Erfolgreich Wuchten in nicht-linearen Systemen – Tipps

Beim Betriebswuchten ist der Effekt „Nicht lineare Systemantwort“ eine der häufigsten und schwerwiegendsten Störungen, welche einen prompten Wuchte-Erfolg erschweren.

Aber es gibt Techniken, damit umzugehen und erfolgreich zu wuchten! Die Tipps gehen in zwei Richtungen, nämlich:

1. eine geeignete elastisch-lineare Aufstellung zu schaffen und
2. durch mathematische Mittelungsverfahren und geschickte Wahl von Probemassen auch Nicht-Linearität zu beherrschen.

“Nicht-Lineare-Systemantwort” als Störung bedeutet, dass die dem Betriebswuchten zugrunde liegende Annahme, dass die Schwingung sich linear mit der Unwucht ändert, in erheblichen Maße eingeschränkt ist. Dies ist in der realen Welt bei “echten” Maschinen leider häufig der Fall.

-> Hier finden Sie unsere Wuchte-Dienstleistungen

Tipps und Hilfsmaßnahmen

Elastische Aufstellung

Es ist außerordentlich wichtig, dass zu wuchtende Maschinen linear-elastisch gelagert sind. Das Betriebswuchten einer Maschine, die einfach nur kippelig auf das Fundament draufgestellt wurde, ist fast schon von vornherein zum Scheitern verurteilt.

Daher: Maschinen, wenn immer möglich, auf elastische Gummi/Elastomer-Elemente stellen und fest im Fundament verankern.

Das reine „Festdüblen“ ins Fundament ist häufig auch nicht optimal: Teilweise senkt dies zwar die Schwingung, die Unwuchts-Kraft auf die Lager bleibt aber groß. Die relativ niedrige Schwingung macht eine korrekte Messung teilweise schwieriger; zudem führt der harte Kraftschluss zu Fundament dazu, dass man teilweise mit Losbrech-Effekte („Slipstick“) oder harter, nicht-linearer Reibung zu tun bekommt, die auch störend wirkt.

Wenn elastische Aufstellung nicht erreichbar ist, so sollte man zumindest mit einer Drei-Punkt-Aufstellung versuchen, jedes „Kippeln“ auszuschließen. Hat man kein massives Fundament, können schwere Stahl-Böcke eine Alternative sein.

Resonanz-Vermeidung

Es ist nicht immer von Vorherein eine schlechte Idee, in Resonanz zu wuchten, in bestimmten Fällen kann dies sogar sinnvoll sein (mehr dazu in diesem Beitrag ). Wenn man aber mit erheblicher Nicht-Linearität zu kämpfen hat, so macht das Wuchten in/nahe einer Resonanz die Situation noch schwieriger. Denn bei Resonanz entstehen besonders hohe Schwingungen schon bei kleinen Unwuchten. Nicht-Linearitäten fallen so noch stärker ins Gewicht oder werden, besonders im Fall von Losbrech-Momenten, durch die hohe Schwingung überhaupt erst hervorgerufen.

Daher ist bei nicht-optimaler Aufstellung meist zu vermeiden, in Resonanz zu wuchten.

Erkennen von Nicht-Linearität

Häufig ist die Frage, inwieweit man überhaupt mit Nicht-Linearität zu tun hat. Am einfachsten lässt sich das so beantworten: Wenn nach dem Einmessen mit den Probemassen das entsprechende Setzten der Ausgleichmassen nicht zu dem gewünschten Erfolg führt, so war das System wohl nicht wie in der Theorie angenommen linear.

Diese einfache und hilfreiche Methode kommt jedoch an ihre Grenzen, wenn es darum geht, Wuchte-Fehler quantitativ abzuschätzen. Hier müssen mathematisch mächtigere Verfahren eingesetzt werden.

Die nächste Stufe zum Erkennen, ob Nicht-Linearität ein Problem darstellt, ist, je Ebene mehrere Probemassen zu setzten. Man kann beispielsweise dasselbe Probegewicht auf 0°, 120° und 240° setzten und dann im Polarplot der Schwingungsmessung schauen, ob der Differenz-Vektor, der durch das Probegewicht hervorgerufen wird, bei jedem Winkel gleich lang ist und ob die Differenz-Vektoren untereinander einen Winkel von ca. 120° bilden. Man kann dies dann mit einem doppelt oder halb so großen Probegewicht wiederholen und prüfen, dass sie die Differenz-Vektoren im Polarplot ebenfalls verdoppeln respektive halbieren.

Dieser Test gibt bereits eine brauchbare Abschätzung, wie weit man es mit Nicht-Linearität zu tun hat. Man kann damit auch prüfen, ob eine Veränderung der Aufstellung eine Verbesserung herbei geführt hat.

Eine weitere leistungsfähige Methode sind mathematische Verfahren. Das Bestimmten der Einfluss-Koeffizienten aus mehreren Messungen mit mehreren Probegewichten wird mathematisch häufig mit dem Verfahren der „Multiplen Linearen Regression“ durchgeführt. Dieses statische Verfahren kann auch einen Qualitätswert und eine Fehlerabschätzung liefern. Spezielle Wuchteprogramme können diesen Fehler und Qualitätswert bestimmen und den Nutzer warnen oder Informationen geben, wenn das zu wuchtende System sich entsprechend ausgeprägt nicht-linear verhält.

Letztlich ist die Bestimmung des zu erwartenden Fehlers besonders wichtig, wenn man die zu garantierende Restunwucht sicher bestimmen will.

Beherrschen von Nicht-Linearität

Im gleichen Zug können vorgenannte Regressions-Verfahren auch genutzt werden, um aus mehreren Probe-Massen-Messungen bei der Bestimmung der Koeffizienten-Matrix durch (dem Regressions-Verfahren inhärente) Mittelung die Heftigkeit der Störung zu mindern. Gerade beim 2-Ebenen-Wuchten (oder wichtiger noch beim Mehr-Ebenen-Wuchten) ist die Mittelungs-Eigenschaft von Regressionsverfahren in schwierigen Wuchte-Situationen die letzte Rettung, mit der man Herrschaft über die Wuchteaufgabe erlagen kann.

Für solche Regressions-Berechnungen der Einfluss-Koeffizienten sind besonders leistungsfähige Wuchte-Programme mit entsprechenden Rechenmethoden nötig.