Für den Durchschnittsbürger ist das Auswuchten von Rotoren oft eine „schwarze Kunst“. Die meisten Menschen kennen das Auswuchten nur von Autoreifen und -felgen, die vor dem Aufziehen auf das Fahrzeug ausgewuchtet werden müssen, da es sonst zu Lenkradvibrationen, ungleichmäßiger Reifenabnutzung usw. kommen kann. Wir geben Ihnen einen Einblick in die Welt des Auswuchtens und helfen Ihnen dabei, die „schwarze Kunst“ zu entmystifizieren.

EIN UNWÄGbarer Rotor

Ein Rotor ist unausgewuchtet, wenn die Achse seines Massenschwerpunkts von seiner Laufachse abweicht. Praktisch alle neu bearbeiteten Teile sind aufgrund von Blasen in Gussteilen, ungleicher Anzahl und Position von Bolzenlöchern, außermittig montierten Teilen, exzentrischen Durchmessern zu den Lagerpositionen usw. nicht symmetrisch.

Ein unausgewuchteter Rotor neigt beim Drehen dazu, sich um seine Masseschwerpunktsachse zu drehen. Da die Lager diese Bewegung einschränken, verursacht die durch die Unwucht entstehende Zentrifugalkraft eine Vibration des Rotors. Diese Vibration führt zu Verschleiß an den Lagern, verursacht unnötige Geräusche und kann in extremen Fällen sogar zum Zerfall des Rotors selbst führen. Daher ist es notwendig, die Unwucht auf ein akzeptables Maß zu reduzieren.

AUSGLEICHSGRENZEN

Es gibt Gleichgewichtsgrenzen, genau wie Bearbeitungsgrenzen, bei denen die Unwucht akzeptabel ist. Für Rotoren gelten internationale und nationale Normen, zum Beispiel: Autoreifen werden bis zu einer Grenze der Klasse 40 ausgewuchtet, kleine elektrische Anker bis zur Klasse 2,5. Die Klassen werden entsprechend der Drehzahl des Rotors gemäß den Normen ISO 1940 in Unwuchteinheiten umgerechnet.

EINHEITEN DER UNAUSGLEICHUNG

Die Einheiten der Unwucht sind Masse mal Radius, zum Beispiel: Ein Gewicht, das an einer bestimmten Stelle des auszubalancierenden Teils angebracht wird, würde die Massenachse in die Laufachse verschieben und somit für Ausgewogenheit sorgen. Das Korrekturgewicht multipliziert mit dem angewandten Radius ergibt eine Unwuchteinheit. Bei metrischen Messungen sind die Einheiten Gramm-Millimeter (gmm) oder bei großen Rotoren Gramm-Zentimeter. Das imperiale Äquivalent ist Gramm-Zoll oder Unzen-Zoll. Dieses Gewicht (Masse) würde in einem Radius vom Laufzentrum an der leichten Position aufgebracht werden.

ROTORTYPEN

Rotoren lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Bei der einen Gruppe ist der Rotor starr und verformt sich bis einschließlich zur Betriebsdrehzahl nicht.

Die andere Gruppe umfasst flexible Rotoren, die sich bis zur Betriebsdrehzahl „durchbiegen“. Die erste zu beobachtende Auslenkung ist ein „Springseil-Effekt“, was bedeutet, dass sich der Mittelpunkt des Rotors bei Drehzahl von seiner Drehachse wegbewegt, was zu einer hohen „statischen“ Unwucht führt.

ARTEN DER UNAUSGEWOGENHEIT

Es gibt drei Arten von Unwucht:

1. Statische Unwucht – tritt auf, wenn die Massenachse nur parallel zur Wellenachse verschoben ist. Die Unwucht wird nur in einer axialen Ebene korrigiert.
2. Unwuchtpaar – ist der Punkt, an dem die Massachse die Laufachse schneidet. Beispiel: eine Scheibe, die eine Taumelung aufweist, ohne statische Unwucht. Die Unwucht wird in der Regel in zwei Ebenen korrigiert.
3. Dynamische Unwucht – tritt auf, wenn die Massenachse nicht mit der Drehachse übereinstimmt. Diese Unwucht ist in der Regel eine Kombination aus statischer Unwucht und Drehmomentunwucht und wird in zwei Ebenen korrigiert.

VERFAHREN ZUR KORREKTUR VON UNWÄGHEITEN

Das Entfernen von Material durch Bohren, Fräsen usw. an der schweren Stelle des Bauteils dient dazu, die Unwucht zu korrigieren. Alternativ kann die Unwucht auch durch Hinzufügen von Material an der „leichten” Stelle des Bauteils korrigiert werden, indem Ausgleichsgewichte angeschraubt oder angeschweißt werden, um die Unwucht zu reduzieren.

AUSWÄLGMASCHINEN

Um die Position und das Ausmaß der Unwucht zu ermitteln, werden von Rotorherstellern Auswuchtmaschinen eingesetzt, um vorhandene Unwuchten zu korrigieren. Diese Maschinen sind so empfindlich, dass sie jede Massenachse, die um 0,001 mm von der Laufachse abweicht, leicht und genau identifizieren können.

Ein Maschinentyp erkennt nur statische Unwuchten. Dieser wird zum Auswuchten von scheibenförmigen Teilen verwendet. Ein anderer Maschinentyp erkennt Unwuchten in zwei axialen Ebenen, z. B. zum Auswuchten von Rotoren, deren Länge proportional größer ist als ihr Durchmesser. Diese Maschinen sind in Ausführungen erhältlich, die den Rotor entweder in der horizontalen oder in der vertikalen Achse auswuchten.

Durch den Einsatz moderner Elektronik werden nationale und internationale Genauigkeitsstandards mühelos übertroffen. Die Einrichtung der Maschine ist sehr einfach, da die Messwerte lediglich in einen Computer eingegeben werden müssen.

Auswuchten starrer Rotoren

Da in einer Komponente auch im Stillstand Unwucht vorhanden ist, können starre Rotoren bei niedriger Drehzahl ausgewuchtet werden, gerade so viel, dass eine Zentrifugalkraft entsteht, um die Unwucht zu registrieren.

AUSWÄNGEN VON FLEXIBLEN ROTOREN

Dieser Rotortyp wird bei niedriger Drehzahl ausgewuchtet, bei der sich der Rotor nicht verbiegt. Die Unwucht wird korrigiert, dann wird die Drehzahl schrittweise erhöht und die Unwucht stufenweise korrigiert, bis die Betriebsdrehzahl des Rotors erreicht ist.

MODERNE TECHNIKEN

Angesichts der hohen Kosten für den Austausch beschädigter Rotoren schreibt die Luftfahrtindustrie vor, dass ausgetauschte Teile oder Abschnitte von Rotoren ein akzeptables Gleichgewicht aufweisen müssen. Bei dieser Technik werden benachbarte Dummy-Teile verwendet, beispielsweise wird ein Kompressormodul mit einem Dummy-Turbinenmodul ausgeglichen und Kompressor- und Turbinenschaufeln werden ohne weitere Auswuchtung ausgetauscht. Diese Techniken stehen der allgemeinen Industrie zur Verfügung, wenn Kunden sie benötigen.

ZUSAMMENFASSUNG

Die neuesten Produktionsmethoden reduzieren oder eliminieren die Notwendigkeit des Auswuchtens bei Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen, aber angesichts der ständig steigenden Drehzahlen bei rotierenden Maschinen wird das dynamische Auswuchten auf absehbare Zeit notwendig bleiben. Das Verständnis des dynamischen Auswuchtens rationalisiert den gesamten Produktionsprozess.