Wie funktioniert der Phasengeber eigentlich?

Bei der dynamischen Unwuchtmessung werden die Schwingungen während einer Umdrehung des Werkstücks (z.B. ein Verdichterrad eines Turboladers) gemessen. Gleichzeitig tastet der Phasengeber eine Markierung auf dem Werkstück ab. Damit liegen dem PMB-CAROBA Auswuchtsystem Messwerte zu den Unwuchtschwingungen, der Drehzahl und der Zeit seit dem letzten Passieren der Markierung am Phasengeber vor.

Daraus wird die Unwucht U [gmm] und der Winkel, an dem diese sitzt, berechnet. Das wird zusammen mit einer Auswuchtanweisung zur Anzeige gebracht.

Die Markierung auf dem Werkstück (Welle, Verdichterrad…) sollte sich im Kontrast vom Werkstück unterscheiden. Werkstücke aus Metall versehen wir in unserer Lohnwuchtung fast immer mit einem Eddingstrich.

Triggermarkierung

Typische Triggermarkierung in einem PMB-internen Kalibrieraufbau.

Zum Zeitpunkt dieses Artikels (2.2014) steht das Auswuchtsystem mit 3 einfach zu bedienenden Phasengebern zur Verfügung. Auf Wunsch sind nahezu beliebige andere Phasengeber möglich. Alle Phasengeber können mit Montagematerial (Universalhalter, Gelenkarm…) bezogen werden.

Kontrasttaster mit Teach-in:

Der Kontrasttaster hat 12,5 mm Arbeitsabstand. Sensorlicht auf die Markierung auf dem zu wuchtenden Bauteil richten, den Teach-in-Knopf drücken, neben die Markierung richten, den Teach-in-Knopf erneut drücken, fertig eingerichtet.

Lasertaster

Der Lasertaster funktioniert bis zu einem Arbeitsabstand von 250 mm. Statt Teach-in wird hier die Empfindlichkeit manuell eingestellt, bis eine Kontroll-LED bei Passieren der Markierung kurz leuchtet oder aus geht (je nachdem ob hellere oder dunklere Markierung).

Induktiver Taster

Dieser Taster kann unter Öl und in extremen Umgebungen eingesetzt werden, da er nicht optisch funktioniert. Allerdings ist statt eines Striches auf dem Werkstück eine Nut oder eine Erhebung nötig. Der Arbeitsabstand beträgt 1,5 mm.

Die Sensoren sind ein sehr zuverlässiger Bestandteil des Auswuchtsystems. Bei der Einrichtung kann das Signal in der Signal-Anzeige („Signal-Tab“) kontrolliert werden. Es sollte bei drehendem Werkstück ein störungsfreies Rechtecksignal zu sehen sein. Über den Arbeitsabstand und die Empfindlichkeitseinstellung ist die Justage auf ein sauberes Signal schnell erledigt.

Triggersignal

Sauberes Triggersignal in der Signalanzeige des PMB-CAROBA Auswuchtsystems.

Sind in dieser Anzeige wie im Bild keine Störungen zu erkennen, ist alles richtig eingestellt und die Phasenmessung wird mit hoher Genauigkeit funktionieren

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Kennzahlen: Wuchtgüte G

Die Wuchtgüte G in mm/s ist ein Qualitätsmerkmal, das den auswuchttechnischen Vergleich von Rotoren ermöglicht.

Im Allgemeinen darf die zulässige Unwucht umso größer sein, je schwerer der Rotor ist. Deshalb wird die zulässige Restunwucht Uzul auf die Rotormasse m bezogen. Erfahrungen aus der statistische Auswertung von Schadensfällen zeigen, dass auch die Drehzahl eine wichtige Rolle spielt und eine Schädigung eines bestimmten Maschinentyps bei gleichem Produkt aus ezul (zulässige Exzentrizität) und Drehzahl eintritt. Ist also die Wirkung auf eine Maschine mit ezul*ω=const gleich, ist auch die Lagerbeanspruchung ungefähr gleich.

Im Begriff der Wuchtgüte wird also berücksichtigt:

  • Höhere Drehzahlen verursachen größere Unwuchtkräfte auf die Lagerung.
  • Größere Rotoren erzeugen bei gleichem ezul größere Unwuchtwuchtkräfte auf die Lager, wobei größere Rotoren auch Lager größerer Tragfähigkeiten haben.
  • Ist für zwei unterschiedliche Rotoren ezul*ω identisch, werden beide Rotoren voraussichtlich die gleiche Funktionsdauer zeigen.

Die Zusammenhänge als recht einfache Formel:

mit

Alle Rotoren einer Güteklasse haben also bei gleicher Drehzahl:

  • auch bei unterschiedlichem Gewicht gleiche Exzentrizitäten,
  • das gleiche Verhältnis von U/m (Unwucht zu Masse).

Zur Veranschaulichung der Einflüsse von Unwucht, Gewicht und Drehzahl auf die Wuchtgüte, werden im Folgenden drei Beispiele angeführt.

Beispiel 1: Gleiche Rotoren, gleiche Drehzahl, unterschiedliche Unwucht:

U= 400 gmm; n = 3.000 1/min; m = 7.500 g = 7,5 kg

U= 200 gmm; n = 3.000 1/min; m = 7.500 g = 7,5 kg

Eine Halbierung der Unwucht hat also eine Verbesserung der Wuchtgüte um den Faktor zwei zur Folge. Gewicht und Drehzahl wurden nicht verändert.

Beispiel 2: Gleiche Unwucht, gleiche Drehzahl, unterschiedliches Rotorgewicht

U = 400 gmm; n = 3.000 1/min; m1= 7.500 g = 7,5 kg 

U = 400 gmm; n = 3.000 1/min; m2 = 3000 g = 3 kg

Eine Reduktion des Rotorgewichts, um den Faktor 2,5, führt zu einer Verschlechterung der Wuchtgüte um diesen Faktor. Unwucht und Drehzahl wurden nicht verändert.

Beispiel 3: Gleiche Unwucht, gleiches Rotorgewicht, unterschiedliche Drehzahl

U = 400 gmm; n1 = 3.000 1/min; m = 7.500 g = 7,5 kg

U = 400 gmm; n= 1.000 1/min; m = 7.500 g = 7,5 kg

Senkt man die Drehzahl auf ein Drittel, verbessert sich die Wuchtgüte um den Faktor drei. Rotorgewicht und Unwucht sind gleich.

Zusammenfassend:

  • Die Wuchtgüte ist keine direkte Angabe der Unwucht oder Unwuchtmasse, erlaubt aber den Vergleich verschiedenster Rotorgrößen.
  • Je schwerer ein Rotor ist, desto mehr Unwucht darf er bei gleicher Wuchtgüte haben.
  • Je höher die Drehzahl ist, desto besser muss bei gleichem Rotorgewicht ausgewuchtet werden.

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!

Fragen und Antworten, mit denen Sie sicherstellen, dass Ihr Lohnwuchter optimale Qualität abliefert

Wir alle kennen diese Situation: Wir wissen, dass ein Bearbeitungsschritt die Qualität unserer Produkte verbessern kann – aber wie finden wir den richtigen Partner und welche Informationen braucht er, um mit der gewünschten Präzision das Ergebnis zu bringen?

Aus meiner Sicht als Lohnwuchter (und Entwickler/Hersteller von Auswuchtsystemen) sind die wichtigsten Stichwörter jeder Zusammenarbeit

  • Vorbereitung,
  • offener Informationsaustausch,
  • Vertrauen und
  • Verbindlichkeit.

Vorbereitung

Die wichtigsten Eckdaten für die zu lösende Auswuchtaufgabe kennen Sie natürlich, sonst gäbe es ja keine Aufgabe. Ihr Lohnwuchter wird Ihnen am schnellsten eine fundierte Aussage geben können, wenn Sie auf einige Fragen vorbereitet sind. Falls Sie diese (und weitere) Fragen noch nicht beantworten können, wird Sie ein guter Lohnwuchter durch die Themen lotsen. Falls Sie Ihrem Ansprechpartner eine Zeichnung zukommen lassen können, werden sich viele Fragen ohnehin schnell erledigen.

  • Anzahl der Korrekturebenen? (1-Ebenen bei z.B. scheibenförmigen Rotoren, 2-Ebenen für vollen dynamischen Ausgleich, 3-Ebenen für den getrennten Ausgleich von statischer Unwucht und Momentenunwucht…)
  • Maße des Rotors, wichtige Durchmesser, Längen/Abstände
  • Gesamtgewicht des Objektes, Gewicht der drehenden (Rotor) und stehenden (Stator) Teile
  • Betriebsdrehzahl, wie schnell dreht sich der Rotor im Betrieb. Gibt es kritische Drehzahlen?
  • Zu erreichende Qualität? (Wuchtgüte oder Restunwucht…)
  • Falls Sie es angeben können: Wie unwuchtig wird der Rotor beim Lohnwuchter ankommen?
  • Lagerung und Antrieb
    • Eigene Lagerung oder durch den Lohnwuchter zu lagern?
    • Welche Art der Lagerung falls vorhanden? Besonderheiten z.B. vorzuspannende Wälzlagerung, zu versorgende Öl-/Luftlagerung?
    • Falls ohne vorhandene Lagerung: Wo kann der Lohnwuchter den Rotor lagern? Gibt es mögliche weitere Lagerstellen, die mit guter Genauigkeit zu den Originallagerstellen laufen?
    • Treibt sich der Rotor selbst an, ist er durch den Lohnwuchter anzutreiben? Gibt es Besonderheiten, z.B. „Flügel“ für einen geregelten Luftantrieb?
  • Wie soll ausgewuchtet werden?
    • Additiv (Aufkleben, Schraubgewichte an festen Orten, Aufschweißen…)
    • Subtraktiv (Bohren, Schleifen, Flexen, Fräsen…)
  • Gibt es Besonderheiten, z.B. verbotene Zonen, zu erhaltende Mindestwandstärken?

Offener Informationsaustausch

Sprechen Sie offen alles an, was Ihnen Kopfschmerzen bereitet. Ist der Lohnwuchter ebenso offen, werden Sie gemeinsam schnell feststellen, wie es weitergeht. Sollten Sie ein schlechtes Gefühl haben, sprechen Sie Ihre Bedenken an. Ein guter Lohnwuchter wird darauf kompetent eingehen. Und besser beide Seiten merken möglichst früh, falls man technisch oder persönlich nicht zusammen passt.

Vertrauen

Bei oben genanntem offenen Austausch wird sich ein vertrauensvolles Verhältnis von alleine einstellen. Falls Sie eine Geheimhaltungsvereinbarung wünschen, wird Ihr Lohnwuchter das verstehen. Falls Sie noch kein Vertrauen haben, die Verbesserung dem Lohnwuchter aber zutrauen: Geben Sie sich gegenseitig einfach eine Chance bei einem kleinen „Testauftrag“ zueinander zu finden.

Verbindlichkeit

Zu diesem Stichwort muss ich nichts sagen, Verbindlichkeit ist die Basis jeder Zusammenarbeit. Es ist oftmals hilfreich, wenn Sie bei terminlichen Verschiebungen beide tolerant bleiben und nicht auf verbindliche Termine bestehen. Natürlich ist der Kunde König, der Lohnwuchter freut sich über eingehaltene Anliefertermine dennoch sehr, seine gesamte Anlagenplanung beruht darauf. Und umgekehrt: Bittet der Lohnwuchter um mehr Zeit, ist das ein Zeichen, dass er statt schlampiger Schnellpfuscherei die Qualität und Ihr Produkt in den Vordergrund stellt. Sprechen Sie einfach alle Änderungen frühzeitig an, dann können beide Partner in der Verbindlichkeit bleiben.

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!