Kennzahl: Unwucht U und Unwuchtmasse u

Nur um sicher zugehen: Die Unwucht U (Großbuchstabe) ist etwas anderes als die Unwuchtmasse u (Kleinbuchstabe).

Die intuitivste Kennzahl für den Unwuchtzustand eines Rotors ist die Unwuchtmasse u. Mit der Angabe u = 1 Gramm ist direkt klar, dass an einer Stelle des Rotors 1 Gramm zuviel oder zuwenig ist. Leider hat diese direkte Angabe der Unwuchtmasse einen Nachteil: Sie führt leicht zu Missverständnissen. Denn die Wirkung dieser Masse hängt vom Radius ab, auf dem sie sitzt. Je weiter außen am Rotor, desto größer die Fliehkraft und damit die Wirkung. Also sollte man dem Kollegen statt „mach mal 1 Gramm weg“ besser sagen „mach mal 1 Gramm auf dem Radius 100 mm weg“.

Und genau dafür gibt es die Angabe der Unwucht U=u*r. Sagen Sie nun dem Kollegen „mach mal 100 g*mm weg“, dann bohrt er eben 1 Gramm auf 100 mm Radius oder 2 Gramm auf 50 mm Radius weg.

Empfehlung: Wenn beim Radius Interpretationsspielraum ist, dann unbedingt in Unwucht [gmm] kommunizieren. In unserer Lohnwuchtung ist das aus gutem Grund die übliche Einheit.

Falls Sie mehr über U <-> u wissen wollen, dann schauen Sie mal hier rein.

Unwucht, Fliehkraft: Der Einstieg

Bisher ging es um allgemeine Themen rund um Unwucht und Auswuchten, jetzt verschaffen wir uns mit einfachen Grundlagenberechnungen ein Gefühl für die Zusammenhänge. Unwucht und Fliehkraft

Unwucht spüren wir in einer Vibration bei sich drehenden Rotoren. Ein Auto vibriert, weil ein Autoreifen eine Unwucht hat, ein Handschleifer (Flex) vibriert, weil der Motor oder die Flexscheibe eine Unwucht hat, unser Handy vibriert, weil man absichtlich einen kleinen Motor mit Unwucht eingebaut hat. Diese Vibrationen werden von der Fliehkraft einer ungleich über den Rotor verteilten Masse erzeugt. Auf der Abbildung rechts sehen wir eine Unwuchtmasse u, die auf einem Radius r mit der Kreisfrequenz ω umläuft und dabei eine Fliehkraft F erzeugt, die nach außen gerichtet ist. Diese Fliehkraft berechnet sich nach den beiden kleinen Formeln:

Fliehkraft

Bevor wir weitermachen, noch ein paar Worte zu den Konventionen und Begriffen:

  • u ↔ U: Der Kleinbuchstabe bezeichnet die Masse der Unwucht, also die Unwuchtmasse. Der Großbuchstabe bezeichnet die Unwucht selbst als das Produkt aus Unwuchtmasse und Radius.
    Vorteil der Verwendung der Unwucht U statt der Unwuchtmasse u: In der Kommunikation mit Kollegen und Partnern haben Sie mit der Unwucht U einen Begriff, der direkt mit anderen Rotoren vergleichbar ist. Teilen Sie den Wert einfach durch den Radius, an dem korrigiert werden soll, und Sie erhalten die dazugehörige Masse.
    Der Vorteil wird an einem Beispiel schnell deutlich: Ein Kollege sagt Ihnen, er habe einen Rotor bis auf 1g (g=Gramm) ausgewuchtet, ob das gut genug wäre. Hat er die Restunwuchtmasse u=1g auf dem Radius r=5mm, hat er also eine Restunwucht von U=5gmm erreicht. Hat er dagegen auf einem Radius von r=100mm gearbeitet, hat er eine Restunwucht von U=100gmm erreicht. Das ist ein riesiger Unterschied!Sprechen Sie immer in U[gmm], sowohl intern, wie auch mit den Partnern und Kunden! Dann wird es die Fehlerquelle „Welcher Radius?“ nicht geben!
  • Einheiten: Unsere PMB-CAROBA Auswuchtsysteme werden zur Verbesserung einer riesigen Bandbreite von Rotoren eingesetzt. Die gewünschten Restunwuchten variieren dabei von mg*mm bis kg*mm oder gar kg*m (5 Gramm Mikroturbine als Wasserstoffpumpe bei 500.000 U/min bis 25 Tonnen Sammeltrommel bei 30 U/min für die Herstellung von Steinwollematten). Auswuchten können wir das alles, aber jede dieser Branchen verwendet gerne zur Vereinfachung eigene Einheiten.
    Geben Sie grundsätzlich die verwendeten Einheiten mit an, damit Sie gemeinsam über die gleiche Größenordnung reden!
    Die NASA hat schon Sonden am Mars vorbei geschossen, weil es in der Kommunikation keine Klarheit über verwendete Einheiten gab! Ein vergleichbares Missgeschick bei einer Serienlieferung an VW … ist ein ordentliches Problem.Fliehkraft

In den oben stehenden Gleichungen für die Fliehkraft wird diese sowohl aus der Unwucht U, wie auch aus der Exzentrizität e berechnet. Rechts greifen wir diese Gleichungen nochmal auf. Stellen Sie sich bitte eine dünne Scheibe mit dem Durchmesser D=1.000mm (r=500mm) und einem Gewicht von m=1.000g vor. Im Ausgangszustand sei diese Scheibe perfekt ausgewuchtet, die Masse ist ideal gleichmäßig verteilt. Sie erhalten die gleiche Fliehkraft, wenn Sie auf der Außenseite eine Unwuchtmasse u=1g auf r=500mm (U=500gmm) aufbringen, oder wenn Sie die perfekte Lagerung der Scheibe um e=0,5mm aus der Mitte bewegen! Rechnen Sie es aus U=m*e=u*r einfach nach.

Unwucht U aus m*e oder u*rDiese Gleichung ist eine der wichtigsten Gleichungen für den Auswuchter, daher wiederhole ich Sie auf der rechten Seite nochmal. Sie können damit z.B. die Massenkorrektur zwischen verschiedenen Radien umrechnen. Beispiel: Sie wollen die U=500gmm an der Schreibe ausgleichen, haben aber kein u=1g Klebegewicht für die Anbringung auf dem r=500mm. Sie finden in Ihrer Auswuchtkiste dafür ein u=5g Klebegewicht, das Sie dann eben auf r=500[gmm]/5[g]=100mm aufbringen und damit den gleichen Effekt erreichen.

Praxisbeispiel: Diese Werte sind übrigens aus unserer Praxis als Lohnwuchter. Eine vergleichbare Schwungscheibe wird bei uns in der Serie ausgewuchtet. Die genauen, auf einem unserer PMB-CAROBA Auswuchtstände ermittelten Werte, sind:

Anlieferzustand

U=3.450 gmm; u=15 g; r=230 mm (im Mittel über die gesamte bisherige Serie) n=3.000 1/min
m=7.500 g

Fliehkraft Praxisbeispiel Schwungscheibe

Diese Fliehkraft von 340 N entspricht bei 3.000 U/min also der Gewichtskraft einer Masse von 34 kg. Man kann sich vorstellen, was diese Kraft bewirkt! Ziehen und drücken Sie 3.000 mal pro Minute an Ihrem Schreibtisch mit einer Kraft von 340 N (entspricht 34 kg)! Es ist sofort verständlich, dass diese heftige Vibration unerwünscht ist.

Auslieferzustand

Unser Kunde gibt uns als Vorgabe eine Restunwucht von U=400 gmm nach dem Auswuchten vor, er wünscht also eine Verbesserung um den Faktor 8,625. Das entspricht dann also (rechnen Sie es nach, ob Sie auf die gleichen Ergebnisse kommen):

u = 1,7 g (Wir bringen zur Korrektur also mindestens 13,3 g auf oder entfernen diese)
F = 39,5 N

Meiner Meinung nach ist das immer noch eine sehr deutliche Unwucht. Der Kunde hat berechnet, dass ihm diese Restunwucht ausreicht, also wird er uns für eine bessere Wuchtung auch nicht mehr bezahlen. Wir wuchten trotzdem auf U=200gmm und  damit doppelt so gut wie benötigt, denn für uns bedeutet es in diesem Fall durch unser sehr effektives CAROBA-System den gleichen Aufwand und der Kunde gewinnt Reserve für Montageungenauigkeiten.

Damit haben wir jetzt einen schönen Einstieg gefunden. Was wir nun wissen:

  • Die Fliehkraft ist prinzipiell sehr einfach zu berechnen.
  • Die Fliehkraft ist linear von Radius r oder Exzentrizität e abhängig. Verdoppeln wir den Radius unserer Massenkorrektur, müssen wir nur noch die Hälfte der Masse entfernen/aufbringen.
  • Die Fliehkraft ist quadratisch von der Drehzahl abhängig. Verdoppeln wir die Drehzahl, wird sich die Fliehkraft vervierfachen. Je schneller ein Rotor dreht, umso besser muss er also im Allgemeinen ausgewuchtet werden.
  • Wir kennen den Unterschied zwischen Unwuchtmasse und Unwucht. Wir können die Unwuchtmasse auf verschiedene Radien umrechnen.

Im nächsten Artikel wird es dann um den Unterschied zwischen scheibenförmigen Rotor und allgemeinem Rotor gehen. Also um den Unterschied zwischen statischem und dynamischen Auswuchten, bzw. zwischen Auswuchten in einer Ebene und in zwei Ebenen.

Was ist Ihre Meinung zu diesem Artikel? Genau richtig, zu schnell, zu langsam, besondere Wünsche oder Fragen? Ich freue mich auf Ihre Rückmeldung!

Fragen und Antworten mit denen Sie als Lohnwuchter sicherstellen, dass Sie die gewünschte Qualität abliefern können

Im letzten Artikel ging es um Fragen, mit denen sich Auftraggeber darauf vorbereiten können, dass der Lohnwuchter optimale Qualität sicherstellen kann (Fragen des Auftraggebers zur Vorbereitung).  Selbstverständlich stellen Sie als Lohnwuchter genau diese Fragen, damit Sie möglichst viel über die Aufgabenstellung erfahren. Zusammengefasst ist die wichtigste Aufgabe für einen Lohnwuchter:

Verstehen, wie das Bauteil eingesetzt wird

Denn dann können Sie bei sich als Lohnwuchter genau die Maßnahmen treffen, die Ihren Auftraggeber glücklich machen werden. Hier nun einige Punkte, die wir bei der PMB-Lohnwuchtung für optimale Ergebnisse anwenden.

Einspannung gelagerter Objekte (z.B. Spindeln mit eigener Lagerung): Identische oder bessere Einspannung, als im späteren Einsatz. Hier ist natürlich ein Kompromiss zu finden – die Werkstücke müssen schnell gewechselt werden können, aber auch sicher befestigt sein. Bei PMB setzen wir dafür entsprechende Module aus unserem Baukastensystem ein, in einigen Fällen stellen wir angepasste Systeme her. Je höher die Stückzahl, umso sinnvoller ist der Einsatz speziell dafür optimierter Einspannungen.

Durch Sie zu lagernde Objekte: Sprechen Sie die Lagerung unbedingt mit Ihrem Auftraggeber ab. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn auch Sie an den Lagerstellen auflagern, die später beim Einsatz des Produkts verwendet werden. Also an den Lagerpassungen oder den Flächen der Öl-/Luftlagerung. 
Häufig kann Ihnen Ihr Auftraggeber einen Stator liefern, den Sie zur optimalen Lagerung im Wuchtstand modifizieren können. Häufig ist dieser Aufwand gar nicht nötig und Sie kommen mit einem Systemmodul schneller auf sehr gute Ergebnisse. Gerade in diesen Punkten der Einspannung, Lagerung und des Antriebs übernehmen wir für die Partner im PMB-Lohnwuchtnetzwerk gerne die technische Lösung, damit sich der wuchtende Partner voll auf seine Aufgabe konzentrieren kann: Die schnelle und effektive Wuchtung.

Spannung/Lagerung auf Wuchtspindel: Wuchtobjekte mit Bohrung, also ohne Welle oder Wellenzapfen, können der effektiv auf Wuchtspindeln aufgenommen werden. Bei PMB haben wir für diesen Zweck mehrere Spindelgrößen entwickelt, die mit Adaptern eine schnelle und besonders flexible Lösung bieten.
Zur weiteren Genauigkeitssteigerung kann das Umschlagverfahren eingesetzt werden. Das System-CAROBA bietet auch hier eine besonders effektive Lösung.

Qualitätssicherung: Kontrollieren Sie grundsätzlich die ersten Teile mit zusätzlichen Messungen, beispielsweise Schwingungsanalyse, Umschlagverfahren, Statistikfunktionen…
Bei Großserien ist es sehr empfehlenswert, Stichpunktkontrollen der Ergebnisse durchzuführen. Sprechen Sie die Zyklen mit der QS Ihres Auftraggebers ab!
Sprechen Sie die Grenzwerte des Arbeitsergebnisses eindeutig ab, halten Sie diese Grenzwerte unbedingt ein!  Wir gehen bei PMB einen Schritt weiter, um unseren Kunden mehr Sicherheit zu bieten: Wir wuchten mindestens 25% besser als nötig. Wo es wirtschaftlich ist, wuchten wir z.B. grundsätzlich 2,5x besser als nötig, also bei vereinbarten G6,3 mm/s wuchten wir auf G2,5 mm/s. Diesen Sicherheitsabstand können wir durch unser optimiertes System bieten, da es in diesen Gütebereichen für uns nur einen geringen Mehraufwand bedeutet.

Zusatznutzen Statistik: Falls Ihr Auswuchtsystem statistische Auswertungen beherrscht, das PMB-System-CAROBA leistet das:

  • Setzen Sie die Nullmarkierung möglichst für alle Teile einer Serie identisch. Also im gleichen Winkel zu einem Merkmal des Wuchtguts. Beispiel KFZ Schwungscheibe: Der Zahnkranz für den Drehgeber des Motors hat eine Lücke – setzen Sie dort die Nullmarkierung. 
  • Vorteil: Zeigt die statistische Auswertung eine Systematik, können Sie mit dieser Angabe dem Auftraggeber und damit auch sich eine Freude mit dieser Information machen. Oft kann Ihr Auftraggeber mit minimalen konstruktiven Änderungen oder angepassten Montagen die Grundunwucht so verringern, dass Ihnen die Wuchtung leichter und damit günstiger gelingt.
  • Bonus: Legen Sie den Statistikbericht den Wuchtprotokollen einer Charge bei. Die QS Ihres Auftraggebers wird sich darüber freuen und Sie als vertrauenswürdigen Partner sehen. Machen Sie die QS Ihres Auftraggebers zu Ihrem Verbündeten, Sie haben ohnehin die gleichen Ziele!

Dokumentation: Dokumentieren Sie alles. Technische Klärung, Durchführung, Ergebnis. Speichern Sie zu jedem Werkstück ein aussagefähiges Wuchtprotokoll!
Bei Erstwuchtungen ist ein physikalischer Beleg der Verbesserung empfehlenswert. Speichern Sie die Schwingungssignale und das Spektrum vorher/nachher in hoher Auflösung und unbearbeitet ab.
Legen Sie alle Daten nach einem bei Ihnen standardisierten System ab. Wir bei PMB speichern z.B. die Daten (cal, rot, Wuchtverlauf, Signale, Berichte) in entsprechenden Unterordnern zum Auftrag auf unseren Servern. 

Arbeitsanweisungen: Geben Sie Ihren Mitarbeitern klare und vollständige Arbeitsanweisungen. Stellen Sie sich vor, dass wegen eines Missverständnisses eine Kundenserie zu Ausschuss wird – das würde Sie als Auftraggeber auch maßlos ärgern. Dokumentieren Sie die Arbeitsanweisung und stellen Sie die Umsetzung sicher. Dann brauchen Sie sich auch keine Gedanken über Folgen eines solchen Fehlers machen.

Was meinen Sie, wie sind Ihre Erfahrungen?
Habe ich einen typischen Punkt vergessen?
Ist der Artikel zu lang? Genau richtig?

Welche weiteren Informationen wünschen Sie zu diesem Thema der Absprache und technischen Klärung einer Lohnwuchtung?

Ich freue mich auf Ihre Rückmeldung und Ihre Kommentare!

Im nächsten Artikel wirds dann technisch/physikalisch: Fliehkraft, Unwucht, Kennzahlen und so weiter. Also schauen Sie mal in das Inhaltsverzeichnis, ob der nächste Artikel schon veröffentlicht ist!

Einleitende Worte oder „Hallo Welt“

Wenn sich etwas dreht und nicht oder schlecht ausgewuchtet ist, funktioniert es nicht optimal. Reifen lassen das ganze Auto vibrieren, Elektromotoren brummen und Maschinen verschleißen schneller. Natürlich kann man in der Fertigung darauf achten, dass so wenig Unwucht wie möglich entsteht – eine perfekte Drehmaschine könnte perfekt rund laufende Teile herstellen. Leider gibt es keine perfekte Drehmaschine. Und baut man mehrere „perfekte“ Teile zusammen, entsteht durch die unvermeidbare Montagetoleranz wieder Unwucht.

Dieses Blog geht das Thema von der praktischen Seite an. Die dahinter stehende Mathematik und Physik wird so einfach wie möglich behandelt. Wer ein fundamentales Werk über Rotordynamik sucht, möge bitte weitersuchen. Wer wissen möchte, was man gegen dieses lästige Brummen machen kann und welche Qualitätssteigerung effektiv erreichbar ist, ist hier richtig.

Wir bei PMB sind alle damit beschäftig perfekte Auswuchtsysteme und -maschinen zu bauen. Wir entwickeln bei PMB die Hardware, Software und Mechanik, aus denen wir zu unseren Kunden passende Lösungen erstellen. Und dabei stelle ich regelmäßig fest, dass es bei vielen unserer Kunden um sehr ähnliche Fragen geht. Genau diese Fragen werden hier beantwortet. Meine Koautoren und ich wollen und werden die Dinge dabei einfach halten. Dann funktionieren sie.

Wenn Sie weiter gehende Unterstützung wünschen, können Sie gerne anrufen oder schreiben.  Bei Info und im Impressum finden Sie innerhalb dieses Blogs Kontaktmöglichkeiten.

Von 5 mm Mikroturbinen über Turbolader, Kreiselkompasse bis hin zu riesigen Zentrifugen, wir bei PMB sind die Experten. Und weil es mir sehr großen Spaß macht technisch zu arbeiten und zu unterstützen, erzähle ich nicht nur gerne wie wir bei PMB unsere Ergebnisse erreichen, ich höre Ihnen sogar aufmerksam zu. Also sagen Sie mir, welches Thema rund um Auswuchten Sie interessiert und ich werde es in meinen Zeitplan aufnehmen.

Also auf gehts! Der Plan ist hier eine wachsende Infoplattform über das Auswuchten mit dem PMB-Auswuchtsystem CAROBA zu schaffen. Sie können durch die Artikel blättern, ebenso können Sie sich sehr gerne auch strukturiert über das Inhaltsverzeichnis bewegen.

Ich wünsche Ihnen viel Spaß auf diesen Seiten, auch wenn das Thema manchmal trocken erscheinen mag. Unwucht und Auswuchten ist interessant, überzeugen Sie sich bei YouTube :