Was ist auswuchten?

Für den Normalverbraucher ist das Auswuchten von Rotoren oft eine "schwarze Magie". Das Wissen der meisten Menschen über das Auswuchten beschränkt sich auf Autoräder und Reifen, die vor dem Einbau in Autos ausgewuchtet werden müssen; andernfalls werden sie Lenkradruckeln, ungleichmäßige Abnutzung der Reifen und so weiter erleben. Wir geben Ihnen einen Einblick in die Welt des Auswuchtens und helfen Ihnen, die "schwarze Magie" zu verstehen.

Ein nicht gewuchteter Rotor

Eine Unwucht liegt vor, wenn die Hauptträgheitsachse von der Rotationsachse des Rotors abweicht. Praktisch alle neu hergestellten Teile haben eine ungleiche Massenverteilung aufgrund von Schlacke Einschlüssen in Gussteilen, ungrader Anzahl von Bohrlöchern, zusammenbaufehlern usw.

Ein nicht ausgewuchteter Rotor will sich beim Drehen um seine Hauptträgheitsachse drehen. Da die Lager diese Bewegung einschränken, bringt die Fliehkraft aufgrund der Unwucht den Rotor zum Schwingen. Diese Vibrationen führen zu Abnutzung der Lager, erzeugen unnötigen Lärm und im Extremfall kann es zur Zerstörung des Rotors selbst kommen. Es ist daher notwendig, die Unwucht auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren.

Auswuchttoleranzen

Es gibt Auswuchttoleranzen, genau wie Bearbeitungstoleranzen, die die maximal zulässige Unwucht in einem Rotor definieren. Für Rotoren werden internationale und nationale Normen angegeben, z.B.: Autoräder werden bis zu einer Wuchtgüte (G) 40 ausgewuchtet und kleine Elektroanker bis zur Wuchtgüte 2,5. Mit der Wuchtgüte kann in Abhängigkeit von der Drehzahl und des Gewichts des Rotors nach DIN ISO 1940 in Unwuchteinheiten umgerechnet werden.

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Einheiten der Unwucht

Eine Maßeinheit für die Unwucht ist z.B. Masse mal Radius: Ein Gewicht, das an einer bestimmten Stelle an einem zu wuchtenden Rotor angebracht wird, verschiebt die Hauptträgheitsachse in die Rotationsachse und gleicht somit den Rotor aus. Das angebrachte Gewicht (Masse) multipliziert mit dem Radius an dem es angebracht wurde ergibt eine Unwuchteinheit. Im metrischen System wird hier üblicherweise Gramm-Millimeter (gmm) oder für größere Rotoren eine entsprechende Skalierung verwendet. Im Imperialen System nutzt man das Äquivalent Ounce-Inch (oz-in) oder entsprechende Skalierungen.

Zustände von Rotoren

Die Rotoren lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Die eine ist, wenn der Rotor starr ist und sich bis einschließlich der Betriebsdrehzahl nicht durchbiegt.

Die andere Gruppe umfasst flexible Rotoren, die sich bis zu ihrer Betriebsdrehzahl „biegen“. Die erste Eigenform ist eine Durchbiegung, die einen Springseil ähnelt, d.h. das Zentrum des Rotors bewehr sich mit steigender Drehzahl aus der Rotationsachse hinaus, was eine höhere „statische“ Unwucht erzeugt.

Unwuchtarten

Es gibt drei verschiedene Arten von Unwuchten:

  1. Statische Unwucht - ist, wenn die Hauptträgheitsachse nur parallel zur Wellenachse verschoben wird. Die Unwucht wird nur in einer axialen Ebene ausgeglichen.
  2. Momentenunwucht – ist, wenn die Hauptträgheitsachse die Rotationsachse schneidet. Dies tritt auf, wenn 2 Unwuchten genau gegenüberliegend, aber mit abstand entlang der Rotorachse auftreten, wodurch ein Taumeln entsteht. Diese Unwucht wird in zwei Ebenen ausgeglichen.
  3. Dynamische Unwucht – ist dort vorhanden, wo die Hauptträgheitsachse nicht mit der Rotationsachse übereinstimmt. Konkret ist die Rotationsachse gegenüber der Hauptträgheitsachse gekippt. Diese Unwucht ist üblicherweise eine Kombination von statischer und Momentenunwucht und wird in zwei Ebenen ausgeglichen.

Methoden zum Unwuchtausgleich

Prinzipiell finden 2 Hauptausgleichsmethoden Anwendung: Positiver (additiver) Ausgleich durch Ansetzen von Material, z.B. Aufschweißen von Gewichten, Anbringen von Nieten oder Schrauben usw. oder Negativer (subtraktiver) Ausgleich durch abtragen von Material am Rotor, z.B. durch Bohren, Fräsen usw.

Auswuchtmaschinen

Um Ort und Ausmaß einer Unwucht zu ermitteln werden Auswuchtmaschinen eingesetzt, um Unwuchten zu messen und bei Bedarf auch auszugleichen. Die Maschinen können durch ihre Empfindlichkeit Abweichungen zwischen der Hauptträgheitsachse und der Rotationsachse von bereits 0,001mm messen und im Anschluss einen Ausgleich zu errechnen.

Entsprechend zu der Unterscheidung der Unwuchtarten, unterscheidet man auch zwei prinzipielle Maschinentypen: Statische Maschinen, die in der Lage sind ohne Rotation, Scheibenförmige Rotoren zu messen und Dynamische Maschinen, die in der Lage sind in zwei Ebenen einen Rotor zu messen, dessen Länge proportional größer als sein Durchmesser ist. Diese Maschinen rotieren den Rotor und können einen Rotor entweder horizontal oder vertikal aufnehmen. Durch ihren Aufbau kann im Messgerät auch andere Unwuchtarten angezeigt werden.

Durch den heute üblichen Einsatz von Elektronikkomponenten sind moderne Maschinen in ihrer Genauigkeit meist über nationalen und internationalen Standards fähig Unwuchten zu messen. Durch den Einsatz von Computern wurde das Einrichten und Bedienen von Auswuchtmaschinen extrem einfach und Benutzerfreundlich.

Auswuchten starrer Rotoren

Starre Rotoren verändern sich nicht über ihren Drehzahlbereich bis hin zur Betriebsdrehzahl, sind somit frei von Eigenformen. Diese Art von Rotoren können Statisch oder Dynamisch mit relativ geringen Drehzahlen gemessen und ausgewuchtet werden.

Auswuchten flexibler Rotoren

Diese Rotortypen werden oft zuerst niedertourig (eine Drehzahl, bei der der Rotor sich nicht biegt und sich auch ausreichend weit weg von seiner 1. Kritischen Drehzahl, oder auch Eigenform genannt, befindet) ausgewuchtet. Anschließend werden schrittweise die Eigenformen ausgeglichen, bis der Rotor seine Betriebsdrehzahl oder auch Überdrehzahl erreicht.

Moderne Technologien

Angesichts der hohen Kosten für den Austausch beschädigter Rotoren schreibt die Luftfahrtindustrie vor, dass Teile oder Abschnitte von Rotoren, die ausgetauscht werden, sich in einem akzeptablen Toleranzbereich befinden müssen. Hier finden Dummy-Teile Anwendung, die es erlauben z.B. das Auswuchten eines Kompressormoduls mit einem Dummy-Turbinenmodul und den Austausch von Kompressor- und Turbinenschaufeln ohne weiteres Auswuchten des Zusammenbaus durchzuführen. Unsere speziellen Technologien stehen nicht nur der Luft-und Raumfahrindustrie, sondern Kunden aus allen Industriebereichen zur Verfügung.

Zusammenfassung

Die aktuellen Fertigungsverfahren reduzieren oder eliminieren die Notwendigkeit des Auswuchtens bei Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen, aber mit immer höheren Drehzahlen bei rotierenden Maschinen wird dynamisches Auswuchten auf absehbare Zeit notwendig sein. Ein Verständnis des dynamischen Auswuchtens rationalisiert den gesamten Produktionsprozess.