Welchen Einfluss hat die Auflagerstelle?

Ein wichtiges Thema, denn hier kann man viel falsch und viel richtig machen:
Welchen Einfluss auf die Vibrationsgüte im Endprodukt haben verschiedener Auflagerstellen beim Auswuchten?

Um die Dinge verständlich zu halten, werden wir ein vereinfachtes Modell benutzen, dem wir dabei einen realen Fertigungsfehler verpassen. Wir betrachten einen Scheibenrotor mit rein statischer Schwerpunktsunwucht (1 Ebenen Unwucht in der Schwerpunktebene, der einfachste Fall). Das Rotorgewicht beträgt 10kg. Die zulässige Restunwucht beträgt 100gmm.

Um einen griffigen Vergleichswert zur Unwucht U=100gmm zu haben, rechnen wir mit folgender einfachen Formel die Exzentrizität aus, die einer solchen Unwucht entspricht:

Formel_e

Hiermit ergibt sich eine erlaubte gedachte Restexzentrizität der Scheibe von 10µm, bezogen auf die tatsächliche Drehachse. 0,01mm Exzentrizität, das ist zu schaffen. Nehmen wir nun an, dass bei der Fertigung eine unvermeidbare Ungenauigkeit aufgetreten ist. Da ist Vieles möglich, zur Verdeutlichung nehmen wir wieder einen einfachsten Fall: Es sei die Welle mei einer leichten Verbiegung eingesetzt worden, siehe Bild.

Exzentrizitaet der Auflagerstelle

Beide Wellenende weisen in diesem Fall eine leichte Schiefstellung auf.  Betrachtet wir nun zwei unterschiedliche Auflagerstellen, Auswuchtlagerung LA außen und als späteren Sitz der Lager die Betriebslagerung LB weiter innen. Und nehmen wir an, dass durch die krumme Welle eine gleichphasige Rundlaufdifferenz von 10µm (Spitze-Spitze) auftritt, also die Rotationsachsen der Lagerstellen A und B eine Exzentrizität von 5µm zueinander haben. Schauen wir jetzt, was das für die folgenden Arbeitsschritte bedeutet:

Auswuchten in Lagerstelle A

Im ersten Schritt wird der Rotor in den Lagerstellen A aufgelagert und auf die geforderte Restunwucht von 100gmm gewuchtet. Die Exzentrizität der momentanen Drehachse (bezogen auf LA) beträgt nun also maximal die erlaubten 10µm (bei 100gmm und 10kg Rotorgewicht).  Der Rotor wird nun auf der Auswuchtanlage als „innerhalb der Spezifikation = i.O“ angezeigt.

Vor Auswuchten: 

Unwucht Lagerstelle A

Nach Auswuchten:

Ausgewuchtet Lagerstelle A

Was bedeutet das kritisch betrachtet für den späteren Einsatz im Gesamtaufbau, einem Ihrer Produkte:

Auflagerung in B nachdem in Lagerstellen A ausgewuchtet wurde

Nach dem Auswuchten wird der Rotor verbaut. Im eingebauten Zustand werden jetzt die Lagerstellen LB verwendet. Wie bereits oben erwähnt, haben wir dadurch eine Verschiebung der Drehachse um 5µm.

Formel_U

Dadurch verändert sich die Unwucht um 50gmm. Im ungünstigsten Fall (mit dem wir immer rechnen müssen) addiert sich diese durch Umlagerung entstandene Unwucht auf die vorhanden Restunwucht von 100gmm. Das bedeutet, der Rotor hätte dann eine Unwucht von 150gmm und liegt somit weit außerhalb der Toleranz, siehe Bild unten. Für Ihr Produkt bedeutet das, das die Schwingungsgüte bei einer erheblichen Anzahl der Produktion deutlich schlechter sein wird, als dies erwartet wird. Also Ausschuss.

Unwucht Lagerstelle B

 

Auflagerungsstelle beim Auswuchten entspricht der Betriebslagerung

Wellen, Rotoren und Montageschritte haben immer kleine Ungenauigkeiten. Das ist unvermeidbar. Und (auch) genau deswegen wird ausgewuchtet. Denn eine gute Auswuchtstrategie beseitigt die Auswirkungen dieser unvermeidbaren Ungenauigkeiten der Mechanik.

Wird der Rotor beim Auswuchten dort aufgelagert, wo er auch im späteren Betrieb gelagert sein wird, werden die Einflüsse der „schiefen“ Welle mit ausgeglichen. Noch besser wäre es, den Rotor im Betrieb im Produkt auszuwuchten – was nicht immer gehen wird. Mit der Auflagerung an den späteren Lagerstellen hat man den besten Kompromiss.

Unwucht Lagerstelle A=B

Ausgewuchtet Lagerstelle A=B

 Zusammenfassung:

  • Der Rotor sollte zur Wuchtung möglichst immer dort aufgelagert werden, wo er auch bei Betrieb gelagert sein wird.
  • Am besten ist eine Auswuchtung in den Lagerstellen, also mit betriebsfertig verbautem Rotor – was bedauerlicherweise nicht immer möglich ist.
  • PMB als Entwickler, Hersteller und erfahrener Anwender von präzisen Auswuchtsystemen leistet wesentlich mehr als viele Lohnwuchter. Wir stellen sicher, dass alles Machbare zur Sicherstellung der Qualität einer Wuchtung unternommen wird. Auch wichtig: Wenn etwas nicht machbar ist, sagen wir Ihnen das und erarbeiten gemeinsam mit Ihnen eine machbare Lösung. Denn selten ist die Realität so einfach wie das Beispiel dieses Eintrages.

Als Nachwort: Falls Sie solche Einflüsse für konstruiert halten und die Auswirkungen kleiner Exzentrizitäten nicht kennen – schauen Sie doch mal in einige der vorherigen Kapitel rein und rechnen Sie die Beispiele dort mit z.B. Turboladern oder anderen schnell drehenden Systemen durch. Bei einer Mikroturbine als Extremfall stellte der Kunde erst bei Restexzentrizitäten im Nanometerbereich gute Schwingungseigenschaften fest. Und wir können das leisten, reproduzierbar und abgesichert.

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