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.

Aus dem Support: Welche Auflagerung brauchen meine Rotoren?

Einleitung

Ich beschreibe hier einen aktuellen Fall aus unserem Support – die Mitarbeiter lagen mit Ihrer Meinung goldrichtig: Der Einfluss der Lagerung auf das Wuchtergebnis ist natürlich sehr wichtig. Mit kleinen und richtigen Veränderungen am Aufbau kann eine Grenze weit verschoben werden – wie unser Support das erreicht hat, schildere ich hier.

Einer unserer Kunden wuchtet relativ kleine Wellen für seine Produkte auf unserem Prüfstand CAROBA-WORKSTATION-L, ausgerüstet mit unseren Lagerböcken-S (Rollen montiert) und dem Bandantrieb-S. Er hat damit bisher sehr gute Erfahrungen gemacht und wuchtet seine Wellen zuverlässig und schnell auf G=2,5 mm/s. Das ist bereits sehr gut, bezieht sich diese Wuchtgüte doch auf die Einsatzdrehzahl von bis zu 40.000 U/min. Dieses gute Ergebnis überrascht uns bei PMB nicht besonders, genau für diese Aufgabe haben wir den Kundenprüfstand individuell optimiert.

Für eines seiner Produkte ist nun die Betriebsdrehzahl von 40.000 U/min auf 50.000 U/min erhöht worden. Gleichzeitig hat sich die Anforderung an die Wuchtgüte von G=2,5 mm/s auf G=1 mm/s verschärft.

Das Problem

Der Kunde kommt mit der Welle auf Lagerböcken mit Rollen nicht unter G=2,0 mm/s für 50.000 U/min. Das Ziel sind G=1 mm/s. Die angezeigten Korrekturvorschläge springen ab G=2,0 mm/s so stark, dass trotz der ausgefeilten Filtermechanismen des Auswuchtsystems-CAROBA sinnvolles Wuchten einfach nicht mehr möglich ist.

Polardiagramm: Springende PunkteAuch im Polardiagramm, in dem der Auswuchtverlauf dargestellt wird, verteilen sich die Unwuchten der Einzelmessungen ziellos (siehe Bild rechts: Die 5 Einzelmessungen für einen Mittelwert sind zufällig verteilt). Auswuchten ist bei solchen Messungen schwer oder gar unmöglich. Wir bewegen uns zwar schon im Bereich von einzelnen Milligramm, aber hier muss es eben noch besser werden.

Der Kunde hat alles richtig gemacht und uns sofort angerufen. Per Fernwartung haben wir uns mit seiner Erlaubnis in das System eingeklinkt und im ersten Schritt die Sensorsignale überprüft. Dazu haben wir übrigens eine in die CAROBA-Auswuchtsoftware eingebaute Funktion verwendet. Anwender unserer Systeme können das bei Bedarf auch, es ist eine Basisfunktion und in jedem Lieferumfang enthalten!

springende Punkte FFT

Bei der Drehfrequenz (236 Hz = 14.160 U/min) ist im Spektrum der Signale für beide Wuchtebenen ein deutlicher Peak zu erkennen. Aus dem unvermeidlichen Rauschen und Rappel der Rollen auf der Wellenoberfläche kann also durch das Programm ganz sicher ein Unwuchtsignal extrahiert werden. Daran kann das Springen der Punkte also nicht liegen.

Wir haben uns dann die Unwuchtsignale in Betrag und Phase angesehen und festgestellt, dass beides sehr stark schwankt. In diesem Fall sind daran die Rollen schuld: Sie übertragen die Unwucht, aber auch jede kleinste Störung auf der Oberfläche der Welle, sehr hart in die Lagerböcke. Bei diesen Wellen wird dann tatsächlich unter einer Wuchtgüte von G=2 mm/s das Unwuchtsignal so von den Störungen überlagert, dass Betrag und Phase springen.

Also: Für diese Aufgabe sind die Rollen „zu laut“. Störungen aus den Rollen und dem Kontakt Rolle zu Welle überlagern die Unwuchtsignale.

Die schnelle Lösung

Der Kunde hat aus unserem Modulbaukasten per Express Gleitprismen geliefert bekommen. Die Welle läuft darauf zwar mit etwas mehr Reibwiderstand als auf Rollen, dafür laufen die Wellen deutlich leiser. Das Signal sieht dadurch wesentlich klarer aus und besonders wichtig: Betrag und Phase sind nun auch unterhalb G=2 mm/s wieder stabil.

springende Punkte beseitigt

Das Polardiagramm zeigt den ersten manuellen Auswuchtlauf der kritischen Ebene. Der Bediener ist recht vorsichtig vorgegangen und hat daher viele Bearbeitungspunkte gesetzt. Bereits bei der nächsten Welle wird er sich trauen mehr als 0,2 Milligramm auf einmal zu korrigieren und dann wird er wieder in ca. 3 Bearbeitungsschritten das gewünschte Ergebnis erreichen.

Es ist immer wieder beeindruckend: Hier erreicht also eine angelernte Kraft zuverlässig eine Restunwucht von U=0,0009708 g*mm, bei dieser Welle bleibt damit eine Restunwuchtmasse von u=0,177 Milligramm, so wenig kann man kaum noch abschleifen. Ein weiterer Beleg dafür, wie leistungsfähig das Auswuchtsystem CAROBA und in diesem Fall der Universal-Auswuchtstand CAROBA-WORKSTATION-L ist. Ohne spezialisierte Aufbauten! Morgen wird der Bediener wieder ganz andere Wellen mit ganz anderen Anforderungen auf dem gleichen Auswuchtstand auswuchten.

Kritische Betrachtung

Man kann sich selbstkritisch die Frage stellen, ob eine Wuchtung auf G=1 mm/s oder besser auf Rollen oder Gleitlagerprismen wirklich sinnvoll ist. Folgende kleine Überschlagsrechnung ist in fast jedem Consulting von mir mehrfach in der Anwendung:

e bei Welle mit spr Punkten

Mit G=1 mm/s und n=50.000 U/min erhalten wir damit eine Exzentrizität e=0,191 µm. Zur  Vereinfachung teilen wir es jetzt nicht auch noch auf die Wellenenden auf, der Wert ist so schon klein genug. Und runden wir ihn zusätzlich noch auf, wir wollen hier nicht um Nanometer streiten (1 Nanometer ist ca. 7 Eisenatome).

Zielexzentrizität bei dieser Welle ist kleiner 0,2 µm

Grundsätzlich kann das Auswuchtsystem CAROBA das und noch viel mehr. Aber nehmen wir mal an, dass die Welle nicht perfekt rund sei. Tatsächlich ist die Rundheit auf den Zeichnungen mit 1 µm spezifiziert und nehmen wir mal an, dass die Fertigung das einhalten konnte. Dann ist die Form der Welle, die Rundheit, vereinfacht ausgedrückt um den Faktor 5 zu schlecht.

Die mittlere Rauheit Ra ist mit 0,8 µm spezifiziert. Und da das die MITTLERE Rauheit ist, sind einzelne Spitzen deutlich höher. Auch hier passen die Dimension nicht zu der gewünschten Wuchtgüte.

Direkt ausgesprochen:

  • Die Grenze der Wuchtbarkeit wird primär durch das Wuchtobjekt und die Auflagerung bestimmt. 
  • Man kann diese Welle nicht wirtschaftlich so herstellen, dass sie sich auf Gleitlagerprismen oder gar Rollen bis hin zu G=1 mm/s bei 50.000 U/min auswuchten lässt!
  • Wie diese Wuchtgüte zuverlässig erreicht werden kann, wird unten in „Die gute Lösung“ angesprochen. 

Die gute Lösung

Die Welle wird später in Wälzlagerungen betrieben, es werden also Lager aufgezogen. Dabei entsteht wieder eine Exzentrizität, denn die Montageungenauigkeit ist unvermeidlich. Hoffentlich hat der Konstrukteur daran gedacht und entsprechend die Wunschwuchtgüte mit Sicherheit angesetzt.

Die beste Lösung wäre eine Wuchtung mit bereits montierter Betriebslagerung! In diesem Fall wuchten wir sogar die Montageungenauigkeit gleich mit weg! Dann wäre G=1 mm/s eine Leichtigkeit für uns und die Anwender unserer Systeme. Leider wurde diese Lösung vom Endkunden verworfen, der Logistikaufwand sei zu groß. So ist das Leben, der Kunde hat immer Recht und muss nun mit einem diskussionswürdigem Wuchtergebnis leben.

Die zweitbeste Lösung wäre die Wuchtung in einem Luftlager oder Öllager. PMB kann das leisten und hat entsprechende Module im Auswuchtsystem CAROBA . In diesem Fall bleibt zwar die Montageungenauigkeit beim Aufziehen der Wälzlager, aber die kann ein Konstrukteur ja einplanen. Diese Lösung kam hier leider nicht in Frage, da die geringe Stückzahl den Aufwand nicht rechtfertigt.

Fazit

  • Nutzen Sie das PMB-CONSULTING möglichst schon in der Konstruktionsphase. Wenn das Auswuchten von vorneherein eingeplant wird, spart man in der Serie deutlich mehr ein, als man vorher an Überlegungen hereingesteckt hat.
  • Wir finden immer eine technisch und wirtschaftlich schöne Lösung, die auch in den Produktionsablauf passt. In diesem Beispiel liefert unser Kunde nun seinem Kunden wie gewünscht wieder Wellen innerhalb der Spezifikation. Das weitere Optimierungspotential ist vorhanden, der Endkunde braucht und will es nicht nutzen, alle sind glücklich.

Wie immer: Ich freue mich über Rückmeldung zu diesem Artikel. Falls Sie einen Fehler finden, Fragen haben… → Tragen Sie einen Kommentar ein oder nehmen Sie Kontakt mit mir auf, ich freue mich drauf!

Auto-Service-Praxis berichtet über die PMB-Technologie – Teil 2

Zeitwertgerechte Instandsetzung – ein wichtiger Trend für Werkstätten

Zur Freude von PMB Bobertag GmbH berichtet die ASP – Auto-Service-Praxis wieder über unsere Auswuchttechnologie. Hintergrund der Reihe ist die immer wichtiger werdende zeitwertgerechten Instandsetzung im Automobilbereich.

Während sich der erste Teil (ASP Ausgabe 12/11, „Link zum Artikel“) noch mit der allgemeinen Vorstellung unsere Auswuchttechnologie befasst, widmet sich der zweite Artikel nun der Praxis des Auswuchten und was man unter Auswuchten versteht.
Zur besseren Veranschaulichung werden die Beschreibungen im Artikel mit Beispielen hinterlegt. Aufgrund der aktuellen Trends in der Automobilindustrie (verstärkter Einsatz von Turboladern, effizienteren Motoren, kleine Spezialserien) habe wir uns für die folgenden Beispiele entschieden:

  • Laufzeug eines generalüberholten Turboladers
  • Für den Rennsport optimiert Schwungscheibe

Anhand der Beispiele wird der gesamte Auswuchtvorgang erklärt.
Hierzu zählt:

  • Wie kommt es zur Unwucht (Laufleistung, Modifizierung, …)
  • Was benötige ich (Geräte, Messsystem, …)
  • Wie wird die Unwucht gemessen (Einrichtung, Einstellungen, Messungen)
  • Wie beseitige ich die Unwucht (welche Möglichkeiten gibt es)

Grob gesagt: Von der Einrichtung bis zum perfekt gewuchteten Austauschteil.

Doch überzeugen Sie sich bitte selbst von der Einfachheit des Auswuchtens mit dem PMB-Auswuchtsystem CAROBA. Der Artikel kann durch einen Klick auf das Bild geöffnet werden.

Auto-Service-Praxis berichtet über die PMB-Technologie

Werkstätten spüren, dass die Welt des Autos wieder einmal im Umbruch ist – die  aktuellen Trends in der Automobilindustrie werden von zwei großen Zielen dominiert:

  • Verbrauch (knapper werdende Rohstoffe)
  • steigende Komfortansprüche und verbesserte Sicherheit auch bei Kleinwagen.

Um diese Ziele zu erreichen, setzen alle Hersteller High-Tech ein:
Sei es nun der Turbolader, der in Verbindung mit kleineren Hubräumen (downsizing) zur Effizienzsteigerung eingesetzt wird, der Elektromotor zur Unterstützung des Antriebs (eMobility) oder die elektromechanischen Assistenzsysteme, die überall Einsatz finden. In sehr vielen dieser Lösungen bestimmen drehende Teile die Funktion (Laufzeuge der Turbolader, Läufer von Elektromotoren, Schwungräder mit integrierten Generatoren/Motoren…).

Viele Hersteller wuchten diese Komponenten bereits mit dem PMB-System-CAROBA aus, um die hohen Qualitätsansprüche zu erfüllen und die dauerhafte Funktion zu sichern. Werkstätten spüren bereits, dass dort etwas auf sie zu kommt. Denn die Instandsetzung von Turboladern, Generatoren und anderen drehenden Teilen wird wieder zu einem lohnenden Geschäft, besonders natürlich bei der zeitwertgerechten Instandsetzung.

Anlässlich des Themas berichtet die Fachzeitschrift Auto-Service-Praxis (kurz ASP, Fachzeitschrift für KFZ-Werkstätten) in ihrer Ausgabe 12/11 ausführlich darüber.

Wegen der besonderen Flexibilität unseres PMB-CAROBA-2 Auswuchtsystems (es kann an die Bedürfnisse jeder KFZ-Werkstatt individuell angepasst werden), ist ASP auf uns aufmerksam geworden – wir freuen uns sehr, dass ASP daraus einen 3-seitigen Artikel voller Informationen gemacht hat!

Jetzt habe ich Sie lange genug auf die Folter gespannt, überzeugen Sie sich selbst! Der Artikel kann durch einen Klick auf das Bild geöffnet werden.

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 :