CIMAT Balancing

Was bedeutet auswuchten

Für normale Menschen ist das Auswuchten von Rotoren häufig "böhmische Dörfer". Das Wissen der meisten Menschen über das Auswuchten begrenzt sich auf Autoräder und -reifen, die vor der Montage im Auto ausgewuchtet werden, weil sonst das Lenkrad vibriert, die Reifen ungleichmäßig belastet sind usw. Dieser Beitrag hilft, die Welt des Auswuchtens zu verstehen und die "böhmischen Dörfer“ zu vergessen.

CIMAT Balancing Technology

Rotor nicht ausgewuchtet

Über Unwucht des Rotors wird gesprochen, wenn die Zentralachse der Masse nicht mit der Zentralachse des Laufes identisch ist. In der Praxis sind alle neu bearbeiteten Teile unsymmetrisch wegen der Öffnungen im Gussteil, der ungleichen Anzahl und der Lage der Öffnungen für Schrauben, der nicht zentrischen Lage der Teile, des bearbeiteten Durchmessers, die nicht konzentrisch betreffend der Lagerstellung sind, usw. 

Bei der Drehung will der nicht ausgewuchtete Rotor um seine zentrale Massenachse rotieren. Weil die Lager diese Bewegung begrenzen, verursacht die Zentrifugalkraft, infolge der Unwucht, die Rotorvibrationen. Diese Vibrationen führen zur Beschädigung der Lager, verursachen unnötigen Lärm, und in Extremfällen sogar die Zerstörung des Rotors. Die Unwucht muss also auf ein befriedigendes Maß reduziert werden.

Grenzen der Unwucht

Es gibt Grenzen der Unwucht, ähnlich wie Bearbeitungsgrenzen, bis zu denen Unwucht zulässig ist. Für Rotoren haben wir internationale und nationale Standards, z.B. werden Autoräder bis zur Stufe 40 und kleine Elektroarmaturen bis zur Stufe 2,5 ausgewuchtet. Die Stufen werden nach den Normen ISO 1940 auf die Unwuchteinheiten, in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl, umgerechnet.

CIMAT Balancing Computer

Cimat Balancing Machine

Unwuchteinheiten

Eine Unwuchteinheit ist die Masse multipliziert mit dem Radius, z.B. würde eine Zugabe der Belastung an einer gewissen Stelle des gewuchteten Teiles die Massenachse auf Laufachse verschieben und eine Unwucht verursachen. Die Korrektur der Masse multipliziert mit dem eingesetzten Radius gibt die Unwuchteinheit. Für die metrischen Messungen werden Grammmilimeter (gmm) oder (für große Rotoren) Grammzentimeter eingesetzt. Angelsächsische Äquivalente sind Gramminch und Ounceinch. Dieses Gewicht (Masse) wird auf den Radius der Laufmitte bei der Leichtstellung eingesetzt.

Rotortypen

Die Rotoren werden in 2 Gruppen geteilt. Eine Gruppe bilden die starren Rotoren, welche nicht gebogen werden, auch nicht bei den operativen Geschwindigkeiten.

Die zweite Gruppe bilden elastische Rotoren, die bei den operativen Geschwindigkeiten "gebogen werden". Die erste Durchbiegung das ist der sog. "Springseil" efekt, das bedeutet, dass das Zentrum des laufenden Rotors sich aus der Rotationsachse verlagert und hohe statische Unwucht verursacht.

CIMAT

Cimat Balancing Machine

Unwuchtarten

Wir unterscheiden 3 Arten der Unwucht

  1. Static unbalance – is where the mass axis is displaced only parallel to the shaft axis. The unbalance is corrected only in one axial plane.
  2. Couple unbalance – is where the mass axis intersects the running axis. For example: a disk that has swash run-out with no static unbalance. The unbalance is usually corrected in two planes
  3. Dynamic unbalance – is where the mass axis is not coincidental with the rotational axis. This unbalance is usually a combination of static and couple unbalance and is corrected in two planes

Korrekturmethoden der Unwucht

Um die Unwucht zu korrigieren, wird das Material durch Bohren, Fräsen usw. aus der schweren Position auf der Komponente entfernt. Eine andere Lösung ist die Materialzugabe auf der "leichten" Position auf der Komponente durch Anschrauben oder Anschweißen der Belastung, um die Unwucht zu reduzieren.

CIMAT

Cimat Balancing Machine

Wuchtmaschinen

Zum Bestimmen und zur Korrektur der Position und der Anzahl beliebiger Unwucht werden von den Herstellern der Rotoren Wuchtmaschinen eingesetzt. Die Maschinen sind so empfindlich, dass sie einfach und genau eine beliebige Abweichung der Masseachse um 0.001 mm von der Laufachse bestimmen.

Einige Wuchtmaschinen bestimmen nur die statische Unwucht. Sie werden zum Auswuchten von scheibenförmigen Teilen eingesetzt. Wuchtmaschinen eines anderen Typs bestimmen die Unwucht in 2 Achsenebenen, z.B. beim Auswuchten von Rotoren, bei denen die Länge proportional größer als der Durchmesser ist. Diese Maschinen sind zum Auswuchten von Rotoren in horizontalen oder vertikalen Achsen erhältlich.

Durch den Einsatz moderner Elektronik übertrifft die Genauigkeit problemlos die nationalen und internationalen Normen. Die Konfiguration der Maschine ist sehr einfach - es reicht, die Messergebnisse in den Computer einzugeben.

Auswuchten von starren Rotoren

Da die Unwucht in Komponenten sogar im Ruhezustand vorkommt, können die starren Rotoren bei niedriger Drehzahl ausgewuchtet werden, das ist ausreichend, um die Zentrifugalkraft zu erzeugen und die Unwucht zu messen.

CIMAT

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Auswuchten von flexiblen Rotoren

Die Rotoren dieser Art werden bei kleiner Drehzahl, bei der der Rotor nicht gebogen wird, ausgewuchtet. Es wird die Unwuchtkorrektur gemacht, dann wird die Drehzahl allmählich erhöht und die Unwucht schrittweise korrigiert, bis die operative Motordrehzahl erreicht wird.

Moderne Techniken

Die Austauschkosten der beschädigten Rotoren sind hoch, deswegen wird von der Flugindustrie gefordert, dass die Teile oder Sektionen der ausgetauschten Rotoren die zulässige Wucht behalten. Bei dieser Technik werden Ersatzteile eingesetzt, z.B. wird das Kompressormodul mit dem Austauschmodul der Turbine ausgewuchtet und der Kompressor und die Turbinenschaufel werden ohne weiteres Auswuchten ersetzt. Diese Techniken sind auch für andere Industriezweige zugänglich, wenn die Kunden es brauchen.

CIMAT

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Zusammenfassung

Die neuesten Produktionsmethoden begrenzen oder eliminieren die Notwendigkeit des Auswuchtens bei Niederdrehzahlanwendungen, aber mit der wachsenden Drehzahl der Rotationsmaschinen wird das dynamische Auswuchten zur Notwendigkeit der nächsten Zukunft. Das Verständnis des dynamischen Auswuchtens ermöglicht die Optimierung des gesamten Produktionsprozesses.