Auswuchtmaschine: Funktionsweise, Bauarten und der Weg zur passenden Lösung

Die passende Auswuchtmaschine reduziert Vibrationen und Verschleiß, sichert die Produktqualität und lässt sich auf Rotor, Stückzahl und Fertigungsprozess abstimmen. Für nahezu jede Branche gibt es heute maßgeschneiderte Auswuchtlösungen: von der Einzelteilfertigung bis zur vollautomatisierten Großserie.
Welche Auswuchtmaschine zu Ihnen passt, hängt von drei Fragen ab: Wie ist Ihr Rotor geformt? Welche Auswuchtgüte muss er erreichen? In welcher Stückzahl fertigen Sie?

• Walzenförmige Rotoren mit eigenen Wellenzapfen: horizontale Auswuchtmaschinen
• Scheibenförmige Rotoren ohne Welle: vertikale oder statische Auswuchtmaschinen
• Einzelteile, Prototypen und Kleinserien: manuell bediente Universal-Auswuchtmaschinen
• Großserie: halb- und vollautomatische Auswuchtsysteme
• Eingebaute Rotoren: mobile Auswuchtgeräte für das Betriebsauswuchten

Eine Auswuchtmaschine lagert den Rotor, misst die Unwucht und berechnet daraus den nötigen Ausgleich. Die Messung und Auswertung erfolgt je nach Bauart und Einsatzbereich auf unterschiedliche Weise (Messprinzip, Anzahl Ausgleichsebenen, Lagerung). Ziel ist immer: die gezielte Korrektur der Unwucht.

Unwucht messen: Wie bestimmt die Maschine Lage und Größe?

Der Rotor wird in Rotation versetzt. Sensoren erfassen die durch Unwucht entstehenden Schwingungen sowie die daraus resultierenden Fliehkräfte oder Schwingwege. Das Messsystem berechnet daraus für jede Ausgleichsebene, wie viel Masse an welcher Winkelposition hinzugefügt oder entfernt werden muss.

Bei manuell bedienten Maschinen folgt nach jeder Korrektur eine Kontrollmessung, bis die geforderte Auswuchtgüte erreicht ist. Das Herzstück bildet dabei die Messtechnik. Bei Schenck sind das unter anderem die Messsysteme der CAB-Familie und die Softwareplattform Schenck ONE. Sie verarbeiten die Messwerte digital, machen die Unwucht visuell sichtbar und unterstützen den Bediener durch geführte Prozessschritte beim Ausgleich der Unwucht.

Statisch oder dynamisch: In einer oder zwei Ebenen auswuchten?

Ob eine oder zwei Ausgleichsebenen nötig sind, entscheidet die Art der Unwucht.

• Statische Unwucht: Haben zwei Unwuchten die gleiche Richtung und Winkellage spricht man von einer statischen Unwucht. Die Schwerpunktachse ist parallel zur Drehachse verschoben. Der Rotor pendelt schon im Stillstand mit seiner schwersten Stelle nach unten. Die Korrektur erfolgt in einer Ebene. In der Praxis ist dies oftmals bei flachen bzw. scheibenförmigen Rotoren der Fall.
• Dynamische Unwucht: Diese Form kommt in der Praxis am häufigsten, insbesondere bei längeren, walzenförmigen Rotoren, vor. Die Schwerpunktachse liegt schief und versetzt zur Drehachse. Dies führt bei einem drehenden Rotor zu einer Taumelbewegung. Die Korrektur erfolgt in mindestens zwei Ebenen.

Kraftmessend oder wegmessend: Worin unterscheiden sich harte und weiche Lagerung?

Auswuchtmaschinen erfassen die Unwucht über zwei physikalische Prinzipien, die sich in der Lagerung des Rotors unterscheiden.

Unwuchtkorrektur: Wie wird die Unwucht ausgeglichen?

Die Unwucht wird ausgeglichen, indem gezielt Masse an der berechneten Position hinzugefügt oder entfernt wird. Mögliche Verfahren sind u.a.:

- Bohren,
- Fräsen,
- Schleifen,
- Schweißen
- Schrauben
- Kleben

Welches Verfahren sinnvoll ist, hängt vom Rotor ab. Achsgetriebe werden zum Beispiel durch Bohren und optional durch Schweißen in den Antriebsflanschen korrigiert. Bei Kurbelwellen berechnet das Messsystem den Ausgleich so, dass möglichst wenige Bohrungen nötig sind. Oft genügt ein einziger Ausgleichsschritt. An manuellen Maschinen führt der Bediener die Korrektur selbst durch, in automatischen Systemen ist sie direkt in den Maschinenablauf integriert.

Die erforderliche Auswuchtgüte richtet sich nach Rotortyp, Rotormasse und maximaler Betriebsdrehzahl. 
Für Rotoren mit starrem Verhalten legt die Norm DIN ISO 21940-11 die Verfahren und Unwuchttoleranzen fest. 
Die Norm arbeitet mit Auswucht-Gütestufen G, angegeben in mm/s. Je kleiner der G-Wert, desto geringer ist die zulässige Restunwucht und desto enger die Toleranz. Aus Gütestufe, Masse und Drehzahl ergibt sich die zulässige Restunwucht Ihres Rotors. Zur 

Orientierung nennt die Norm Richtwerte:

• G 2,5: zum Beispiel Gas- und Dampfturbinen, Werkzeugmaschinenantriebe, mittlere und große Elektromotoren
• G 6,3: zum Beispiel Ventilatoren, Pumpen, Riemenscheiben und Schwungräder

Wichtig: Eine Restunwucht von null existiert in der Praxis nicht. Die Definition der Toleranz erfolgt mit wirtschaftlich sinnvollem Augenmaß – im Spannungsfeld zwischen Qualität und Kosten. 
Für elastische Rotoren, wie beispielsweise große Turbinen und Generatoren, reicht diese Betrachtung nicht aus. Im Gegensatz zur Unwuchtmessung bei starren Rotoren kann es bei elastischen Rotoren über den Drehzahlbereich zu einer Veränderung der Rotorform (Durchbiegen) und somit der Unwuchtwerte kommen.

Ausgangspunkt ist in der Regel die konkrete Auswuchtaufgabe. Rotorform, Gewicht, Drehzahl, Stückzahl und Fertigungsumgebung bestimmen, welche Lösung geeignet ist. Die folgende Übersicht ordnet typische Rotoren der passenden Lösung zu.

Für die Luft- und Raumfahrt gelten besondere Anforderungen. Die horizontalen Auswuchtmaschinen von Schenck entsprechen dort den Standards nach SAE ARP 4048. Momentenwaagen ergänzen das Angebot und optimieren die Verteilung der Schaufeln auf dem Rotor.