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Rotorauswuchtung: Theorie — ISO-Normen, Wuchtgüten G, Formeln und Berechnungen
Alles, was die Normen tatsächlich sagen, mit vorgerechneter Mathematik: was Unwucht in einfachen Worten ist, die Fliehkraft-Formel, statische vs. dynamische Unwucht, Schwinggeschwindigkeit RMS, Schwingungszonen nach ISO 10816 (einschließlich Pumpen), Wuchtgüten nach ISO 1940 / ISO 21940-11 mit der Berechnung der zulässigen Restunwucht, Umrechnung mm/s ↔ dB, Eigenfrequenzen und Resonanz — und wie sich all das auf dem Bildschirm eines echten Feldauswuchtgerät.
- Rotorunwucht, einfach erklärt
- Zentrifugalkraft durch Unwucht
- Statische vs. dynamische Unwucht
- Wie Unwucht die Lagerlebensdauer verkürzt
- RMS-Schwinggeschwindigkeit — was sie ist
- Schwingungsnormen nach ISO 10816 (inkl. Pumpen)
- Tabelle der Wuchtgüten G (ISO 1940 / 21940-11)
- Zulässige Restunwucht: die Berechnung
- Eigenfrequenz und Resonanz
- Umrechnung von mm/s in dB
- FAQ
1. Was ist Rotorunwucht, einfach erklärt
Idealerweise ist die Masse eines Rotors so verteilt, dass sein Schwerpunkt genau auf der Drehachse liegt. In Wirklichkeit trifft das nie ganz zu: Gussporosität, Fertigungstoleranzen, aufgeschweißte Reparaturen, abgenutzte oder ersetzte Schaufeln, angebackener Schmutz, eine Passfeder in einer Nut — all das verschiebt ein paar Gramm zur einen Seite. Dieser Massenversatz ist Unwucht.
Solange der Rotor stillsteht, ist die Unwucht unsichtbar. Sobald er sich dreht, wird die versetzte Masse gezwungen, sich auf einer Kreisbahn zu bewegen, und zieht nach den Newtonschen Gesetzen die Welle nach außen — einmal pro Umdrehung, stets in Richtung der “schweren Stelle”. Die Lager erhalten eine rotierende Kraft; das Gehäuse erhält Schwingungen genau mit der Drehfrequenz (der 1×-Komponente). Dieser eine Satz erklärt das meiste, was ein Auswuchtgerät tut: Es misst, wie groß der einmal pro Umdrehung wirkende Zug ist (Amplitude) und wohin die schwere Stelle zeigt (Phase).
Unwucht wird als Masse mal Radius quantifiziert:
U — Unwucht [g·mm]; m — Versatzmasse [g]; r — Radius, an dem sie sitzt [mm]. 10 g bei 100 mm = 1.000 g·mm — genau so schädlich wie 20 g bei 50 mm.
Teilt man U durch die Rotormasse, erhält man die spezifische Unwucht e = U/M [g·mm/kg = µm] — nichts anderes als der Abstand zwischen Schwerpunkt und Drehachse. Diese kleine Größe ist die Brücke zu den ISO-Güten in Abschnitt 7: Ein “gut ausgewuchteter” Industrierotor hat seinen Schwerpunkt typischerweise innerhalb weniger Dutzend Mikrometer von der Achse.
2. Die Fliehkraft aus Unwucht — Formel und durchgerechnete Beispiele
Der rotierende Zug, den Unwucht erzeugt, ist gewöhnliche Fliehkraft:
F — Kraft [N]; m — Unwuchtmasse [kg]; r — Radius [m]; U — Unwucht [kg·m]; ω — Winkelgeschwindigkeit [rad/s]; n — Rotordrehzahl [U/min].
Der Teil, den man unterschätzt, ist der Quadrat von ω. Nehmen Sie eine moderate Unwucht von 100 g·mm (10 g bei 10 mm oder 1 g bei 100 mm) und sehen Sie, was die Drehzahl damit macht:
| Rotordrehzahl | ω | Fliehkraft aus 100 g·mm | Äquivalentes statisches Gewicht |
|---|---|---|---|
| 500 U/min | 52,4 rad/s | 0,27 N | ~28 g |
| 1.500 U/min | 157 rad/s | 2,5 N | ~0,25 kg |
| 3.000 U/min | 314 rad/s | 9,9 N | ~1 kg |
| 6.000 U/min | 628 rad/s | 39,4 N | ~4 kg |
| 12.000 U/min | 1.257 rad/s | 158 N | ~16 kg |
Ein industrielleres Beispiel: Eine Reparaturwerkstatt schweißt eine neue Hammerhalterung an eine Mulcher-Trommel und lässt sie 50 g schwer bei einem Radius von 200 mm — das ist U = 10.000 g·mm. Bei den üblichen 1.500 U/min tragen die Lager der Trommel nun eine zusätzliche rotierende Kraft von F = 0,01 kg·m × 157² ≈ 246 N ≈ 25 kg — ein Sack Zement, der 25-mal pro Sekunde um die Welle schwingt. Bei 2.000 U/min zieht derselbe Fehler mit ~44 kg.
Zwei praktische Folgerungen ergeben sich direkt aus dem ω²-Gesetz:
- Toleranzen verschärfen sich mit der Drehzahl. Dieselbe Restunwucht, die bei einem 500-U/min-Brecher harmlos ist, ist bei einer 12.000-U/min-Spindel zerstörerisch — genau so wie das Wuchtgüten G konstruiert sind;
- “Es schwingt nur bei voller Drehzahl” ist erwartete Physik, kein Rätsel: Bei halber Drehzahl beträgt die Kraft ein Viertel. (Wenn die Schwingung springt überproportional in einem engen Drehzahlband, ist das ein anderes Phänomen — Resonanz.)
3. Statische vs. dynamische Unwucht — der Unterschied, der über eine oder zwei Ebenen entscheidet
Unwucht kommt in zwei Grundformen vor, und der Unterschied ist nicht akademisch: Er entscheidet, ob ein Korrekturgewicht ausreicht oder zwei Ebenen erforderlich sind.
- Statische Unwucht — die schwere Stelle liegt praktisch an einer axialen Position; der Schwerpunkt ist seitlich verschoben. Auf freien Lagern rollt der stillstehende Rotor von selbst mit der schweren Seite nach unten (daher “statisch” — man findet sie ohne Drehung). Ein Gewicht in einer Ebene korrigiert sie (statisch / Ein-Ebenen-Auswuchten).
- Dynamische (Moment-)Unwucht — zwei gleich große schwere Stellen an entgegengesetzten Enden des Rotors, 180° versetzt. Im Stillstand heben sie sich auf: Der Rotor ist statisch ausgewuchtet und rollt nicht. In Rotation zieht jedes Ende in seine eigene Richtung, um eine halbe Umdrehung versetzt — der Rotor taumelt, schwingen die Lager gegenphasig. Dies Momentenunwucht ist erkennbar nur in Rotation und korrigierbar nur mit Gewichten in zwei Ebenen. Reale Rotoren vereinen meist beide Formen, weshalb lange Rotoren in zwei Ebenen als eine kombinierte Berechnung ausgewuchtet werden — die vollständige Methode wird behandelt in Dynamisches Auswuchten erklärt.
| Statische Unwucht | Dynamische (Paar-)Unwucht | |
|---|---|---|
| Im Stillstand erkennbar? | Ja — Rotor rollt mit der schweren Seite nach unten | Nein — zeigt sich nur in Rotation |
| Lagerschwingung | Beide Lager in Phase | Lager außer Phase (Rotor “taumelt”) |
| Korrektur | 1 Gewicht, 1 Ebene | 2 Gewichte, 2 Ebenen, gemeinsam gelöst |
| Faustregel | Rotorbreite < ~1/2 des Durchmessers (in der Praxis 1/3) → eine Ebene reicht in der Regel; länger → zwei Ebenen (ISO 21940-11) | |
4. Was Unwucht mit Lagern macht: das kubische Lebensdauergesetz
Die Fliehkraft aus Abschnitt 2 verschwindet nicht — sie landet als zusätzliche rotierende Last in den Lagern, zusätzlich zur Gewichts- und Prozesslast, für die das Lager ausgelegt wurde. Die Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern folgt der klassischen Bewertungsgleichung:
C — dynamische Tragzahl des Lagers; P — tatsächlich wirkende äquivalente dynamische Last.
Da die Last eingeht kubisch (oder schlimmer) übersetzen sich moderat wirkende Unwuchtkräfte in einen dramatischen Lebensdauerverlust:
| Zusätzliche dynamische Last aus Unwucht | Verbleibende Lagerlebensdauer (Kugellager, p = 3) |
|---|---|
| +10 % | ≈ 75 % |
| +26 % | ≈ 50 % |
| +50 % | ≈ 30 % |
| +100 % (doppelte Last) | ≈ 12 % |
Im obigen Mulcher-Beispiel fügten die vergessenen 50 g bei 200 mm rund 250 N zusätzliche rotierende Last hinzu. Bei einem Trommellager mit z. B. 1 kN Belastung sind das +25 % — die Lebensdauer halbiert sich etwa durch eine nachlässige Reparatur. Und Lager sind nur das erste Opfer; dieselbe Erschütterung lockert Schrauben, öffnet Risse in Schweißnähten und Gehäusen, verschleißt Kupplungen und Riemen und verschlechtert die Bearbeitungsgüte von Werkzeugmaschinen. Diese Kette — Unwucht → Kraft → Ermüdung — ist der Grund, warum Auswuchten Instandhaltung und nicht Kosmetik ist.
5. Schwinggeschwindigkeit RMS: Was tatsächlich gemessen wird
Schwingung lässt sich durch Weg (µm), Geschwindigkeit (mm/s) oder Beschleunigung (m/s²) beschreiben. Maschinenzustandsnormen haben sich auf Schwinggeschwindigkeit, weil sie den zerstörerischen mittleren Frequenzbereich am gleichmäßigsten gewichtet — und zwar speziell auf seinem RMS-Wert (quadratischer Mittelwert):
RMS ist der “energetische Mittelwert” des Signals über das Messfenster — die Größe, auf die sich die Grenzwerte von ISO 10816/20816 beziehen.
Warum RMS und nicht der Spitzenwert? Ein reales Schwingungssignal ist ein Cocktail: die 1×-Unwucht-Sinuskurve plus Oberschwingungen, Lagerrauschen und Zufallsspitzen. Spitzenwerte springen umher; der Effektivwert integriert den tatsächlichen Energiegehalt des Signals und liefert von Messung zu Messung zuverlässig wiederholbare Werte — genau das, was man zum Vergleich mit einer Norm oder einem “Vorher”-Wert braucht. (Spitzenwerte bleiben bei der Stoßanalyse wichtig; für Auswuchten und Zustandsbewertung zählt der RMS-Wert.)
So wird in der Praxis gemessen: ein Beschleunigungssensor am Lagergehäuse (radiale Richtung, Magnethalterung auf einer sauberen ebenen Stelle), das Signal wird zu Geschwindigkeit integriert, auf den Standardbereich 10–1.000 Hz bandbegrenzt, RMS über einige Dutzend gemittelte Umdrehungen berechnet. Im Vibrometerbildschirm des Balanset-1A sehen Sie die drei entscheidenden Zahlen nebeneinander: Gesamt-RMS (alle Ursachen zusammen), der 1×-Komponente (der Anteil, den Auswuchten beseitigen kann — mit seiner Phase) und die Drehzahl. Wenn der Gesamtwert 6 mm/s beträgt, die 1×-Komponente aber nur 1 mm/s, behebt Auswuchten das Problem an dieser Maschine nicht — etwas anderes als Unwucht erschüttert sie.
6. Schwingungsnormen nach ISO 10816 / 20816 — einschließlich Pumpen
ISO 10816 (derzeit in ISO 20816 überführt) beantwortet die Frage des Betreibers: “Ist so viel Schwingung noch akzeptabel?” Sie bewertet die montierte Maschine anhand der RMS-Schwinggeschwindigkeit, gemessen an nichtrotierenden Teilen (Lagergehäusen), und teilt das Ergebnis in vier Zonen ein:
| Zone | Bedeutung | Typischer Richtwert (mittlere Maschinen) |
|---|---|---|
| A | Zustand einer Neumaschine | bis ~1,4 mm/s |
| B | Geeignet für uneingeschränkten Langzeitbetrieb | 1,4 – 2,8 mm/s |
| C | Für den Dauerbetrieb nicht zufriedenstellend — Korrektur einplanen | 2,8 – 4,5 mm/s |
| D | Schwingung verursacht Schäden — jetzt handeln | über 4,5 mm/s |
Speziell für Pumpen (ISO 10816-3 Gruppe 2: Maschinen 15–300 kW, und ISO 10816-7 für rotodynamische Pumpen) hängen die Zonengrenzen von der Fundamentart ab — starr oder elastisch:
| Pumpe bei… | Grenze Zone A/B | Grenze Zone B/C | Grenze Zone C/D |
|---|---|---|---|
| Starre Fundamente (eingegossene Grundplatte) | 1,4 mm/s | 2,8 mm/s | 4,5 mm/s |
| Elastische Fundamente (Rahmen, Federlager) | 2,3 mm/s | 4,5 mm/s | 7,1 mm/s |
Größere Maschinen (>300 kW, ISO 10816-3 Gruppe 1) erhalten proportional weichere Grenzwerte (2,3 / 4,5 / 7,1 mm/s starr, 3,5 / 7,1 / 11 mm/s elastisch). Prüfen Sie stets den vom Maschinenhersteller angegebenen eigenen Grenzwert, falls vorhanden — er hat Vorrang vor der generischen Tabelle.
Drei Praxisregeln, die aus den Tabellen mehr als akademisches Wissen machen:
- An den Lagern messen, in drei Richtungen soweit möglich (horizontal, vertikal, axial) — die Norm bezieht sich auf den höchsten Messwert;
- Den Trend beurteilen, nicht nur den Absolutwert. Eine Pumpe, die jahrelang bei 1,8 mm/s lief und jetzt 3,4 mm/s zeigt, verdient Aufmerksamkeit, auch wenn sie noch “akzeptabel” ist;
- Landwirtschaftliche und mobile Maschinen werden milder beurteilt — Mulcher und Mäher auf ihren naturgemäß nachgiebigen Rahmen gelten bis ~7 mm/s als unbedenklich; Pumpenwerte dort anzustreben ist verschwendete Mühe (Details im Toleranzkapitel).
7. Wuchtgüten G — die Tabelle nach ISO 1940 / ISO 21940-11
Während ISO 10816 die laufende Maschine beurteilt, beurteilt ISO 1940-1 (abgelöst durch ISO 21940-11, inhaltlich im Wesentlichen unverändert) den Rotor selbst: wie viel Restunwucht nach dem Auswuchten verbleiben darf. Die Toleranz wird ausgedrückt als Auswuchtgüteklasse G, definiert als das Produkt aus spezifischer Unwucht und Winkelgeschwindigkeit:
e_per — zulässige spezifische Unwucht (Schwerpunktversatz) [mm]; ω — Winkelgeschwindigkeit [rad/s]. Das Produkt ist eine Geschwindigkeit — weshalb Güten die Einheit mm/s tragen.
Die Eleganz dieser Definition: Eine G-Zahl deckt alle Drehzahlen ab. Ein auf G 6.3 ausgewuchteter Rotor hat seinen Schwerpunkt nah genug an der Achse, sodass der unwuchtbedingte Geschwindigkeit beträgt 6,3 mm/s — unabhängig von der Drehzahl. Schnellerer Rotor → größeres ω → proportional kleinerer zulässiger Versatz e_per. Die Standardgüten und ihre üblichen Anwendungen:
| Grad | Typische Rotortypen (nach ISO 21940-11) |
|---|---|
| G 40 | Pkw-Räder, Felgen, Antriebswellen langsam laufender Fahrzeuge |
| G 16 | Kardan-/Antriebswellen, Rotoren landwirtschaftlicher Maschinen, Brecherteile, einzelne Motorbauteile |
| G 6.3 | Der industrielle Standardfall: Lüfter, Gebläse, Pumpen, allgemeine Elektromotoren, Maschinenteile, Trommeln, Riemenscheiben, Schwungräder, Zentrifugen |
| G 2,5 | Gas- und Dampfturbinen, starre Turbogenerator-Rotoren, Werkzeugmaschinenantriebe, mittlere/große Elektromotoren mit besonderen Anforderungen |
| G 1 | Schleifmaschinenantriebe, Tonbandgerät- und Plattenspielerantriebe, kleine Präzisionsanker |
| G 0,4 | Präzisions-Schleifspindeln, Kreisel |
Was die Güte physikalisch bedeutet, lässt sich am leichtesten über e_per nachvollziehen. Bei 3.000 U/min (ω = 314 rad/s) erlaubt die Güte G 6.3 e_per = 6,3 / 314 = 0,02 mm = 20 µmder Schwerpunkt eines “normal ausgewuchteten” 3.000-U/min-Rotors liegt innerhalb von zwei Hundertstel Millimeter von seiner Achse. G 1 erlaubt bei derselben Drehzahl nur 3 µm. Deshalb werden Auswuchtwerkzeuge, Aufnahmen und sogar die Position der Tachometermarke mit solcher Pedanterie gehandhabt — bei diesen Größenordnungen zählt alles.
8. Zulässige Restunwucht: die ISO-1940-Berechnung, Schritt für Schritt
Die praktische Frage, mit der jeder Auftrag endet: “Wie viele Gramm-Millimeter dürfen verbleiben?” Aus der Güte-Definition folgt eine Formel, die es beantwortet:
G — Wuchtgüte [mm/s]; M — Rotormasse [kg]; n — Betriebsdrehzahl [U/min]. Die Konstante 9549 = 1000 × 60/2π rechnet die Einheiten um. Für zweiebenenweises Auswuchten wird das Ergebnis auf die Ebenen aufgeteilt — bei symmetrischen Rotoren üblicherweise 50/50.
-
Güte wählen
Aus der obigen ISO-21940-11-Anwendungstabelle — z. B. ein Industrielüfterrad → G 6.3.
-
Masse und Betriebsdrehzahl eingeben
Lüfterrotor M = 80 kg, n = 3.000 U/min: U_per = 9549 × 6,3 × 80 / 3000 = ≈ 1.604 g·mm insgesamt.
-
Auf Korrekturebenen aufgeteilt
Symmetrischer Rotor, zwei Ebenen → ≈ 802 g·mm je Ebene. (Derselbe Rotor, ausgewuchtet auf die landwirtschaftliche Güte G 16, dürfte ≈ 2.037 g·mm je Ebene aufweisen — die Güten skalieren linear.)
-
In Gramm bei Ihrem Radius umrechnen
Korrekturradius 250 mm → die verbleibende schwere Stelle muss unter 802 / 250 ≈ 3,2 g je Ebene. Das ist die Zahl, mit der man nach dem Trimmlauf den vom Gerät gemeldeten Wert vergleicht.
Das muss an der Maschine nicht von Hand gerechnet werden: Derselbe Rechner ist in die Balanset-Software integriert — Masse, Drehzahl und Güte eingeben, und die Toleranz erscheint im Ergebnisfenster neben der gemessenen Restunwucht. Eine kostenlose Online-Version finden Sie hier: ISO-21940-11-Restunwucht-Rechner.
Diese Berechnungen übernimmt das Gerät für Sie
Balanset-1A misst zwei Kanäle + Phase, berechnet Korrekturmassen nach der Einflusskoeffizientenmethode, prüft das Ergebnis gegen die ISO-21940-11-Toleranzen und druckt den Bericht — für €1,975, Software-Updates lebenslang kostenlos. Die Theorie auf dieser Seite ist genau das, was ihre Bildschirme umsetzen.
9. Eigenfrequenz und Resonanz — die Falle, in die jeder Wuchttechniker tappt
Jede Struktur — Rotor, Lager, Rahmen, Fundament — hat Eigenfrequenzen: die Frequenzen, mit denen sie nach einem Anstoß “schwingen möchte”, bestimmt durch Steifigkeit und Masse (im einfachsten Modell f_n = (1/2π)·√(k/m)). Wenn sich die Drehzahl des Rotors einer Eigenfrequenz nähert, trifft die einmal pro Umdrehung wirkende Unwuchtkraft im Takt mit der Eigenschwingung der Struktur ein, wobei sich jeder Stoß zum vorherigen addiert. Das ist Resonanz: Die Amplitude vervielfacht sich (nur durch die Dämpfung begrenzt), die Phase schwankt stark, und die lineare Arithmetik, auf die sich Auswuchten stützt, bricht zusammen.
Wie sich Resonanz beim Auswuchten verrät:
- eine kleine Drehzahländerung (50–100 U/min) verändert die Schwingung um ein Vielfaches;
- die Phasenanzeige will sich nicht einpendeln oder springt, wenn die Drehzahl um ein paar U/min driftet;
- nach dem Einbau des berechneten Gewichts steigt die Schwingung wächst — und der nächste Lauf verlangt immer mehr Masse;
- die Schwingung größer ist weg vom Rotor entfernt (eine Leiter, ein Schutzgitter, eine Kabine) als an den Lagern — ein Bauteil resoniert, nicht der Rotor.
So finden Sie die Eigenfrequenz mit dem Gerät: das RunDown-Diagramm
Die schnellste Feldmethode braucht keine zusätzliche Ausrüstung: Maschine auf Betriebsdrehzahl bringen, Antrieb abschalten und das Gerät Amplitude und Phase kontinuierlich aufzeichnen lassen, während der Rotor ausläuft über den gesamten Drehzahlbereich. Die Balanset-Software stellt beide über der Drehzahl dar (das RunDown-Diagramm). Beim Lesen genügt ein Blick:
- jede Amplitudenpeak beim Absinken markiert eine Eigenfrequenz, die der Rotor durchlaufen hat;
- bei derselben Drehzahl der macht die Phasenkurve einen scharfen Knick (~180° Sprung über die Resonanz hinweg) — die klassische Bestätigung, dass es sich um eine echte Resonanz und nicht um einen Lasteffekt handelt;
- die ruhige Täler zwischen den Peaks sind Ihre sicheren Auswuchtdrehzahlen.
Was mit diesem Wissen zu tun ist:
- Außerhalb der Resonanzzonen auswuchten — meist deutlich unter dem ersten Peak oder in einem Tal zwischen Peaks. Praxis bei Mulchern: Grobauswuchten bei 600–900 U/min, dann bei Betriebsdrehzahl überprüfen;
- Halten Sie jeden Lauf einer Serie auf gleicher Drehzahl (±100 U/min) — in der Nähe einer Resonanz verschiebt schon eine Drehzahldrift von 2–3 U/min Amplitude und Phase spürbar;
- Für Prüfstände und DIY-Gestelle, gestalten Sie die Geometrie bewusst: Ein weiches (unterhalb der Resonanz liegendes) Gestell soll seine Eigenfrequenz auf 2–3× unter unter die Auswuchtdrehzahl — federnde Halterungen, die von Hand sichtbar wippen, erreichen genau das;
- Wenn die Betriebsdrehzahl selbst auf einer Resonanz liegt, ist Auswuchten nur eine Notlösung — die eigentliche Abhilfe besteht darin, Steifigkeit oder Masse zu ändern (Rahmen verstärken, andere Halterungen), um die Eigenfrequenz zu verschieben.
10. Umrechnung von mm/s in dB (Schwinggeschwindigkeitspegel)
Schwingungsdaten liegen mitunter in Dezibel vor — ältere osteuropäische Normen, manche Analysatoren und Bauwerksschwingungsberichte nutzen die logarithmische Skala. Die Umrechnung ist eine Definition, keine Messung:
v — gemessene RMS-Geschwindigkeit; v₀ — Referenzgeschwindigkeit. 5·10⁻⁸ m/s ist der in der Praxis der Schwingungsdiagnostik verwendete Referenzwert (GOST/traditionelle ISO-Konvention); ISO 1683 nennt für einige akustische Anwendungen auch 10⁻⁹ m/s — bei Angabe von dB stets den Referenzwert nennen.
Praktische Umrechnungen beim üblichen Referenzwert v₀ = 5·10⁻⁸ m/s:
| RMS-Geschwindigkeit | Ebene | Wo Sie darauf treffen |
|---|---|---|
| 0,5 mm/s | 80 dB | Ausgezeichnet, kleine Maschine |
| 1,0 mm/s | 86 dB | Zone A, guter Zustand |
| 2,8 mm/s | 95 dB | Grenzbereich Zone A/B → B/C |
| 4,5 mm/s | 99 dB | Grenze C/D (mittlere Maschinen) |
| 7,1 mm/s | 103 dB | Grenze C/D bei elastischer Lagerung |
| 10 mm/s | 106 dB | Schwer — Schadensbereich |
Zwei Faustregeln machen die Skala anschaulich: +6 dB = doppelte Geschwindigkeit, +20 dB = zehnfach die Geschwindigkeit. Eine Maschine, die nach dem Auswuchten von 99 dB auf 86 dB ging, senkte ihre Schwingung also um das ~4,5-fache — die logarithmische Skala staucht große Verbesserungen zu bescheiden wirkenden Zahlen, weshalb Kundenberichte in mm/s klarer sind.
11. Häufig gestellte Fragen
Was ist Rotorunwucht, einfach erklärt?
Unwucht bedeutet, dass der Schwerpunkt des Rotors nicht genau auf seiner Drehachse liegt — eine zusätzliche Masse sitzt auf einer Seite. Im Stillstand ist sie unsichtbar; in Rotation zieht die versetzte Masse die Welle einmal pro Umdrehung nach außen und erzeugt eine rotierende Fliehkraft, die die Maschine genau mit der Drehfrequenz (der 1×-Komponente) erschüttert. Sie wird als Masse × Radius (g·mm) gemessen und durch Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten korrigiert.
Wie lautet die Formel für die Fliehkraft aus Unwucht?
F = m·r·ω² = U·ω², wobei U = m·r die Unwucht und ω = 2πn/60 die Winkelgeschwindigkeit ist. Die Kraft wächst mit dem Quadrat der Drehzahl: 100 g·mm erzeugen bei 3.000 U/min ~1 kg rotierende Kraft, bei 12.000 U/min aber ~16 kg. Dieses quadratische Gesetz ist der Grund, warum sich die Auswuchttoleranzen mit steigender Drehzahl verschärfen.
Was ist der Unterschied zwischen statischem und dynamischem Auswuchten?
Statische Unwucht ist ein einziger effektiver Schwerpunktfehler: Der stillstehende Rotor rollt auf freien Lagern von selbst mit der schweren Seite nach unten, und ein Gewicht in einer Ebene korrigiert ihn. Dynamische (Moment-)Unwucht sind Schwerpunktfehler an entgegengesetzten Enden, 180° versetzt: Der Rotor ist im Stillstand ausgewuchtet, taumelt aber in Rotation, und lässt sich nur im Lauf erkennen und mit Gewichten in zwei Ebenen korrigieren. Reale Rotoren vereinen meist beides, weshalb lange Rotoren in zwei Ebenen als eine gemeinsame Berechnung ausgewuchtet werden.
Wie wirkt sich Unwucht auf die Lagerlebensdauer aus?
Die Fliehkraft addiert sich zur dynamischen Lagerlast P, und die Lebensdauer von Wälzlagern folgt L₁₀ = (C/P)³ für Kugellager — die Last geht kubisch ein. Grob gilt: +10 % Last ≈ −25 % Lebensdauer, +26 % ≈ −50 %, eine Verdopplung der Last belässt ~12 % der Lebensdauer. Über die Lager hinaus lockert dieselbe rotierende Kraft Verbindungselemente, treibt Risse voran und verschleißt Kupplungen.
Was ist die RMS-Schwinggeschwindigkeit, und wie wird sie gemessen?
Der Effektivwert (RMS, root mean square) der Schwinggeschwindigkeit ist der Energiemittelwert des Geschwindigkeitssignals in mm/s — die von ISO 10816/20816 zugrunde gelegte Standardgröße. Bei einer reinen Sinusschwingung entspricht er dem 0,707-fachen des Spitzenwerts. Gemessen wird mit einem Beschleunigungssensor am Lagergehäuse (radiale Richtung), das Signal wird im Band 10–1.000 Hz zu Geschwindigkeit integriert und über viele Umdrehungen gemittelt; Zweikanalgeräte lesen beide Lager gleichzeitig aus und trennen zudem die 1×-Komponente heraus, die sich durch Auswuchten beseitigen lässt.
Welche ISO-10816-Schwingungsnormen gelten für Pumpen?
Für Pumpen von 15–300 kW (ISO 10816-3, Gruppe 2) liegen die Zonengrenzen bei 1,4 / 2,8 / 4,5 mm/s RMS auf starren Fundamenten und 2,3 / 4,5 / 7,1 mm/s auf elastischen Fundamenten — Zone A bis zum ersten Wert, Zone B bis zum zweiten (langfristig akzeptabel), Zone C bis zum dritten (baldige Korrektur), Zone D darüber (Schadensrisiko). Größere Maschinen erhalten proportional höhere Grenzwerte; ein vom Hersteller angegebener Grenzwert hat Vorrang vor der generischen Tabelle.
Was bedeuten die Wuchtgüten G in ISO 1940?
Eine Wuchtgüte G (in mm/s) entspricht der zulässigen spezifischen Unwucht multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit: G = e_per·ω. Übliche Zuordnungen: G 40 — Pkw-Räder; G 16 — Kardanwellen und Rotoren landwirtschaftlicher Maschinen; G 6.3 — Lüfter, Pumpen, allgemeine Motoren und Trommeln (der industrielle Standardwert); G 2.5 — Turbinen und Werkzeugmaschinen; G 1–G 0.4 — Präzisionsspindeln. Da ω in die Definition eingeht, lässt dieselbe Güte bei steigender Drehzahl weniger g·mm zu.
Wie berechne ich die zulässige Restunwucht nach ISO 1940?
U_per = 9549 · G · M / n, mit G als Wuchtgüte in mm/s, M als Rotormasse in kg und n als Drehzahl in U/min — das Ergebnis liegt in g·mm und wird auf die beiden Korrekturebenen aufgeteilt (meist 50/50). Beispiel: 80 kg Lüfter bei 3.000 U/min, G 6.3 → 9549×6,3×80/3000 ≈ 1.604 g·mm gesamt ≈ 802 g·mm je Ebene; bei 250 mm Korrekturradius sind das rund 3,2 g. Online-Tool: der ISO-21940-11-Rechner auf vibromera.eu.
Wie finde ich die Eigenfrequenz und vermeide Resonanz beim Auswuchten?
Erstellen Sie ein Auslauf-(RunDown-)Diagramm: Bringen Sie die Maschine auf Drehzahl, schalten Sie den Antrieb ab und protokollieren Sie Amplitude und Phase über der abfallenden Drehzahl. Jeder Amplitudenpeak, begleitet von einem scharfen Phasenknick, markiert eine Eigenfrequenz; die Täler zwischen den Peaks sind sichere Auswuchtdrehzahlen. Anzeichen einer Resonanz: Eine Änderung von 50–100 U/min verändert die Schwingung um ein Vielfaches, die Phase pendelt sich nicht ein, und berechnete Gewichte verschlimmern die Lage. Wuchten Sie außerhalb dieser Zonen, oder ändern Sie die Steifigkeit der Struktur, um die Resonanz zu verschieben.
Wie rechne ich mm/s in dB für Schwingungen um?
L_v = 20·log₁₀(v/v₀) mit dem Referenzwert v₀ = 5·10⁻⁸ m/s, wie er in der Praxis der Schwingungsdiagnostik verwendet wird: 1 mm/s ≈ 86 dB, 4,5 mm/s ≈ 99 dB, 10 mm/s ≈ 106 dB. Merken Sie sich: +6 dB bedeutet doppelte Geschwindigkeit und +20 dB bedeutet die zehnfache; und geben Sie stets den Referenzwert an, da manche Akustiknormen stattdessen 10⁻⁹ m/s verwenden.
