Dynamisches Auswuchten vor Ort

Teil I: Theoretische und regulatorische Grundlagen des dynamischen Ausgleichs

Das dynamische Feldauswuchten ist eine der Schlüsseloperationen bei der Schwingungsinbetriebnahme und der zustandsorientierten Instandhaltung mit dem Ziel, die Lebensdauer von Industrieanlagen zu verlängern und Havariesituationen vorzubeugen. Der Einsatz tragbarer Geräte wie des Balanset-1A ermöglicht es, diese Arbeiten direkt am Einsatzort durchzuführen und dadurch Stillstandszeiten und mit der Demontage verbundene Kosten zu minimieren. Ein erfolgreiches Auswuchten erfordert jedoch nicht nur die Fähigkeit, mit dem Gerät zu arbeiten, sondern auch ein tiefes Verständnis der der Schwingung zugrunde liegenden physikalischen Prozesse sowie Kenntnisse des Regelwerks, das die Qualität der Arbeiten bestimmt.

Das methodische Prinzip basiert auf dem Anbringen von Probegewichten und der Berechnung von Einflusskoeffizienten der Unwucht. Vereinfacht ausgedrückt misst das Gerät die Schwingung (Amplitude und Phase) eines rotierenden Rotors. Anschließend bringt der Bediener nacheinander kleine Probegewichte in bestimmten Ebenen an, um den Einfluss der zusätzlichen Masse auf die Schwingung zu „kalibrieren“. Basierend auf den Änderungen der Schwingungsamplitude und -phase berechnet das Gerät automatisch die erforderliche Masse und den Anbringungswinkel der Ausgleichsgewichte, um die Unwucht zu beseitigen.

Dieser Ansatz implementiert das sogenannte Drei-Lauf-Methode Für das Auswuchten in zwei Ebenen: eine Anfangsmessung und zwei Läufe mit Probegewichten (je eines in jeder Ebene). Für das Auswuchten in einer Ebene genügen in der Regel zwei Läufe – einer ohne Gewicht und einer mit einem Probegewicht. Moderne Messgeräte führen alle notwendigen Berechnungen automatisch durch, was den Prozess deutlich vereinfacht und die Anforderungen an die Qualifikation des Bedieners 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

Statische Unwucht (Einzelebene): Bei dieser Art der Unwucht ist die zentrale Hauptträgheitsachse des Rotors parallel zur Rotationsachse verschoben — der Massenschwerpunkt ist radial von der Rotationsachse versetzt. Im statischen Zustand dreht sich ein solcher Rotor, der auf horizontalen Schneiden (parallelen Laufschienen) gelagert ist, stets mit der schweren Seite nach unten. Die statische Unwucht ist bei dünnen, scheibenförmigen Rotoren dominant, bei denen das Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) unter etwa 0,5 liegt, zum Beispiel bei Schleifscheiben oder schmalen Lüfterlaufrädern. Die statische Unwucht lässt sich durch Anbringen eines Ausgleichsgewichts in einer Ausgleichsebene, diametral gegenüber der schweren Stelle, beseitigen — ein Einebenen-Ansatz, der bei moderaten Drehzahlen (etwa unter 1000 U/min) gültig ist; schnelllaufende schmale Scheiben erfordern weiterhin ein Zweiebenen-Auswuchten.

Momentenunwucht (Kräftepaar-Unwucht): Dieser Typ tritt auf, wenn die Hauptträgheitsachse des Rotors die Rotationsachse im Schwerpunkt schneidet, aber nicht parallel zu ihr verläuft. Eine Momentenunwucht (Paarunwucht) lässt sich als zwei betragsmäßig gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Unwuchtmassen 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.

Dynamische Unwucht: Dies ist die häufigste Unwuchtart unter realen Bedingungen und stellt eine Kombination aus statischer Unwucht und Momentenunwucht 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 die Lösung dieses Problems 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.

Vor Beginn der Arbeiten ist es äußerst wichtig, den Rotor zu klassifizieren, indem seine Betriebsdrehzahl mit bekannten (oder berechneten) kritischen Frequenzen korreliert wird. Lässt sich die Resonanz nicht umgehen, empfiehlt es sich, die Montagebedingungen des Rotors während des Auswuchtens vorübergehend zu verändern, um die Resonanz zu verschieben.

Abschnitt 1.2: Regulatorischer Rahmen: ISO-Normen

Normen im Bereich des Auswuchtens erfüllen mehrere wichtige Funktionen: Sie legen eine einheitliche technische Terminologie fest, definieren Qualitätsanforderungen und dienen vor allem als Grundlage für einen Kompromiss zwischen technischer Notwendigkeit und wirtschaftlicher Machbarkeit.

ISO 21940-11 (früher ISO 1940-1): Qualitätsanforderungen für das Auswuchten starrer Rotoren

Diese Norm ist das grundlegende Dokument zur Bestimmung der zulässigen Restunwucht. Sie führt den Begriff der Wuchtgütestufe (G) ein, die ausschließlich nach Maschinentyp gewählt wird. Die Drehzahl kommt erst später ins Spiel, wenn die Stufe in eine zulässige spezifische Unwucht umgerechnet wird: e_pro = (G × 9549) / n.

Güteklasse G: Jeder Gerätetyp entspricht einer bestimmten Gütestufe, die unabhängig von der Drehzahl konstant bleibt. Beispielsweise wird die Stufe G6.3 für Ventilatoren, Pumpen und Elektromotoren für allgemeine Zwecke empfohlen, G16 für Brecher und Landmaschinen und G2.5 für Turbinen und Turboverdichter.

Berechnung der zulässigen Restunwucht (U_pro): Die Norm ermöglicht die Berechnung eines spezifischen zulässigen Unwuchtwerts, der während des Auswuchtens als Zielvorgabe dient. Die Berechnung erfolgt in drei Schritten:

1. Ermittlung der zulässigen spezifischen Unwucht (e_pro) mit der Formel:
   ezul = (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:
   Uzul = ezul × M
   wobei M die Rotormasse in kg ist. Die Maßeinheit für U_pro beträgt g·mm.
3. Aufteilung von U_pro zwischen den beiden Korrekturebenen. Bei einem symmetrischen Rotor teilen Sie sie 50/50 auf (im Beispiel unten: 19,9 g·mm pro Ebene). Bei einem asymmetrischen Rotor zwischen den Lagern: U_links = U_pro × (b/L), U_rechts = U_pro × (a/L), wobei a und b die Abstände vom Massenschwerpunkt zum linken und rechten Lager sind und L = a + b. Fliegend gelagerte Rotoren erfordern eine momentbasierte Neuberechnung mit einer engeren Toleranz für die fliegende Ebene. Balanset-1A führt diese Aufteilung automatisch durch und zeigt die Restunwucht je Ebene (D1, D2) neben der Auswuchttoleranz auf dem Reiter Result an.

ISO 20806:2009: Kriterien und Schutzmaßnahmen für das Auswuchten vor Ort von mittleren und großen Rotoren

Diese Norm regelt direkt den Betriebsauswuchtprozess.

Vorteile: Der Hauptvorteil des Auswuchtens vor Ort besteht darin, dass der Rotor unter realen Betriebsbedingungen, auf seinen Lagern und unter Betriebslast ausgewuchtet wird. Dadurch werden die dynamischen Eigenschaften des Lagersystems und der Einfluss angeschlossener Wellenstrangkomponenten automatisch berücksichtigt.

Nachteile und Einschränkungen:

• 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.
• Schwierigkeiten bei starker Unwucht: 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.

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

Der Erfolg des Auswuchtens hängt ganz überwiegend von der Gründlichkeit der Vorbereitungsarbeiten ab. Die meisten Fehlschläge liegen nicht an einer Fehlfunktion des Geräts, sondern daran, dass Faktoren, die die Reproduzierbarkeit der Messung beeinflussen, ignoriert werden. Das wichtigste Vorbereitungsprinzip besteht darin, alle anderen möglichen Schwingungsquellen auszuschließen, sodass das Gerät nur die Wirkung der Unwucht misst.

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

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

Vor dem Auswuchten empfiehlt sich eine Vormessung der Schwingungen im Vibrometermodus. Die Balanset-1A-Software verfügt über einen "Schwingungsmesser"-Modus (Taste F5), in dem Sie vor dem Anbringen von Gewichten die Gesamtschwingung und separat die Komponente bei der Drehfrequenz (1×) messen können.

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 deutliche Spitzen bei anderen Frequenzen (z. B. 2x, 3x U/min) oder bei nicht-multiplen Frequenzen aufweist, deutet dies auf das Vorhandensein anderer Probleme hin, die vor dem Auswuchten beseitigt werden müssen.

Schritt 2: Umfassende mechanische Inspektion (Checkliste)

• Rotor: Reinigen Sie alle Rotoroberflächen gründlich von Schmutz, Rost und angebackenen Ablagerungen (verkrustetes Material). Schon eine geringe Menge Schmutz bei großem Radius erzeugt eine erhebliche Unwucht. Prüfen Sie, ob keine Elemente gebrochen sind oder fehlen.
• Lager: Prüfen Sie die Lagerbaugruppen auf übermäßiges Spiel, ungewöhnliche Geräusche und Überhitzung. Verschleißte Lager verhindern stabile Messwerte.
• Fundament und Rahmen: Stellen Sie sicher, dass das Gerät auf einem stabilen Fundament installiert ist. Prüfen Sie das Anzugsmoment der Ankerschrauben und ob der Rahmen frei von Rissen ist.
• Antrieb: Bei Riemenantrieben Riemenspannung und -zustand prüfen. Bei Kupplungsverbindungen Wellenausrichtung prüfen.
• Sicherheit: Stellen Sie sicher, dass alle Schutzvorrichtungen vorhanden und funktionsfähig sind.

Abschnitt 2.2: Einrichtung und Konfiguration des Geräts

Hardwareinstallation

Vibrationssensoren (Beschleunigungssensoren):

• Schließen Sie die Sensorkabel an die entsprechenden Geräteanschlüsse an (z. B. X1 und X2 beim Balanset-1A; bei neueren Revisionen sind die Anschlüsse mit Ch-1 und Ch-2 beschriftet).
• Installieren Sie die Sensoren auf den Lagergehäusen, möglichst nah am Rotor.
• Wichtigste Vorgehensweise: Um ein optimales Signal zu erhalten, sollten die Sensoren in Richtung der stärksten Vibrationen installiert werden. Verwenden Sie einen starken Magnetfuß oder eine Gewindebefestigung, um einen festen Kontakt zu gewährleisten.

Phasensensor (Laserdrehzahlmesser):

• Schließen Sie den Sensor an den speziellen Eingang an (X3 beim Balanset-1A; bei neueren Revisionen mit Tacho beschriftet).
• Bringen Sie ein kleines Stück reflektierendes Klebeband an der Welle oder einem anderen rotierenden Teil des Rotors an.
• Montieren Sie den Drehzahlmesser so, dass der Laserstrahl während der gesamten Umdrehung die Markierung gleichmäßig trifft.

Softwarekonfiguration (Balanset-1A)

• Starten Sie die Software und schließen Sie das USB-Schnittstellenmodul an (Administratorrechte sind nicht erforderlich).
• Wechseln Sie zum Auswuchtmodul (F7 - Balancing). Erstellen Sie einen neuen Datensatz für die auszuwuchtende Einheit.
• Wählen Sie den Auswuchttyp: 1-Ebene (statisch, Tab F2 - Single-plane) für schmale Rotoren oder 2-Ebenen (dynamisch, Tab F3 - Two-plane) für die meisten anderen Fälle.
• Definieren Sie Korrekturebenen: Wählen Sie Stellen am Rotor, an denen Korrekturgewichte sicher angebracht werden können.

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

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 Schwingungsamplituden- und Phasenwerte auf.

Lauf 1: Testgewicht in Ebene 1

• Stoppen Sie die Maschine.
• Auswahl des Probegewichts: Die Masse des Probegewichts sollte ausreichen, um eine deutliche Änderung der Schwingungsparameter zu bewirken (Amplitudenänderung von mindestens 20-30% ODER Phasenänderung von mindestens 20-30 Grad). Sie müssen die Startmasse nicht erraten: Nach Run 0 empfiehlt der First Trial Weight Estimator der Software sowohl die Masse des Probegewichts als auch dessen Anbringungswinkel ausgehend von der Tachometermarke, und das Programm warnt, wenn sich das angebrachte Gewicht als zu klein erweist.
• Probegewichtsmontage: Befestigen Sie das gewogene Probegewicht sicher in einem bekannten Radius in Ebene 1. Notieren Sie die Winkelposition.
• Starten Sie die Maschine mit der gleichen stabilen Geschwindigkeit.
• Führen Sie die zweite Messung durch.
• Halten Sie die Maschine an und das Probegewicht entfernen. Ist die Entfernung unpraktikabel, können Sie es installiert lassen - aktivieren Sie in der Software das Kontrollkästchen „Leave on rotor“, damit die Berechnung dies berücksichtigt.

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

• Wiederholen Sie genau das Verfahren ab Schritt 2, aber montieren Sie das Probegewicht in Ebene 2.
• Starten, messen, stoppen und das Probegewicht entfernen (oder lassen Sie es installiert und aktivieren das Kontrollkästchen „Leave on rotor“ wie bei Run 1).

Berechnung und Einbau von Ausgleichsgewichten

• Basierend auf den während der Probeläufe aufgezeichneten Vektoränderungen berechnet das Programm automatisch die Masse und den Einbauwinkel des Ausgleichsgewichts für jede Ebene.
• Der Einbauwinkel wird üblicherweise von der Position des Prüfgewichts in Rotordrehrichtung gemessen.
• Befestigen Sie die permanenten Korrekturgewichte sicher. Beachten Sie beim Schweißen, dass die Schweißnaht selbst ebenfalls Masse besitzt.

Run T (Trimm): Kontrollmessung und Feinauswuchtung

• 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 Vibrationen die Toleranzgrenze immer noch überschreiten, berechnet das Gerät eine kleine Feinkorrektur (Trimmkorrektur).
• Nach Fertigstellung sollten der Bericht und die Einflusskoeffizienten zur möglichen späteren Verwendung gespeichert werden.

Teil III: Erweiterte Problemlösung und Fehlerbehebung

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

Abschnitt 3.1: Diagnose und Überwindung von Messinstabilität

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 Messgerät ist nicht defekt. Es meldet korrekt, dass das Schwingungsverhalten des Systems instabil und unvorhersehbar ist.

Systematischer Diagnosealgorithmus:

• Mechanische Lockerheit: Dies ist die häufigste Ursache. Prüfen Sie den festen Sitz der Befestigungsschrauben des Lagergehäuses und der Rahmenankerschrauben. Prüfen Sie das Fundament und den Rahmen auf Risse.
• Lagerdefekte: Zu großes Lagerspiel in Wälzlagern oder Verschleiß der Lagerschale führen dazu, dass sich die Welle im Lager unkontrolliert bewegen kann.
• Prozessbedingte Instabilität:
  • Aerodynamik (Lüfter): Turbulente Luftströmung und Strömungsablösung an den Schaufeln können zu zufälligen Krafteinwirkungen führen.
  • Hydraulik (Pumpen): Durch Kavitation entstehen starke, zufällige hydraulische Stöße, die das periodische Signal der Unwucht überdecken.
  • Interne Massenbewegung (Brecher, Mühlen): Material kann sich im Inneren des Rotors neu verteilen und als "bewegliche Unwucht" wirken.
• Resonanz: Wenn die Betriebsdrehzahl sehr nahe an der Eigenfrequenz der Struktur liegt, verursachen bereits geringfügige Drehzahlschwankungen große Veränderungen in Schwingungsamplitude und -phase.
• Thermische Effekte: Beim Erwärmen der Maschine kann es durch die Wärmeausdehnung zu Wellenverbiegungen oder Ausrichtungsänderungen kommen.

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.

Verwendung des Schwingungsspektrums zur Differenzialdiagnose (in der Balanset-Software: F8 - Charts, Tab „F5-Spectrum (Hz)“):

• Schieflage der Welle: Hauptmerkmal – hohe Vibrationsspitze bei der doppelten Drehzahl. Charakteristisch ist eine hohe axiale Vibration.
• Wälzlagerdefekte: Äußert sich als hochfrequente Schwingung bei charakteristischen "Lager"-Frequenzen (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Beachten Sie, dass eine detaillierte Wälzlagerdiagnose außerhalb des Anwendungsbereichs des Balanset-1A liegt: Das Gerät misst die Schwinggeschwindigkeit im Band von 5-1000 Hz, der Sensor-Frequenzgang fällt oberhalb von etwa 550 Hz ab, und es gibt keine Hüllkurven-(Demodulations-)Analyse — verwenden Sie für diese Aufgabe einen speziellen Lageranalysator.
• Wellendurchbiegung: Äußert sich als hohe Spitze bei 1x-Drehzahl, oft begleitet von einer merklichen Komponente bei 2x-Drehzahl. Wird der Rotor auf einem Dorn ausgewuchtet, bietet die Software eine integrierte Rundlaufkompensation: die Messung F7 - Run Ecc (durchgeführt mit dem um 180 Grad auf dem Dorn gedrehten Rotor) zusammen mit der Option "Subtract mandrel runout from measurements", sodass Exzentrizität nicht mit Unwucht verwechselt wird.
• Elektrische Probleme (Elektromotoren): Durch die Asymmetrie des Magnetfelds können Schwingungen mit der doppelten Versorgungsfrequenz (100 Hz bei einem 50-Hz-Netz) verursacht werden.

Häufige Fehler beim Auswuchten und Tipps zur Vermeidung

• Auswuchten eines defekten oder verschmutzten Rotors: Vor dem Auswuchten immer den Zustand des Mechanismus prüfen.
• Probiergewicht zu klein: Streben Sie die 20-30%-Regel der Schwingungsänderung an.
• Inkonsistente Betriebsdrehzahl zwischen den Messläufen: Halten Sie während aller Messungen stets eine gleichbleibende Drehzahl ein.
• Phasen- und Markierungsfehler: Die Winkelbestimmung muss sorgfältig überwacht werden. Der Winkel des Korrekturgewichts wird üblicherweise von der Position des Probegewichts in Drehrichtung gemessen.
• Falsches Anbringen oder Verlust von Gewichten: Halten Sie sich strikt an die Methodik - entfernen Sie das Probegewicht nach dem Lauf, oder stellen Sie, falls es am Rotor verbleibt, sicher, dass das Kontrollkästchen „Leave on rotor“ aktiviert ist, damit die Berechnung dies berücksichtigt.

Auswuchtgüte-Normen

Hinweis: Die Gütezahl ist das Produkt e_pro·ω in mm/s. Die zulässige spezifische Unwucht selbst ist drehzahlabhängig: e_pro = (G × 9549) / n [μm]. Beispiel: G6.3 bei 1500 U/min ergibt e_pro = 40,1 μm; bei 3.000 U/min ergibt es 20,1 μm.

Teil IV: Häufig gestellte Fragen und Anwendungshinweise

Abschnitt 4.1: Allgemeine häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wann sollte ich die Ein-Ebenen- gegenüber der Zwei-Ebenen-Wuchtung verwenden?
Verwenden Sie das 1-Ebenen-(statische) Auswuchten für schmale, scheibenförmige Rotoren, bei denen das Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) unter etwa 0,5 liegt und die Drehzahl moderat ist (etwa unter 1000 U/min), wie Schleifscheiben oder schmale Lüfterlaufräder. Verwenden Sie das 2-Ebenen-(dynamische) Auswuchten für längliche Rotoren, für jedes L/D über etwa 0,5 sowie für schnelllaufende schmale Scheiben. Das Zweiebenen-Auswuchten korrigiert sowohl die statische Unwucht als auch die Momentenunwucht (Kräftepaar-Unwucht).

Was soll ich tun, wenn das Probegewicht eine gefährliche Zunahme der Vibrationen verursacht?
Die Maschine sofort anhalten. Dies deutet darauf hin, dass das Testgewicht zu nahe am bestehenden Schwerpunkt angebracht wurde und die Unwucht dadurch verstärkt wurde. Die Lösung besteht darin, das Testgewicht um 180 Grad von seiner ursprünglichen Position zu versetzen und die Messung zu wiederholen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Testgewicht eine entgegengesetzte Wirkung erzeugt, anstatt die bestehende Unwucht zu verstärken.

Kann ich gespeicherte Einflusskoeffizienten für eine andere Maschine verwenden?
Ja, aber nur, wenn die Maschinen absolut identisch sind – 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 Testläufe durchzuführen, um genaue Korrekturberechnungen zu gewährleisten.

Worin besteht der Unterschied zwischen statischer und dynamischer Unwucht?
Bei der statischen Unwucht ist die zentrale Hauptträgheitsachse des Rotors parallel zur Rotationsachse verschoben — der Massenschwerpunkt ist radial von der Achse versetzt —, und sie lässt sich ohne Drehen erkennen, indem der Rotor auf Schneidenlager gelegt wird. Die dynamische Unwucht ist eine Kombination aus statischer Unwucht und Momentenunwucht, bei der die Hauptträgheitsachse nicht mit der Rotationsachse übereinstimmt — sie zeigt sich erst während der Rotation und erfordert eine Zweiebenen-Korrektur.

Warum sind meine Auswuchtmesswerte instabil (schwankend)?
Instabile Messwerte deuten auf ein unvorhersehbares Schwingungsverhalten des Systems hin. Häufige Ursachen sind: mechanisches Spiel (lockere Schrauben, Risse), verschlissene Lager mit übermäßigem Spiel, Prozessinstabilität (Kavitation in Pumpen, Turbulenzen in Ventilatoren), Resonanz (Betriebsdrehzahl nahe der Eigenfrequenz), thermische Effekte während der Aufwärmphase oder Vibrationen benachbarter Anlagen. Beheben Sie diese Probleme, bevor Sie mit dem Auswuchten beginnen.

Was ist die Drei-Lauf-Methode beim Zwei-Ebenen-Auswuchten?
Das Drei-Lauf-Verfahren umfasst folgende Schritte: Lauf 0 – Ausgangsmessung ohne Testgewichte zur Ermittlung der Basisschwingung; Lauf 1 – Messung mit in Ebene 1 installiertem Testgewicht zur Bestimmung seines Einflusses; Lauf 2 – Messung mit in Ebene 2 verlegtem Testgewicht. Anhand dieser drei Datenpunkte berechnet das Gerät mithilfe des Einflusskoeffizienten die exakten Korrekturgewichte, die für beide Ebenen erforderlich sind.

Wie berechne ich die zulässige Restunwucht gemäß ISO 1940-1?
Berechnen Sie zunächst die zulässige spezifische Unwucht: e_pro = (G × 9549) / n, wobei G die Gütestufe ist (z. B. 2,5 für Turbinen, 6,3 für Ventilatoren) und n die Drehzahl in U/min ist. Berechnen Sie dann die zulässige Restunwucht: U_pro = e_pro × M, wobei M die Rotormasse in kg ist. Beispiel: Ein 5-kg-Rotor bei 3000 U/min mit G2.5: e_pro = (2,5 × 9.549)/3.000 = 7,96 μm, U_pro = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Welcher minimale Probegewichtseffekt ist für eine genaue Auswuchtung erforderlich?
Das Testgewicht sollte eine Änderung der Schwingungsamplitude um mindestens 20–30% ODER eine Änderung des Phasenwinkels um 20–30 Grad bewirken. Ist der Effekt zu gering, geht das Nutzsignal im Messrauschen unter, was zu ungenauen Korrekturberechnungen führt. Falls sich nichts ändert, erhöhen Sie die Masse des Testgewichts (innerhalb sicherer Grenzen), bis ein ausreichender Effekt erzielt wird.

Wie berücksichtige ich Passfedernuten? (ISO 8821, jetzt ISO 21940-32:2012)
Übliche Praxis ist die Verwendung eines „Halbkeils“ in der Wellen-Passfedernut beim Auswuchten ohne das Gegenstück, wie in ISO 21940-32:2012 (das ISO 8821 abgelöst hat) festgelegt. Dies gleicht die Masse des Teils der Passfeder aus, der die Nut in der Welle ausfüllt.

Abschnitt 4.2: Auswuchtleitfaden für bestimmte Gerätetypen

Industrieventilatoren und Saugzugventilatoren (ID-Ventilatoren):

• Problem: Am anfälligsten für Unwuchten aufgrund von Produktablagerungen an den Klingen oder abrasivem Verschleiß.
• Verfahren: Reinigen Sie das Laufrad vor Arbeitsbeginn stets gründlich. Achten Sie auf aerodynamische Kräfte, die zu Instabilität führen können.

Pumpen:

• Problem: Der Hauptfeind ist die Kavitation.
• Verfahren: Stellen Sie vor dem Auswuchten eine ausreichende Kavitationsreserve am Einlass (NPSHa) sicher. Prüfen Sie, ob die Saugleitung verstopft ist.

Brecher, Zerkleinerer und Mulcher:

• Problem: Extremer Verschleiß, Möglichkeit großer Unwuchtveränderungen durch Hammerbruch oder -verschleiß.
• Verfahren: Überprüfen Sie die Unversehrtheit und Befestigung der Funktionselemente. Gegebenenfalls ist eine zusätzliche Verankerung des Maschinenrahmens erforderlich.

Anker von Elektromotoren:

• Problem: Kann sowohl mechanische als auch elektrische Vibrationsquellen haben.
• Verfahren: Verwenden Sie das Schwingungsspektrum (F8 - Charts), um auf Schwingung bei der doppelten Netzfrequenz zu prüfen. Ihr Vorhandensein deutet auf eine elektrische Störung hin, nicht auf Unwucht.

Schlussfolgerung

Das dynamische Auswuchten von Rotoren vor Ort mithilfe tragbarer Messgeräte wie dem Balanset-1A ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Effizienz industrieller Anlagen. Der Erfolg dieses Verfahrens hängt jedoch weniger vom Messgerät selbst ab als vielmehr von der fachlichen Qualifikation und der Fähigkeit, systematisch vorzugehen.

Grundprinzipien:

• Die Vorbereitung bestimmt das Ergebnis: Eine gründliche Rotorreinigung, die Überprüfung des Lager- und Fundamentzustands sowie eine vorläufige Schwingungsdiagnostik sind zwingende Voraussetzungen für ein erfolgreiches Auswuchten.
• Die Einhaltung von Normen ist die Grundlage für Qualität: Die Anwendung der ISO 1940-1 wandelt subjektive Beurteilungen in objektive, messbare und rechtlich relevante Ergebnisse um.
• Das Gerät ist nicht nur ein Balancer, sondern auch ein Diagnosetool: Die Unmöglichkeit des Auswuchtens oder instabile Messwerte sind wichtige diagnostische Anzeichen, die auf ernstere Probleme hinweisen.
• Das Verständnis der Prozessphysik ist der Schlüssel zur Lösung nicht standardmäßiger Aufgaben: Die Kenntnis der Unterschiede zwischen starren und flexiblen Rotoren sowie das Verständnis des Resonanzeinflusses ermöglichen es den Fachleuten, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Die Befolgung der in diesem Leitfaden beschriebenen Empfehlungen ermöglicht es technischen Spezialisten nicht nur, typische Aufgaben erfolgreich zu bewältigen, sondern auch komplexe, nicht triviale Probleme der Vibration rotierender Maschinen effektiv zu diagnostizieren und zu lösen.