Ist eine schwarze oder eine reflektierende Null-Markierung besser?

Die Phasengeber des hochpräzisen Auswuchtsystems PMB-CAROBA stellen sich im Zusammenspiel mit der CAROBA-Auswuchtsoftware in weiten Bereichen selbst ein, sodass ein stabiles und gutes Drehzahl- und Phasensignal abgeleitet werden kann. Wie ja schon in anderen Artikeln (siehe Inhaltsverzeichnis) geschrieben, verwendet unser System ja einen schwarzen oder weißen Strich, um die Phaseninformation zu bekommen.

Wie der aufmerksame Leser ja schon gemerkt hat, geht es in diesem Blog sehr oft um Fragen, die ich während meiner Seminare zuverlässig gestellt bekomme. Hier geht es um die Antwort zu: Wenn ich einen Strich aufbringen soll – ist eine schwarze oder eine reflektierende Null-Markierung besser?

Die einfache und schnelle Antwort:

Nehmen Sie einen schwarzen Edding, machen Sie einen Strich mit einer Mindestbreite → In den meisten Fällen ist das Thema damit vom Tisch.

Die Antwort mit ein wenig Hintergrundwissen:

Die Anwender unsere Auswuchtsystems setzen am liebsten unsere optischen Phasengeber ein, also den Lasertaster (einstellbare Empfindlichkeit, hoher Arbeitsabstand) und den Kontrasttaster (Empfindlich mit Teach-In, kleiner Arbeitsabstand). Beide optischen Taster brauchen einen möglichst guten Kontrast zwischen Strich und unmarkiertem Material.

  • Ist die Oberfläche also z.B. metallisch glänzend, dann werden sie mit einem schwarzen Strich sehr gute Ergebnisse erzielen.
  • Ist die Oberfläche metallisch matt, z.B. Gussoberflächen, funktionieren helle und dunkle Markierungen gleich gut, versuchen Sie zuerst einen schwarzen Strich.
  • Ist die Oberfläche sehr dunkel, z.B. schwarzer Kunststoff oder schwarz eloxiertes Aluminium, ist eine helle Markierung empfehlenswert.

Weitere Tips für Leute, die sich gerne viele Gedanken machen:

  • Reflektion vs. Streulicht:
    Für die erste Einstellung ist grundsätzlich der senkrechte Einfall des Tasterlichtes auf die Oberfläche zu empfehlen. Bei spiegelnden Oberflächen funktioniert das manchmal nicht zuverlässig, da generell zu viel Licht reflektiert wird und damit der Einstellbereich der Phasengeber verlassen wird.
    Nutzen Sie in diesem Fall das Streulicht des Striches! Lassen Sie den Lichttaster schräg auf die Oberfläche leuchten, wird auf unmarkierter Fläche das Licht vom Empfänger weg gespiegelt, die unmarkierte Fläche sieht also für den Lichttaster schwarz aus. Der Strich macht einen höheren Streulichtanteil und sieht für den Lichttaster also weiß aus – das funktioniert sehr oft auch bei schwarzen Strichen!
  • Gewicht:
    Wir wollen ja die Unwucht messen, also eine Ungleichverteilung von Gewicht bezogen auf die tatsächliche Drehachse. Damit sollte also eine Markierung auf dem Rotor möglichst leicht sein.
    Ein schwarzer Edding auf Farbstoffbasis (normaler Edding) ist sehr leicht.
    Ein Marker auf Pigmentbasis wiegt schon etwas mehr.
    Ein Marker auf Lackbasis ist für präzise Wuchtungen kleiner Rotoren bereits zu schwer.
    Aufkleber als Markierung (Isoband, Aluklebeband, Etiketten…) sind häufig noch schwerer als Marker auf Lackbasis.
    → Bei leichten Rotoren sollte auch die Markierung leicht sein. Besonders, wenn die Markierung auf großen Durchmessern aufgetragen wird.
  • Verschmutzungen:
    Falls Sie einen schwarzen Marker verwenden, ist es hilfreich, wenn der unmarkierte Bereich möglichst sauber ist. Bereits ein öliger Fingerabdruck, auch wenn er nicht schwarz aussieht, vermindert die Reflektion erheblich und kann daher zu Fehlinterpretationen („doppelte Drehzahl…“) führen. Halten Sie den Rotor sauber.

Und als abschließender Absatz: Diese Fragen wurden bisher immer vor dem ersten Einsatz des Systems gestellt. Haben die Anwender ein paar mal das System für verschiedene Aufgaben eingerichtet, kommen diese Fragen nicht mehr. Denn es ist in der Praxis tatsächlich recht einfach.

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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.

Wo ist die Null der Winkelzählung? Am Anfang, in der Mitte, am Ende der Markierung?

Auch das sind sehr häufig in Lehrgängen gestellte Fragen:

  • Wenn die Nullmarkierung („Triggerstrich“) verwendet wird, um die Winkellage der Unwucht zu berechnen, muss ich den Triggerstrich dann genau auf meine gewünschte „Null“ setzen?
  • Und wenn ich es ganz genau machen will: Ist dann in Drehrichtung die vordere oder hintere Kante der Markierung die „Null“? Oder die Mitte des Strichs?

Die kurze Antwort für Anwender des PMB Auswuchtsystems: Wo die „Null“ Ihres Rotors ist, legen Sie bei der Kalibrierung fest. Wo die Triggermarkierung ist, ist dabei in sehr vielen Fällen völlig unerheblich.

Das klingt paradox, wo doch nach der Markierung der Ort der Unwucht berechnet wird. Daher erkläre ich hier kurz die Hintergründe, deren Verständnis die Sache enorm erleichtert. Wie angedeutet, gilt das Folgende für das PMB-CAROBA, ob andere Hersteller es auch so flexibel und einfach gelöst haben, will ich hier nicht beurteilen.

Wohin kann ich den Nullpunkt der Winkelzählrichtung auf meinem Rotor legen?

Wohin sie wollen, beliebig auf dem Rotor.

Es bietet sich an einen vorhandenen Nullpunkt (Werkzeugpunkt, Körnung, Beschriftung, Passfedernut…) weiter zu nutzen. Die Messung wird damit zurückverfolgbar und kann zu beliebigen Zeitpunkten mit identischen Festlegungen wiederholt werden.

Sie legen den Nullpunkt bei der Kalibrierung fest, dazu jetzt mehr.

Nullpunkt wird bei Kalibrierung festgelegt!

Der Nullpunkt wird nicht durch die Triggermarkierung, sondern durch die Angabe des Winkels zwischen Kalibriergewicht und Triggermarkierung bei den Kalibrierläufen festgelegt. Das versteht man am schnellsten durch Unterscheidung folgender zwei Fälle:

  • Triggerstrich dort, wo „Null“ sein soll:
    So mache ich es immer, denn es ist am einfachsten. Einfach den Triggerstrich dahin machen, wo die Null sein soll. Beim Kalibrieren bringen Sie dann das Testgewicht „am Strich“ an, geben seine Position mit 0° ein und fertig. Beim Auswuchten werden die Winkel also ab Strich gezählt.
  • Kalibriermasse gegenüber Nullmarkierung verdreht:
    Das kommt beispielsweise vor, wenn man die Kalibriermassen nicht an einer bereits an einem Rotor vorhandenen Null anbringen kann, häufig bei Turboladern. Damit entstehen 2 weitere Fälle:

    • Triggerstrich soll die Null sein:
      Bringen Sie das Kalibriergewicht an und geben Sie in der Software den Winkel zwischen Triggerstrich und der Kalibriergewicht an. Damit rechnet die Software diese Verdrehung heraus und die Auswuchtanweisungen beziehen sich damit direkt auf die Triggermarkierung.
    • Ort des Kalibriergewichts soll die Null sein:
      Bringen Sie das Kalibriergewicht an und tragen Sie bei der Software den Winkel 0° ein. Ab jetzt werden Auswuchtanweisungen auf diesen Nullpunkt bezogen. Das ist praktisch, wenn der Triggerstrich „irgendwo“ ist, man den Winkel zum Kalibriergewicht nicht bestimmen kann oder will.

Ich empfehle entweder den Triggerstrich dorthin zu machen, wo die Null sein soll und auch das Kalibriergewicht dort anzubringen, es ist die einfachste Lösung.

Alternativ kümmern Sie sich einfach nicht um die Triggermarkierung und sagen der Software, das Testgewicht sei bei 0° – dann zählen Sie Winkel ab sofort ab der durch das Testgewicht definierten Null.

Und ist nun eine Kante oder die Mitte des Strichs die Null?

Ganz wie Sie wollen!

Wenn Sie nach einem oben genannten Weg vorgehen, zählen Sie einfach immer ab Mitte des Strichs oder ab Ihrer Lieblingskante. Solange Sie das immer so machen, ist alles in bester Ordnung.

Und wenn ich mehrere Teile zu wuchten habe, muss ich den Strich immer gleich machen?

Ja, falls Sie die Kalibrierung des ersten Werkstücks auch für die folgenden verwenden wollen.Ich gehe darauf in einem anderen Artikel genauer ein, hier als Zusammenfassung:

Der Strich ist die Null: Es reicht in der Praxis aus, wenn die Strichbreite halbwegs identisch machen. Die erste Kalibrierung kann weiter verwendet werden.

Der Strich ist nicht die Null, aber Sie kennen den Winkel zur Null: Machen Sie den Strich immer halbwegs identisch und an halbwegs identische Position. Die erste Kalibrierung kann weiter verwendet werden.

Der Strich ist nicht die Null und „irgendwo“: Ein sehr seltener Fall, bei der PMB-Lohnwuchtung noch nie aufgetreten. Sie müssten für jedes Werkstück neu kalibrieren.

Und nochmal für ganz Sicherheitsbewusste meine Empfehlung gegen Verwirrung mitten im Wuchtprozess: Wenn möglich Strich bei 0° machen, dort kalibrieren und als Winkel bei der Kalibrierung 0° eingeben. Dann ist der Strich der Nullpunkt.

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Nullmarkierung und Phasensignal

Bei meinen Schulungen und Optimierungen an Kundenanlagen werden mir Fragen rund um den Trigger, auch als Phasengeber bezeichnet, recht häufig gestellt. Der Phasengeber liest eine Markierung auf dem Werkstück (z.B. ein Turboläufer) ab und zusammen mit den Schwingungssignalen berechnet das PMB-CAROBA Auswuchtsystem daraus die Unwucht in Betrag und Winkel.

Damit hat der Phasengeber direkten Einfluss in die Qualität der Korrekturanweisung beim Auswuchten. Bei den Details, welche Einstellungen welchen Einfluss auf die Genauigkeit haben, gibt es anscheinend Klärungsbedarf. Glücklicherweise ist das schnell erklärt, denn softwareseitig haben wir von PMB beim Auswuchtsystem CAROBA die wichtigsten Grundlagen für höchste Präzision geschaffen. In den folgenden Artikeln gehe ich auf folgende Fragen ein, folgen Sie einfach den Links:

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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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