.

Ein Beispiel für einen komplexen Ursache-Wirkungs-Zusammenhang ist Kavitation in einer Pumpe. Niedriger Eingangsdruck führt zum Sieden der Flüssigkeit und zur Bildung von Dampfblasen. Deren anschließender Zusammenbruch am Laufrad hat zwei Auswirkungen: 1) Erosionsverschleiß der Schaufeln, der mit der Zeit die Rotorwucht verändert; 2) starke, zufällige hydraulische Stöße, die breitbandiges Vibrationsrauschen erzeugen, das Nutzsignal der Unwucht vollständig überdecken und die Messwerte instabil machen. Die Lösung besteht nicht im Ausgleichen, sondern in der Beseitigung der hydraulischen Ursache: Überprüfung und Reinigung der Saugleitung, Sicherstellung eines ausreichenden Kavitationsspielraums (NPSH).

Häufige Fehler beim Auswuchten und Tipps zur Vermeidung

Beim Auswuchten von Rotoren, insbesondere im Feld, stoßen Anfänger häufig auf typische Fehler. Nachfolgend finden Sie häufige Fehler und Empfehlungen zu deren Vermeidung:

Auswuchten eines defekten oder verschmutzten Rotors: Einer der häufigsten Fehler besteht darin, einen Rotor auszuwuchten, der andere Probleme aufweist: verschlissene Lager, Spiel, Risse, anhaftender Schmutz usw. Infolgedessen ist die Unwucht möglicherweise nicht die Hauptursache für Vibrationen, und auch nach langen Versuchen bleiben die Vibrationen hoch. Tipp: Überprüfen Sie vor dem Auswuchten immer den Zustand des Mechanismus.

Probegewicht zu klein: Ein häufiger Fehler besteht darin, ein Testgewicht mit zu geringer Masse zu installieren. Dadurch geht sein Einfluss im Messrauschen unter: Die Phase verschiebt sich kaum, die Amplitude ändert sich nur um wenige Prozent und die Berechnung des Korrekturgewichts wird ungenau. Tipp: Halten Sie sich an die Schwingungsänderungsregel 20-30%. Manchmal ist es besser, mehrere Versuche mit unterschiedlichen Testgewichten durchzuführen (und dabei die erfolgreichste Option beizubehalten) – das Instrument lässt dies zu, Sie überschreiben lediglich das Ergebnis von Lauf 1. Beachten Sie auch: Die Verwendung eines zu großen Testgewichts ist ebenfalls unerwünscht, da dies die Halterungen überlasten kann. Wählen Sie ein Testgewicht mit einer solchen Masse, dass sich nach der Installation die 1-fache Schwingungsamplitude im Vergleich zum Original um mindestens ein Viertel ändert. Wenn Sie nach dem ersten Testlauf sehen, dass die Änderungen gering sind, erhöhen Sie mutig die Masse des Testgewichts und wiederholen Sie die Messung.

Nichteinhaltung der Regimekonstanz und Resonanzeffekte: Wenn sich der Rotor während des Auswuchtens zwischen verschiedenen Läufen mit deutlich unterschiedlichen Geschwindigkeiten dreht oder die Geschwindigkeit während der Messung „schwebt“, sind die Ergebnisse falsch. Wenn die Geschwindigkeit nahe an der Resonanzfrequenz des Systems liegt, kann das Schwingungsverhalten unvorhersehbar sein (große Phasenverschiebungen, Amplitudenstreuung). Der Fehler besteht darin, diese Faktoren zu ignorieren. Tipp: Halten Sie bei allen Messungen immer eine stabile und identische Rotationsgeschwindigkeit aufrecht. Wenn der Antrieb über einen Regler verfügt, stellen Sie feste Drehzahlen ein (z. B. genau 1500 U/min für alle Messungen). Vermeiden Sie das Durchlaufen strukturkritischer Geschwindigkeiten. Wenn Sie feststellen, dass die Phase von Lauf zu Lauf „springt“ und sich die Amplitude unter den gleichen Bedingungen nicht wiederholt, vermuten Sie Resonanz. Versuchen Sie in einem solchen Fall, die Geschwindigkeit um 10-15% zu verringern oder zu erhöhen und die Messungen zu wiederholen, oder ändern Sie die Steifigkeit der Maschineninstallation, um die Resonanz zu dämpfen. Die Aufgabe besteht darin, den Messbereich aus der Resonanzzone zu nehmen, sonst ist das Auswuchten bedeutungslos.

Phasen- und Markierungsfehler: Manchmal kommt der Benutzer bei Winkelmessungen durcheinander. Beispielsweise wird falsch angegeben, von wo aus der Gewichtsinstallationswinkel gezählt werden soll. Infolgedessen wird das Gewicht nicht dort installiert, wo das Instrument es berechnet hat. Tipp: Überwachen Sie die Winkelbestimmung sorgfältig. Bei Balanset-1A wird der Winkel des Korrekturgewichts normalerweise von der Position des Testgewichts in Drehrichtung gemessen. Das heißt, wenn das Instrument beispielsweise „Ebene 1: 45°“ anzeigt, bedeutet dies, dass von dem Punkt, an dem sich das Testgewicht befand, 45° in Drehrichtung gemessen werden. Beispielsweise bewegen sich die Uhrzeiger „im Uhrzeigersinn“ und der Rotor „im Uhrzeigersinn“, sodass 90 Grad dort liegen, wo sich auf dem Zifferblatt 3 Uhr befindet. Einige Instrumente (oder Programme) können die Phase von der Markierung aus oder in die andere Richtung messen – lesen Sie immer die spezifische Geräteanleitung. Um Verwirrung zu vermeiden, können Sie direkt auf dem Rotor markieren: Markieren Sie die Position des Testgewichts als 0°, geben Sie dann die Drehrichtung mit einem Pfeil an und messen Sie mit einem Winkelmesser oder einer Papierschablone den Winkel für das permanente Gewicht.

Achtung: Beim Auswuchten darf der Drehzahlmesser nicht verschoben werden. Er sollte immer auf den gleichen Punkt am Umfang ausgerichtet sein. Wurde die Phasenmarkierung verschoben oder der Phasensensor neu eingebaut, wird das gesamte Phasenbild gestört.

Falsches Anbringen oder Verlust von Gewichten: Es kommt vor, dass das Gewicht in der Eile schlecht festgeschraubt wurde und beim nächsten Start abfiel oder sich verschob. Dann sind alle Messungen dieses Laufs nutzlos und vor allem gefährlich. Oder ein anderer Fehler: Man vergisst, das Testgewicht zu entfernen, obwohl die Methode dies erfordert. Infolgedessen denkt das Gerät, es sei nicht da, obwohl es am Rotor verblieb (oder umgekehrt – das Programm erwartete, es zu belassen, aber Sie haben es entfernt). Tipp: Halten Sie sich strikt an die gewählte Methode – wenn vor der Installation des zweiten Gewichts das Entfernen des Testgewichts erforderlich ist, entfernen Sie es und vergessen Sie es nicht. Verwenden Sie eine Checkliste: „Testgewicht 1 entfernt, Testgewicht 2 entfernt“ – vergewissern Sie sich vor der Berechnung, dass sich keine zusätzlichen Massen auf dem Rotor befinden. Überprüfen Sie beim Anbringen von Gewichten immer deren Zuverlässigkeit. Verbringen Sie lieber 5 Minuten mehr mit Bohren oder Festziehen von Schrauben, als später nach dem herausgeschleuderten Teil zu suchen. Stellen Sie sich während des Drehens niemals in die Ebene eines möglichen Gewichtsabwurfs – dies ist eine Sicherheitsregel und gilt auch für den Fall eines Fehlers.

Keine Nutzung der Instrumentenfunktionen: Manche Bediener ignorieren unwissentlich nützliche Funktionen von Balanset-1A. Beispielsweise speichern sie keine Einflusskoeffizienten für ähnliche Rotoren und verwenden keine Ausrolldiagramme und den Spektrummodus, wenn das Gerät diese bereitstellt. Tipp: Machen Sie sich mit dem Gerätehandbuch vertraut und nutzen Sie alle Optionen. Balanset-1A kann Diagramme der Schwingungsänderungen während des Ausrollvorgangs erstellen (nützlich zur Resonanzerkennung), Spektralanalysen durchführen (hilft sicherzustellen, dass die 1×-Harmonische überwiegt) und sogar die relative Wellenschwingung durch berührungslose Sensoren messen, falls solche angeschlossen sind. Diese Funktionen können wertvolle Informationen liefern. Außerdem ermöglichen gespeicherte Einflusskoeffizienten das Auswuchten eines ähnlichen Rotors beim nächsten Mal ohne Testgewichte – ein Durchgang reicht aus und spart Zeit.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jeder Fehler leichter zu vermeiden als zu korrigieren ist. Sorgfältige Vorbereitung, genaue Einhaltung der Messmethode, Verwendung zuverlässiger Befestigungsmittel und die Anwendung der Instrumentenlogik sind der Schlüssel zum erfolgreichen und schnellen Auswuchten. Sollte etwas schiefgehen, zögern Sie nicht, den Vorgang zu unterbrechen, die Situation zu analysieren (ggf. mithilfe der Schwingungsdiagnose) und erst dann fortzufahren. Das Auswuchten ist ein iterativer Prozess, der Geduld und Genauigkeit erfordert.

Beispiel für Aufbau und Kalibrierung in der Praxis:

Stellen Sie sich vor, wir müssen die Rotoren zweier identischer Lüftungsgeräte auswuchten. Die Einrichtung des Geräts erfolgt für den ersten Ventilator: Wir installieren die Software, schließen Sensoren an (zwei auf Halterungen, optisch auf einem Ständer), bereiten den Ventilator für den Start vor (Gehäuse entfernen, Markierung anbringen). Wir führen die Auswuchtung des ersten Ventilators mit Testgewichten durch, das Gerät berechnet und schlägt Korrekturen vor – wir installieren diese und erreichen eine Schwingungsreduzierung auf Standardniveau. Anschließend speichern wir die Koeffizientendatei (über das Gerätemenü). Nun können wir diese Datei für den zweiten identischen Ventilator laden. Das Gerät fordert Sie auf, sofort einen Kontrolllauf durchzuführen (im Wesentlichen eine Messung von Lauf 0 für den zweiten Ventilator) und ermittelt anhand der zuvor geladenen Koeffizienten sofort die Massen und Winkel der Korrekturgewichte für den zweiten Ventilator. Wir installieren Gewichte, starten – und erzielen bereits beim ersten Versuch eine deutliche Schwingungsreduzierung, die in der Regel innerhalb der Toleranz liegt. Die Einrichtung des Geräts mit Speicherung der Kalibrierdaten auf der ersten Maschine ermöglichte somit eine drastische Verkürzung der Auswuchtzeit für die zweite Maschine. Sollte sich die Schwingung des zweiten Ventilators nicht auf Standardniveau reduzieren, können natürlich zusätzliche Zyklen mit Testgewichten einzeln durchgeführt werden, aber oft reichen bereits gespeicherte Daten aus.

Ausgewogene Qualitätsstandards

Teil IV: Häufig gestellte Fragen und Anwendungshinweise

Dieser Abschnitt fasst praktische Ratschläge zusammen und beantwortet Fragen, die sich Fachleuten unter Feldbedingungen am häufigsten stellen.

Abschnitt 4.1: Allgemeine häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wann sollte 1-Ebenen- und wann 2-Ebenen-Auswuchten verwendet werden?
Verwenden Sie 1-Ebenen-Auswuchten (statisch) für schmale, scheibenförmige Rotoren (L/D-Verhältnis < 0,25), bei denen die Unwucht des Drehmoments vernachlässigbar ist. Verwenden Sie für praktisch alle anderen Rotoren eine 2-Ebenen-Auswuchtung (dynamisch), insbesondere bei L/D > 0,25 oder Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten.

Was tun, wenn durch das Probegewicht eine gefährliche Vibrationserhöhung verursacht wird?
Stoppen Sie die Maschine sofort. Das bedeutet, dass das Testgewicht in der Nähe des vorhandenen Schwerlastpunkts angebracht wurde und die Unwucht verstärkt hat. Die Lösung ist einfach: Verschieben Sie das Testgewicht um 180 Grad von seiner ursprünglichen Position.

Können gespeicherte Einflusskoeffizienten für eine andere Maschine verwendet werden?
Ja, aber nur, wenn die andere Maschine absolut identisch ist – gleiches Modell, gleicher Rotor, gleiches Fundament, gleiche Lager. Jede Änderung der Struktursteifigkeit verändert die Einflusskoeffizienten und macht sie ungültig. Es empfiehlt sich, für jede neue Maschine immer neue Probeläufe durchzuführen.

Wie werden Passfedernuten berücksichtigt? (ISO 8821)
Standardmäßig (sofern in der Dokumentation nicht anders angegeben) wird beim Auswuchten ohne Gegenstück eine „Halbkeilfeder“ in der Wellennut verwendet. Dadurch wird die Masse des Teils der Passfeder kompensiert, der die Nut auf der Welle ausfüllt. Die Verwendung einer Vollkeilfeder oder das Auswuchten ohne Passfeder führt zu einer falsch ausgewuchteten Baugruppe.

Was sind die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen?

• Elektrische Sicherheit: Verwenden Sie ein Anschlussschema mit zwei sequentiellen Schaltern, um ein unbeabsichtigtes Durchgehen des Rotors zu verhindern. Wenden Sie beim Anbringen von Gewichten Lockout- und Tagout-Verfahren (LOTO) an. Arbeiten sollten unter Aufsicht durchgeführt und der Arbeitsbereich abgesperrt werden.
• Mechanische Sicherheit: Arbeiten Sie nicht in lockerer Kleidung mit flatternden Teilen. Stellen Sie vor dem Start sicher, dass alle Schutzvorrichtungen angebracht sind. Berühren Sie niemals rotierende Teile und versuchen Sie nicht, den Rotor manuell abzubremsen. Stellen Sie sicher, dass Ausgleichsgewichte so befestigt sind, dass sie nicht zu Geschossen werden.
• Allgemeine Produktionskultur: Sorgen Sie für Sauberkeit am Arbeitsplatz und verstopfen Sie die Gehwege nicht.

Abschnitt 4.2: Ausgleichsleitfaden für bestimmte Gerätetypen

Industrieventilatoren und Rauchabzüge:

• Problem: Am anfälligsten für Unwucht aufgrund von Produktablagerungen auf den Klingen (Massenzunahme) oder abrasivem Verschleiß (Masseverlust).
• Verfahren: Reinigen Sie das Laufrad vor Arbeitsbeginn immer gründlich. Das Auswuchten kann mehrere Schritte erfordern: zuerst das Laufrad selbst, dann die Montage mit der Welle. Achten Sie auf aerodynamische Kräfte, die Instabilität verursachen können.

Pumps:

• Problem: Der Hauptfeind ist die Kavitation.
• Verfahren: Vor dem Abgleich ist auf ausreichende Kavitationsreserve am Einlass (NPSHa) zu achten. Prüfen Sie, ob die Saugleitung oder der Filter verstopft sind. Bei charakteristischen „Kieselgeräuschen“ und instabiler Vibration ist zunächst das Hydraulikproblem zu beheben.

Brecher, Zerkleinerer und Mulcher:

• Problem: Extremer Verschleiß, Möglichkeit großer und plötzlicher Unwuchtänderungen durch Bruch oder Verschleiß des Hammers/Schlägers. Rotoren sind schwer und arbeiten unter hohen Stoßbelastungen.
• Verfahren: Überprüfen Sie die Integrität und Befestigung der Arbeitselemente. Aufgrund starker Vibrationen kann eine zusätzliche Verankerung des Maschinenrahmens am Boden erforderlich sein, um stabile Messwerte zu erhalten.

Anker von Elektromotoren:

• Problem: Kann sowohl mechanische als auch elektrische Vibrationsquellen haben.
• Verfahren: Verwenden Sie einen Spektrumanalysator, um auf Vibrationen bei der doppelten Netzfrequenz (z. B. 100 Hz) zu prüfen. Ihr Vorhandensein weist auf eine elektrische Fehlfunktion hin, nicht auf eine Unwucht. Für Gleichstrommotor-Anker und Induktionsmotoren gilt das standardmäßige dynamische Auswuchtverfahren.

Schlussfolgerung

Das dynamische Auswuchten von Rotoren vor Ort mit tragbaren Geräten wie dem Balanset-1A ist ein wirksames Mittel zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Effizienz des Betriebs von Industrieanlagen. Wie Analysen zeigen, hängt der Erfolg dieses Verfahrens jedoch weniger vom Gerät selbst als vielmehr von der fachlichen Qualifikation und der Fähigkeit zur systematischen Vorgehensweise ab.

Die wichtigsten Schlussfolgerungen dieses Leitfadens lassen sich auf mehrere grundlegende Prinzipien reduzieren:

Die Vorbereitung bestimmt das Ergebnis: Eine gründliche Rotorreinigung, die Überprüfung des Lager- und Fundamentzustands sowie eine vorläufige Schwingungsdiagnose zum Ausschluss anderer Defekte sind zwingende Voraussetzungen für ein erfolgreiches Auswuchten.

Die Einhaltung von Normen ist die Grundlage für Qualität und Rechtssicherheit: Die Anwendung der ISO 1940-1 zur Bestimmung der Restunwuchttoleranzen wandelt die subjektive Beurteilung in ein objektives, messbares und rechtlich bedeutsames Ergebnis um.

Das Gerät ist nicht nur ein Balancer, sondern auch ein Diagnosetool: Die Unfähigkeit, einen Mechanismus auszubalancieren oder eine Instabilität der Messwerte sind keine Gerätefehler, sondern wichtige Diagnosezeichen, die auf das Vorhandensein schwerwiegenderer Probleme wie Fehlausrichtung, Resonanz, Lagerdefekte oder technische Verstöße hinweisen.

Das Verständnis der Prozessphysik ist der Schlüssel zur Lösung nicht standardmäßiger Aufgaben: Das Wissen um die Unterschiede zwischen starren und flexiblen Rotoren sowie das Verständnis von Resonanzeinflüssen, thermischen Verformungen und technologischen Faktoren (z. B. Kavitation) ermöglichen es Spezialisten, in Situationen, in denen standardmäßige Schritt-für-Schritt-Anweisungen nicht funktionieren, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Effektives Auswuchten vor Ort ist daher eine Synthese aus präzisen Messungen mit modernen Instrumenten und einem tiefgreifenden analytischen Ansatz, der auf Kenntnissen der Schwingungstheorie, Normen und praktischer Erfahrung basiert. Die Befolgung der in diesem Leitfaden beschriebenen Empfehlungen ermöglicht es technischen Fachkräften nicht nur, typische Aufgaben erfolgreich zu bewältigen, sondern auch komplexe, nicht triviale Probleme der Schwingung rotierender Geräte effektiv zu diagnostizieren und zu lösen.