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!

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!