Ist eine schwarze oder eine reflektierende Null-Markierung besser?

Die Phasengeber des hochpräzisen Auswuchtsystems PMB-CAROBA stellen sich im Zusammenspiel mit der CAROBA-Auswuchtsoftware in weiten Bereichen selbst ein, sodass ein stabiles und gutes Drehzahl- und Phasensignal abgeleitet werden kann. Wie ja schon in anderen Artikeln (siehe Inhaltsverzeichnis) geschrieben, verwendet unser System ja einen schwarzen oder weißen Strich, um die Phaseninformation zu bekommen.

Wie der aufmerksame Leser ja schon gemerkt hat, geht es in diesem Blog sehr oft um Fragen, die ich während meiner Seminare zuverlässig gestellt bekomme. Hier geht es um die Antwort zu: Wenn ich einen Strich aufbringen soll – ist eine schwarze oder eine reflektierende Null-Markierung besser?

Die einfache und schnelle Antwort:

Nehmen Sie einen schwarzen Edding, machen Sie einen Strich mit einer Mindestbreite → In den meisten Fällen ist das Thema damit vom Tisch.

Die Antwort mit ein wenig Hintergrundwissen:

Die Anwender unsere Auswuchtsystems setzen am liebsten unsere optischen Phasengeber ein, also den Lasertaster (einstellbare Empfindlichkeit, hoher Arbeitsabstand) und den Kontrasttaster (Empfindlich mit Teach-In, kleiner Arbeitsabstand). Beide optischen Taster brauchen einen möglichst guten Kontrast zwischen Strich und unmarkiertem Material.

  • Ist die Oberfläche also z.B. metallisch glänzend, dann werden sie mit einem schwarzen Strich sehr gute Ergebnisse erzielen.
  • Ist die Oberfläche metallisch matt, z.B. Gussoberflächen, funktionieren helle und dunkle Markierungen gleich gut, versuchen Sie zuerst einen schwarzen Strich.
  • Ist die Oberfläche sehr dunkel, z.B. schwarzer Kunststoff oder schwarz eloxiertes Aluminium, ist eine helle Markierung empfehlenswert.

Weitere Tips für Leute, die sich gerne viele Gedanken machen:

  • Reflektion vs. Streulicht:
    Für die erste Einstellung ist grundsätzlich der senkrechte Einfall des Tasterlichtes auf die Oberfläche zu empfehlen. Bei spiegelnden Oberflächen funktioniert das manchmal nicht zuverlässig, da generell zu viel Licht reflektiert wird und damit der Einstellbereich der Phasengeber verlassen wird.
    Nutzen Sie in diesem Fall das Streulicht des Striches! Lassen Sie den Lichttaster schräg auf die Oberfläche leuchten, wird auf unmarkierter Fläche das Licht vom Empfänger weg gespiegelt, die unmarkierte Fläche sieht also für den Lichttaster schwarz aus. Der Strich macht einen höheren Streulichtanteil und sieht für den Lichttaster also weiß aus – das funktioniert sehr oft auch bei schwarzen Strichen!
  • Gewicht:
    Wir wollen ja die Unwucht messen, also eine Ungleichverteilung von Gewicht bezogen auf die tatsächliche Drehachse. Damit sollte also eine Markierung auf dem Rotor möglichst leicht sein.
    Ein schwarzer Edding auf Farbstoffbasis (normaler Edding) ist sehr leicht.
    Ein Marker auf Pigmentbasis wiegt schon etwas mehr.
    Ein Marker auf Lackbasis ist für präzise Wuchtungen kleiner Rotoren bereits zu schwer.
    Aufkleber als Markierung (Isoband, Aluklebeband, Etiketten…) sind häufig noch schwerer als Marker auf Lackbasis.
    → Bei leichten Rotoren sollte auch die Markierung leicht sein. Besonders, wenn die Markierung auf großen Durchmessern aufgetragen wird.
  • Verschmutzungen:
    Falls Sie einen schwarzen Marker verwenden, ist es hilfreich, wenn der unmarkierte Bereich möglichst sauber ist. Bereits ein öliger Fingerabdruck, auch wenn er nicht schwarz aussieht, vermindert die Reflektion erheblich und kann daher zu Fehlinterpretationen („doppelte Drehzahl…“) führen. Halten Sie den Rotor sauber.

Und als abschließender Absatz: Diese Fragen wurden bisher immer vor dem ersten Einsatz des Systems gestellt. Haben die Anwender ein paar mal das System für verschiedene Aufgaben eingerichtet, kommen diese Fragen nicht mehr. Denn es ist in der Praxis tatsächlich recht einfach.

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Unwucht gegossener Räder

Die Lohnwuchtung von PMB bekommt immer wieder Gussteile (z.B. Turbinenräder oder Verdichterräder mit Bohrung und bearbeiteter Außenkontur) zum Vermessen / Wuchten. Die Kunden gehen dabei des öfteren davon aus, dass nur geringe bis keine Unwucht vorhanden ist, was wir bestätigen und bestenfalls optimieren sollen. Da die Außenkontur ja sehr gut laufend zur Bohrung bearbeitet ist, könne ja kaum noch Unwucht vorhanden sein.

Beim Vermessen auf unseren hochgenauen Anlagen zeigt sich dann, dass hier Theorie und Praxis immer wieder weit auseinander liegen. Einige Gussräder haben sogar soviel Unwucht, dass sie nicht wuchtbar sind (ohne Funktionsgefährdung nicht ausreichend Masse entfernbar).

Aber woran liegt das? Wir beschreiben hier zwei typische Ursachen, die für die Unwucht verantwortlich sein können. Dabei kann die Unwucht sowohl aus der Bearbeitung als auch aus dem Guss heraus kommen.

Variante 1 (Bearbeitung): Bohrung exzentrisch, Nabe zentrisch

Hier wurde bei der Bearbeitung die Bohrung (ungewollt) exzentrisch zur geplanten Drehachse des Gussrades gesetzt. Der Nabenteil des Rades ist also zentrisch, die Bohrung darin jedoch nicht. Nach der Bohrung erfolgte eine Überarbeitung durch Überdrehen der Außenkontur, um möglichst guten Rundlauf zu erreichen. Als Spannreferenz wurde also die zuvor gesetzte Bohrung genutzt.
Exzentrische Bohrung

In der überspitzten Zeichnung sieht man deutlich, dass links viel mehr „Flügelanteil“ und rechts viel mehr „Nabenanteil“ vorhanden ist. Vermisst man nun, auf der Suche nach der Unwuchtursache, die Außenkontur des Bauteil zur Spannreferenz (Bohrung), wird man keine Abweichung feststellen, das Rad läuft ohne Schlag sehr gut rund. Alles scheint in Ordnung zu sein, dennoch gibt es eine ungleichmäßige Verteilung der Masse im Bauteil. Was jetzt im Fertigteil den größeren Unwuchteinfluss hat, der exzentrische Nabenteil oder der exzentrische Flügelteil, kann berechnet werden. In der Turbopraxis überwiegt häufig die Nabe. Muss bei der Bearbeitung also viel Material zerspant werden, lohnt es sich das Rad genauer anzusehen.

Varinate 2 (Fehler in Gussform): Bohrung zentrisch, Nabe exzentrisch:

Bei dieser Variante sitzt die Bohrung zentrisch zur Außenkontur. Bei der Bearbeitung der Außenkontur auf Rundlauf wird nur minimal Material abgenommen, hat also auch nur kleinen Einfluss auf die Unwucht. Bei der Kontrolle der Außenkontur ist auch dieses Rad unauffällig.

Exzentrischer Guss

Im Lauf hat das Rad jedoch ein Unwucht, da die schwere Nabe exzentrisch ist, es liegt wieder einen ungleichmäßige Verteilung der Masse vor. Hier liegt also ein Fehler in der Gussform, häufig systematisch.

Abhilfe durch Auswuchten:

Durch Auswuchten kann man beide Varianten in die Spezifikation des Hersteller bringen. Voraussetzung hierfür ist, dass genug „Opfermasse“ vorhanden ist, also z.B. die Wandstärken nicht bis an die Grenze optimiert wurden. Der Wuchter braucht unbedingt Material für den Massenabtrag (z.B. Schleißring und Opfernase).

Für beide Fehlervarianten können wir bei PMB Nachweise führen und gemeinsam mit Ihnen Herstellprozesse oder Form optimieren.

 

Hat die Breite der Markierung einen Einfluss? Führt eine besonders schmale Markierung zu besonders genauen Messungen?

In unseren Schulungen und Lehrgängen fällt mir immer wieder auf, dass eine auf den ersten Blick ganz einfache Sache viele Fragen aufwerfen kann. Intuitiv machen sehr viele Teilnehmer den Strich der Markierung für den Phasengeber so schmal wie möglich. Und fragen dann: Muss ich die Markierung eigentlich so schmal wie möglich machen, um ganz genau auszuwuchten?

Wie immer zuerst die kurze Antwort für Anwender des PMB Auswuchtsystems CAROBA-BALANCER:

Nein, die Strichbreite hat nur minimalen Einfluss auf die Genauigkeit des Auswuchtsystems, solange der Strich breit genug ist, um überhaupt vom Phasengeber erkannt zu werden (dazu gleich mehr). Eine breite Markierung ist in aller Regel sogar von Vorteil.

Wie breit muss meine Markierung denn mindestens sein?

Das hängt von der Rotorgeschwindigkeit (Drehzahl), der Lichtschranke und davon, wo Sie den Rotor markieren können (an welchem Durchmesser), ab. Solange die Breite der Markierung nicht winzig im Vergleich zum Rotorumfang ist und der Rotor nicht rasend schnell dreht, ist in der Regel alles prima. Für die Anwender, die den Grenzbereich ausloten wollen oder müssen, die z.B. mit großen Rotoren bei sehr hohen Drehzahlen wuchten müssen, gebe ich hier Formeln zur Berechnung der Mindeststrichbreite an.

Mindeststrichbreite für den Lasertaster des Auswuchtsystems PMB CAROBA:

Trigger Formel Laser

 

 

Mindeststrichbreite für den Kontrasttaster des Auswuchtsystems PMB CAROBA:

Trigger Formel Kontrast

 

 

b = Breite des Striches [mm]
fDreh = Drehfrequenz der Spindel [1/s]
d = Durchmesser, auf dem sich der Strich befindet [mm]
π ≈ 3,14

Beispielrechnung
Wir machen zur Veranschaulichung eine Beispielrechnung für der Kontrasttaster mit folgenden Rotordaten:
Unser Rotor wird sich beim Auswuchten mit 60.000 U/min drehen. Das entspricht 1.000 Hz:

fDreh = 1.000 1/s

Unsere Markierung ist 10 mm von der Mitte der Rotationsachse entfernt, also auf einem Durchmesser von 20 mm:

d = 20 mm

Wir setzen ein:

Trigger Formel Strichbreite

 

 

Aufgerundet kommt man so auf einen Wert von 7 mm als absolutes Minimum, das entspricht ca. 1/9 des Umfangs – schmaler darf der Strich nicht sein. In der Praxis würde man hier einfach eine Breite von 20 mm (1/3 Umfang) wählen, um locker über den 7 mm zu liegen.

Richtlinien für die optimale Markierungsbreite

  • Je kleiner der Durchmesser ist, auf dem Sie markieren können, umso schmaler kann der Strich sein.
  • Je schneller der Rotor dreht, umso breiter muss der Strich sein
  • Lieber ein bischen zu breit als zu schmal
  • Aber: Wenn die Markierung merklich Masse auf den Rotor bringt übertreiben Sie es nicht mit der Breite. Schauen Sie bei Bedarf nach einem anderen Markierer. Ein Lack-Edding macht merklich schwere Striche, ein normaler Edding-Marker macht leichte Striche.