Auswuchten eines Erntemaschinenrotors in zwei Ebenen

Rotoren begleiten die Menschheitsgeschichte seit der Erfindung des Rades. Heute sind sie in den meisten Maschinen und Werkzeugen verbaut. Das Auswuchten von Rotoren ist für rotierende Maschinen aller Art unerlässlich. Unwuchten erzeugen starke Schwingungen, verkürzen die Lebensdauer des Feldhäckslers und führen zu Ermüdung und Materialfehlern. In den meisten Fällen ist die Rotorunwucht das größte schwingungsbezogene Problem, und sie steht in direktem Zusammenhang mit der Rotationsfrequenz.

Ich führte einige Experimente an einem Feldhäcksler durch. Diese landwirtschaftliche Maschine kann Futterpflanzen wie Mais, Gras oder Heu schneiden. Ein Feldhäcksler kann an einen Traktor angehängt werden oder selbstfahrend sein. Er besitzt einen Rotor, an dem mehrere Messer befestigt sind, die das geerntete Grünfutter zerkleinern und durch einen Auswurfschacht in ein Transportfahrzeug blasen. Die zerkleinerten Pflanzen werden als Silage für die Tierfütterung genutzt.

Ein Rotor kann aus verschiedenen Gründen eine Massenunwucht aufweisen, wie z. B.

• Beschädigungen während des Betriebes,

• asymmetrischer Verschleiß des Rotors,

• mechanische Schwingungen,

• Massenänderungen, 

• verzogene Lager,

• thermische Effekte,

• Fertigungsmängel usw. 

Ziel des Auswuchtens ist es, die Schwingungen erster Ordnung zu minimieren. Beim Auswuchten vor Ort musste ich keine anderen Maschinenteile demontieren, sondern lediglich die Schwingungen an den Lagerpunkten messen.

Das Auswuchten eines Rotors soll sicherstellen, dass dieser bei Betriebsdrehzahl nicht übermäßig vibriert.

Je nach Maschine wird in einer oder zwei Ebenen ausgewuchtet. Im Allgemeinen hängt die Entscheidung zwischen dem Auswuchten in einer oder zwei Ebenen von zwei Faktoren ab: dem Verhältnis der Länge des Rotors (L) zu seinem Durchmesser (D) und seiner Betriebsdrehzahl. Faustregel für das Auswuchten:

Messausrüstung

• DEWE-43 A – achtkanaliges Datenerfassungssystem

• Zwei IEPE-Beschleunigungssensoren für das Zwei-Ebenen-Auswuchten

• Digitaler Tachometer

• DewesoftX – Datenerfassungssoftware (im Lieferumfang des DEWE-43A enthalten)

• Auswuchtoption: DewesoftX-Add-on für das Auswuchten in einer oder zwei Ebenen

Messverfahren

Die Messausrüstung musste präzise befestigt werden, da eine mangelhafte Befestigung zu Messfehlern führen kann. 

Der Beschleunigungssensor sollte mithilfe eines Sekundenklebers am Lagergehäuse der Erntemaschine angebracht werden, um einen guten Kontakt zwischen Sensor und Lagergehäuse zu gewährleisten. 

Den Tachometer brachte ich mithilfe einer Magnethalterung an und stellte ihn so ein, dass er die Umdrehungen an der Riemenscheibe am Ende des Rotors erfasste. Ich hätte ihn auch an einer anderen Stelle platzieren können; wichtig ist jedoch, dass er die Rotordrehzahl genau misst. 

Sobald die Messausrüstung installiert und das DEWE-43A-Datenerfassungssystem mit dem Computer verbunden war, konnte mit der Konfiguration der DewesoftX-Software für die Messung begonnen werden.

Bei der Konfiguration des Beschleunigungssensors waren die Einstellungen in der Analog-Registerkarte zu beachten.  Diese Einstellungen können automatisch über elektronische Sensordatenblätter (Transducer Electronic Datasheets, TEDS) oder manuell vorgenommen werden. Bei manueller Konfiguration muss zunächst der Sensortyp ausgewählt werden. 

In meinem Fall handelte es sich um einen Beschleunigungssensor, der Beschleunigungen in Einheiten von g maß. Im Feld „Empfindlichkeit“ musste der korrekte Empfindlichkeitswert des Beschleunigungssensors eingegeben werden. Die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors kann auf der Originalverpackung oder online gefunden werden.

Ich habe den Tacho mit dem Zähler/Digital-Eingangsmodul verbunden (siehe Abb. 8).

Dann öffnete ich die Registerkarte „Zähler“ und dort die Konfiguration für den Kanal, mit dem ich den Tachometer verbunden hatte. In der Software stellte ich den Typ des verbundenen Sensors ein (siehe Tachometerkonfiguration in Abb. 9).

Sobald alle Sensoren angeschlossen und alle Einstellungen konfiguriert waren, aktivierte ich das Rotorauswuchtmodul in der DewesoftX-Software. 

Dort wählte ich „Zwei Ebenen“ aus und gab die ungefähre Drehzahl des Rotors ein.

In der Registerkarte „Drehzahlgeber-Kanaleinstellung“ wählte ich „Zähler“ als Frequenzquelle und im Feld „Frequenzkanal“ den Eingang, mit dem der digitale Tachometer verbunden war. Dann wählte ich im Feld „Sensor“ den digitalen Tachometer als verwendeten Sensortyp aus.  

Nach Abschluss der Softwarekonfiguration war alles für die Messung bereit. 

Auswuchtverfahren in Dewesoft

Das Auswuchtverfahren unterscheidet sich je nachdem, ob der Ein‑ oder Zwei‑Ebenen‑Modus gewählt wird. Der Ablauf erfordert die folgenden Schritte:

• Erstmessung

• Testlauf/-läufe

• Korrekturlauf/-läufe

Ich startete den Rotor und erfasste für die Erstmessung die Beschleunigungen an beiden Lagerpositionen. Die Ergebnisse wurden in der Software grafisch angezeigt (siehe Abb. 13).

Für die Testläufe musste ich nun die Versuchsmasse am Rotor anbringen. Für die erste Messung positionierte ich sie auf einer Seite des Rotors in der Nähe des Lagers, wo sich auch der mit Kanal 1 verbundene Beschleunigungssensor befand. 

Für die zweite Messung platzierte ich die Masse dann auf der anderen Seite des Rotors, ebenfalls in der Nähe des Lagers. 

Das Gewicht der dem Rotor hinzugefügten Versuchsmasse ist beliebig, muss aber ebenfalls genau bekannt sein. Bei Drücken der Software-Schaltfläche in der oberen rechten Bildschirmecke öffnet sich ein neues Fenster mit der Aufforderung, das Gewicht der Versuchsmasse einzugeben. In meinem Beispiel waren das 200 g. 

Das folgende Bild zeigt, wie die aus einer Schraube, einer Mutter und einer Unterlegscheibe bestehende Versuchsmasse befestigt war.

Nach Eingabe des Gewichts der Versuchsmasse in das Programm drückte ich die Schaltfläche „Weiter“, um den Prozess fortzusetzen. Nun konnte ich den Rotor wieder in Gang setzen und die Beschleunigungen an den Lagerpunkten messen. 

Ich wiederholte diesen Vorgang für die andere Seite des Rotors, indem ich die Versuchsmasse anbrachte und die Beschleunigungen an den Lagern maß. 

Nach Beendigung der Erstmessung sowie des ersten und zweiten Testlaufs konnte die Software die Ergebnisse grafisch darstellen (siehe untenstehende Abbildung).

Fazit

Es gibt zwei Methoden, die zum Auswuchten verwendet werden können. Eine besteht darin, dem Rotor Masse hinzuzufügen, die andere darin, Rotormasse zu entfernen. In diesem Fall entschied ich mich, eine geringe Masse hinzuzufügen.

Die Software wies mich an, entsprechend der Versuchsmassen-Einstellung auf der ersten Ebene eine 110,4 g schwere Masse bei 278° anzubringen. Auf der zweiten Ebene sollte eine Masse von 183,5 g bei 324,5° positioniert werden. Ich konnte die Massen jedoch nicht an diesen Positionen anbringen, da sich dort die Rotormesser befanden. Daher teilte ich die Masse unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Massenplatzierung und gewünschter Position in zwei Teile auf. 

Nach Abschluss des Verfahrens maß ich die Beschleunigungen an den Lagerpunkten erneut, um zu überprüfen, ob ich die Schwingungen ausreichend reduziert hatte. Dabei erhielt ich die in untenstehender Abbildung dargestellten Ergebnisse. Diese zeigen, dass die Beschleunigungsreduzierung ausreichte, was darauf schließen lässt, dass der Rotor korrekt ausgewuchtet worden war. Wäre die Reduzierung unzureichend gewesen, hätte ich den Auswuchtprozess wiederholen müssen.