5 Ursachen für Schwingungen bei Industrieventilatoren und wie man sie behebt

Ursache 1: Laufradunwucht (die häufigste)

Foto 1. Auswuchten eines Industrieventilators: Schwingungssensoren an den Lagern angebracht, Lasertachometer auf die Welle gerichtet, Diagnosedaten auf dem Tablet

Unwucht ist die ungleichmäßige Masseverteilung des Laufrads bezogen auf seine Drehachse. Selbst eine kleine Masseverschiebung führt zu einem Schlag: Ein Teil der Motorenergie fließt nicht in die Luftförderung, sondern in Gehäuseschwingungen.

Wie sich Unwucht entwickelt:

• Materialablagerungen: Im Betrieb lagern sich Staub, Schmutz und Prozessprodukte auf den Schaufeln ab und verschieben den Schwerpunkt
• Ungleichmäßiger Verschleiß oder Korrosion: Schaufeln verschleißen unterschiedlich schnell, besonders in abrasiven Umgebungen
• Reparaturarbeiten: Ersetzen oder Nachschweißen einzelner Schaufeln ohne anschließendes Neuauswuchten zerstört die Werksauswuchtung
• Verlust von Auswuchtgewichten: Zuvor angebrachte Gewichte können durch Schwingungen oder Korrosion abfallen

Symptome der Unwucht:

• Starke Gehäuseschwingungen, besonders bei höheren Drehzahlen deutlich spürbar
• Tieffrequentes Brummen, das sich in das Fundament überträgt
• Überhitzung der Lager (über 60–70°C)
• Häufiger Lagerwechsel

Abb. 1. Unwuchtdiagnose: Ist die Gesamtschwingung (V1s) annähernd gleich der Schwingung bei der Drehfrequenz (V1o), ist die Laufradunwucht die Hauptursache

Lösung:

Dynamisches Auswuchten des Laufrads. Moderne tragbare Schwingungsanalysatoren (wie der Balanset-1A) ermöglichen es, das Laufrad direkt am Betriebsort auszuwuchten, ohne den Ventilator zu demontieren.

Foto 2. Schwingungsanalyse mit angebrachtem Probegewicht, Drehzahl ~2960 U/min

Der Techniker bringt Schwingungssensoren an den Lagerträgern und einen optischen Drehzahlsensor an der Welle an. Nach einigen Messungen berechnet das Gerät die genaue Position und Masse des Ausgleichsgewichts. Der gesamte Vorgang dauert 1–2 Stunden.

Ursache 2: Verschlissene oder beschädigte Lager

Foto 3. Auswuchten des Laufrads eines Abluftventilators: Die Arbeiten werden direkt vor Ort ohne Demontage der Anlage durchgeführt

Lager sind ein kritisch wichtiges Bauteil jedes Ventilators. Statistiken zufolge werden bis zu 80 % der Lagerschäden durch Auswucht- oder Ausrichtungsprobleme verursacht. Dennoch können verschlissene Lager selbst eine Schwingungsquelle sein.

Symptome defekter Lager:

• Hochfrequentes Geräusch (Rauschen, Dröhnen), das nicht mit der Drehfrequenz zusammenhängt
• Erhöhte Lagergehäusetemperatur
• Schwingung nimmt nach dem Auswuchten nicht ab
• Im Schwingungsspektrum erscheinen Peaks bei nicht-synchronen Frequenzen (BPFO, BPFI, BSF)

Unterscheidung von Unwucht:

Bei Unwucht tritt die Schwingung hauptsächlich bei der Drehfrequenz (1×) auf. Bei Lagerschäden treten Schwingungen bei charakteristischen „Lager"-Frequenzen auf, die KEINE Vielfachen der Wellendrehzahl sind.

Lösung:

Lagerwechsel. Nach dem Austausch empfiehlt es sich, das Auswuchten durchzuführen, da das Einbauen neuer Lager das Systemgleichgewicht verändern kann.

Ursache 3: Wellenversatz

Wellenversatz tritt auf, wenn die Drehachsen der Ventilatorwelle und der Motorwelle nicht übereinstimmen. Dadurch entsteht eine zusätzliche Belastung der Lager und der Kupplung und es werden Schwingungen erzeugt.

Arten des Wellenversatzes:

• Parallel: Die Achsen sind parallel, aber versetzt
• Winklig: Die Achsen schneiden sich unter einem Winkel
• Kombiniert: Eine Mischung beider Typen (der häufigste Fall)

Symptome des Wellenversatzes:

• Hohe Schwingung bei der 2-fachen Drehfrequenz (zweite Harmonische)
• Erhöhte axiale Schwingung (entlang der Welle)
• Überhitzung der Kupplung
• Schneller Verschleiß von Kupplung und Lagern

Lösung:

Laser-Wellenausrichtung. Moderne Laser-Ausrichtsysteme ermöglichen die Ausrichtung von Wellen auf Hundertstel-Millimeter-Genauigkeit. Nach der Ausrichtung empfiehlt sich eine Kontroll-Schwingungsmessung.

Weiterlesen: Wellenausrichtung und warum Auswuchten ohne sie nicht hilft

Ursache 4: Mechanische Lockerheit oder Fundamentschäden

Mechanische Lockerheit ist ein Steifigkeitsverlust in den Konstruktionsverbindungen. Ursachen sind lose Befestigungsschrauben, Risse im Fundament und vergrößerte Spiele in den Lagersitzen.

Symptome der Lockerheit:

• Mehrere Harmonische im Schwingungsspektrum (1×, 2×, 3×, 4×...)
• Das Spektrum sieht aus wie ein „Wald" von Peaks
• Schwingung ist von Start zu Start instabil
• Sichtbares Schaukeln oder Spiel

Lösung:

1. Alle Schraubenverbindungen sorgfältig prüfen
2. Fundamentankerbolzen anziehen
3. Risse im Rahmen prüfen und reparieren
4. Lagersitze kontrollieren

Sobald die Lockerheit beseitigt ist, stellt sich oft heraus, dass diese – und nicht Unwucht – die eigentliche Ursache der Schwingung war.

Ursache 5: Strukturresonanz

Resonanz tritt auf, wenn die Betriebsdrehzahl des Ventilators mit einer der Eigenfrequenzen der Struktur übereinstimmt (oder nahe daran liegt). In diesem Fall erzeugt selbst eine minimale Unwucht extrem hohe Schwingungen.

Symptome der Resonanz:

• Schwingung steigt bei einer bestimmten Drehzahl scharf an
• Eine Drehzahländerung von ±100 U/min kann die Schwingung um den Faktor 5–10 verändern
• Die Schwingungsphase dreht sich beim Durchlaufen der Resonanz um 180°
• Messwerte sind selbst bei konstanter Drehzahl instabil

Lösung:

Auswuchten im Resonanzbereich ist mit Standardverfahren praktisch unmöglich. Folgende Maßnahmen sind erforderlich:

• Betriebsdrehzahl des Ventilators ändern (wenn möglich)
• Steifigkeit der Konstruktion ändern (Rahmen verstärken, Stützen ändern)
• Spezielle phasenunabhängige Auswuchtmethoden verwenden

Checkliste zur Selbstdiagnose

Führen Sie vor dem Hinzuziehen eines Spezialisten eine einfache Prüfung durch:

Praxisbeispiel: Betonfertigteilwerk

Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass das Auswuchten eines Ventilators keine Kosten, sondern eine äußerst rentable Investition in die Zuverlässigkeit Ihrer Anlage ist.