Theorie & Praxis der dynamischen Auswuchtung: Ein umfassender Leitfaden

Veröffentlicht am 22. Juli 2025 | Kategorie: Expertenwissen

1. Was ist ein Rotor und warum entsteht Vibration?

Ein Rotor ist ein Körper, der sich um eine Achse dreht und durch seine Lagerflächen in Stützen gehalten wird. Diese Lagerflächen (oft Zapfen genannt) übertragen die Lasten auf die Lager.

Bei einem ideal ausgewuchteten Rotor ist seine Masse symmetrisch um die Rotationsachse verteilt. Bei der Drehung wirkt auf jedes Element eine Zentrifugalkraft, die nach außen gerichtet ist. In einem ausgewuchteten Rotor heben sich die Zentrifugalkräfte symmetrischer Elemente gegenseitig auf, und die Gesamtkraft auf die Lager ist null.

Wenn diese Symmetrie jedoch gestört ist (z.B. durch eine ungleichmäßige Masse), entsteht eine unausgeglichene Zentrifugalkraft. Diese Kraft ändert bei jeder Umdrehung ihre Richtung und erzeugt eine dynamische Last auf die Lager, was zu deren beschleunigtem Verschleiß und zu Vibrationen führt.

Auswuchten ist der Prozess zur Beseitigung dieser Unwucht durch das gezielte Hinzufügen von Ausgleichsmassen, um die Symmetrie des Rotors wiederherzustellen.

2. Harte vs. weiche Rotoren

Je nach Materialfestigkeit und der Größe der Zentrifugalkräfte unterscheidet man zwei Arten von Rotoren:

• Harte Rotoren (Rigid Rotors): Diese deformieren sich unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften bei Betriebsdrehzahl nur unwesentlich. Die meisten Rotoren im allgemeinen Maschinenbau fallen in diese Kategorie, und die hier beschriebenen Methoden gelten für sie.
• Weiche Rotoren (Flexible Rotors): Ihre Verformung kann nicht vernachlässigt werden und erfordert komplexere Auswuchtmethoden. Ein Rotor kann sich bei niedrigen Drehzahlen wie ein harter und bei hohen Drehzahlen wie ein weicher Rotor verhalten.

3. Arten der Unwucht: Statisch und Dynamisch

Wir haben diesen wichtigen Unterschied bereits in einem separaten Artikel behandelt, aber hier noch einmal die Kernaussage:

• Statische Unwucht existiert auch im Stillstand. Der "schwere Punkt" dreht sich durch die Schwerkraft nach unten. Sie ist typisch für schmale, scheibenförmige Rotoren.
• Dynamische (oder Momenten-) Unwucht tritt nur bei der Drehung auf. Sie entsteht durch zwei unausgeglichene Massen in unterschiedlichen Ebenen, die ein Kippmoment erzeugen. Diese Art der Unwucht ist typisch für lange Rotoren und kann nicht statisch korrigiert werden.

Theoretisch ist es nachgewiesen, dass zur vollständigen Beseitigung der Unwucht eines harten Rotors **zwei Korrekturgewichte** in zwei verschiedenen Ebenen ausreichen. Diese kompensieren sowohl die statische als auch die dynamische Unwucht.

4. Die wahren Ursachen der Vibration

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Unwucht nicht die einzige Ursache für Vibrationen ist. Das Auswuchten kann nur die Vibrationen beseitigen, die durch eine unsymmetrische Massenverteilung verursacht werden.

Deshalb ist es entscheidend: Ein defekter Mechanismus muss zuerst repariert und erst dann ausgewuchtet werden. Das Auswuchten kann eine Reparatur nicht ersetzen!

5. Das Resonanz-Problem

Jedes mechanische System hat eine Eigenfrequenz. Wenn die Betriebsdrehzahl des Rotors dieser Eigenfrequenz nahekommt, steigt die Vibrationsamplitude dramatisch an – es entsteht eine mechanische Resonanz. In diesem Zustand ist eine normale Auswuchtung unmöglich, da kleinste Drehzahländerungen zu massiven Veränderungen der Vibration führen.

Ein korrekt konstruierter Mechanismus sollte so ausgelegt sein, dass seine Betriebsdrehzahl weit von der Resonanzfrequenz entfernt ist. Auswuchtmaschinen, die unterhalb ihrer Resonanzfrequenz arbeiten, gelten als "hart gelagert" (doresonant), während solche, die oberhalb arbeiten, als "weich gelagert" (soft-bearing) gelten.