4 Möglichkeiten zur Diagnose und Korrektur einer Wellenfehlstellung

Dank Technologie und fortschrittlichen Werkzeugen können Wartungsteams Wellenfehlstellungen schneller und einfacher beheben.

Ein Wellenversatz tritt auf, wenn zwei rotierende Wellen nicht parallel zueinander oder parallel, aber in unterschiedlichen Ebenen versetzt sind. Diese Art der Maschinenfehlausrichtung kommt bei rotierenden Maschinen sehr häufig vor und ist oft die Ursache für Ausfälle.

Die gute Nachricht: Mit modernen Wellenausrichtungswerkzeugen lassen sich Fehlausrichtungen in Motoren, Pumpen, Gebläsen und Lüftern schneller und einfacher erkennen. Sobald ein Wellenversatz diagnostiziert ist, können Sie ihn mit diesen Werkzeugen einfacher denn je beheben und eine präzise Maschinenausrichtung durchführen.

Was bedeutet Fehlausrichtung?

Rotierende Geräte wie Lüfter und Pumpen benötigen Wellen, um mechanische Leistung vom Motor auf das angeschlossene Gerät zu übertragen. Der Motor erzeugt Drehmoment und Drehzahl an seiner Abtriebswelle. Die Motorwelle ist über eine Kupplung mit der Welle eines anderen Geräts, beispielsweise eines Lüfters oder einer Pumpe, verbunden. Dies ermöglicht die Drehmomentübertragung zwischen den Wellen. Dadurch erhält der Lüfter oder die Pumpe die für den vorgesehenen Betrieb erforderliche mechanische Leistung. 

Für eine optimale Kraftübertragung müssen die beiden Wellen perfekt ausgerichtet sein. Eine Wellenfehlausrichtung bedeutet, dass die Wellen nicht korrekt auf derselben Achse ausgerichtet sind und nicht die gleiche Mittellinie haben. 

Die Kraftübertragung vom Motor auf das angeschlossene Gerät kann zwar weiterhin erfolgen, eine Fehlausrichtung wirkt sich jedoch nachteilig auf beide Geräte aus. Ein Wellenversatz kann Probleme wie Vibrationen oder übermäßigen Verschleiß am Gerät verursachen. Wird der Versatz nicht korrigiert, kann dies die Lebensdauer des Geräts verkürzen, den Verschleiß von Teilen erhöhen oder die Wartungskosten in die Höhe treiben. Unbehandelt kann eine Fehlausrichtung letztendlich zum Ausfall des Motors, des angeschlossenen Geräts oder beider führen.

5 Arten von Maschinenfehlausrichtungen

Experten sind sich im Allgemeinen einig, dass es fünf Arten von Wellenfehlstellungen gibt. Ausrichtungsprobleme sind jedoch häufig eine Kombination mehrerer Fehlstellungen. Dies wird auch als zusammengesetzte Fehlstellung bezeichnet. 

Hier sind die fünf Typen:

1. Parallelversatz: Eine parallele Fehlausrichtung liegt vor, wenn die Mittellinien zweier Wellen parallel zueinander, aber versetzt sind. Die Wellen können sowohl vertikal als auch horizontal fehlausgerichtet sein. 
2. Vertikale Winkelfehlstellung: Bei der vertikalen Winkelfehlstellung handelt es sich um eine Fehlausrichtung zweier Wellen in der vertikalen Ebene. Die Wellen schneiden sich in der vertikalen Ebene in einem Winkel, anstatt kollinear zu sein, und bilden von der Seite betrachtet einen Winkel.
3. Horizontale Winkelfehlstellung: Bei der horizontalen Winkelfehlstellung handelt es sich um eine Fehlausrichtung zweier Wellen in der horizontalen Ebene. Die Wellen schneiden sich in der horizontalen Ebene in einem Winkel, anstatt kollinear zu sein, und bilden von oben betrachtet einen Winkel.
4. Kombinierter vertikaler Winkel und Offset-Fehlausrichtung: Die kombinierte vertikale Winkel- und Versatzfehlstellung tritt auf, wenn eine Welle einen Winkel zu einer anderen Welle bildet, beide Wellen jedoch immer noch in derselben vertikalen Ebene arbeiten.
5. Kombinierte horizontale Winkel- und Offset-Fehlausrichtung: Eine kombinierte horizontale Winkel- und Versatzfehlstellung tritt auf, wenn eine Welle einen Winkel zu einer anderen Welle bildet, beide Wellen jedoch immer noch in derselben horizontalen Ebene arbeiten.

Unter normalen Bedingungen ist die Wellenausrichtung erreicht, wenn die Rotationszentren zweier oder mehrerer Wellen horizontal und vertikal auf einer geraden Linie liegen. Doch selbst bei korrekter Wellenausrichtung während der Installation kann es mit der Zeit zu Fehlausrichtungen kommen, da unterschiedliche Kräfte auf Wellen und Motoren wirken und so zu einer Fehlausrichtung führen.

Ursachen und Auswirkungen von Fehlstellungen

Es gibt mehrere Hauptursachen für eine Fehlausrichtung der Maschinenwelle:

• Das Setzen einer Grundplatte führt zu weicher Fuß: Wenn die rotierende Maschine auf ihrer Basis oder ihrem Rahmen steht und ein Fuß nicht den vollen Kontakt hat, kann es zu Ausrichtungsproblemen kommen.
• Wellenverformung durch Torsion beim Anlauf: Wenn eine Welle beim Anlaufen einer Torsion ausgesetzt ist, kann die Drehbewegung eine Verformung verursachen, die die Form der Welle selbst verändert und zu einer Fehlausrichtung führt.
• Unzureichende oder qualitativ minderwertige Ausrichtungsmessungen aufgrund menschlicher Fehler: Werkzeuge wie eine gerade Kante können zwar zur Verbesserung der Ausrichtung verwendet werden, reichen jedoch nicht aus, um langfristig eine präzise und genaue Ausrichtung zu gewährleisten.
• Rohrspannung, die zu Parallel- und Winkelfehlstellungen führt: Eine unsachgemäße Installation, thermischer Druck oder Prozessänderungen können zu unerwünschten Rohrbewegungen führen, die wiederum eine Fehlausrichtung verursachen können.
• Wärmeausdehnung: Temperaturanstiege, die während des Maschinenbetriebs auftreten, können eine Wärmeausdehnung verursachen, die letztendlich zu einer Fehlausrichtung des Rotationszentrums führen kann. 
• Vibrationen oder Stöße: Externe Kräfte, wie Vibrationen von anderen Geräten oder mechanische Stöße durch Stöße gegen die Welle, den Motor oder angeschlossene Geräte, können die Wellen aus der Flucht bringen.

Obwohl es viele Ursachen für eine Fehlausrichtung gibt, sind die Auswirkungen einer Fehlausrichtung immer dieselben. 

Eine Fehlausrichtung der Wellenmittellinien kann zu Wellenwackeln und starken Vibrationen führen. Dies kann zu Lärm, verminderter Effizienz und Schäden an umgebenden Komponenten wie Dichtungen, Lagern und Kupplungen führen. 

Es kann auch zu einer Überhitzung der Komponenten aufgrund der erhöhten Reibung zwischen den Teilen kommen. Die Reibung führt zu erhöhten Temperaturen, verringert die Wirksamkeit der Schmierung und verschleißt die Komponenten. 

Eine Fehlausrichtung der Welle kann außerdem zu einer Beschädigung und Verformung der Welle selbst führen, was zu einer verkürzten Lebensdauer der Ausrüstung oder einem plötzlichen, kostspieligen Ausfall führt, der den Austausch der gesamten Einheit erforderlich macht.

All diese Effekte führen zu höheren Wartungskosten für Arbeitskräfte und Teile, da beschädigte Teile häufiger ausgetauscht werden müssen als sonst. Eine Fehlausrichtung kann zudem zu kostspieligen ungeplanten Ausfallzeiten, Produktionseinbußen und Energieineffizienz führen.

Die Erkennung von Fehlausrichtungen und die Identifizierung der zugrundeliegenden Ursachen sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass eine Maschine ihre erwartete Lebensdauer erreicht. Eine korrekte Ausrichtung senkt nicht nur die Wartungskosten und verbessert die Gesamteffizienz der Anlage, sondern senkt auch die Kosten für den Geräteaustausch und verlängert die Lebensdauer der Anlage.

4 Möglichkeiten zum Erkennen von Wellenfehlstellungen

Die Überprüfung auf Wellenfehlstellungen ist oft die erste Maßnahme, wenn eine Maschine Probleme macht. Manchmal sind Fehlstellungen deutlich erkennbar, wenn man die Maschine im Betrieb beobachtet. Herkömmliche Werkzeuge wie ein Richtscheit können ebenfalls Hinweise zur Erkennung größerer Fehlstellungen liefern. Allerdings sind diese Werkzeuge zeitaufwändig und können ungenau sein.

Moderne Diagnosewerkzeuge liefern präzisere Informationen über die Ursache der Wellenfehlstellung. Sie können auch Aufschluss darüber geben, wie stark die Fehlstellung andere Komponenten beschädigt. Einige dieser Werkzeuge helfen auch dabei, die optimale Korrektur der Fehlstellung zu finden.

1. Diagnose per Laser-Wellenausrichtungssystem
   Ein Laser-Wellenausrichtungssystem ermittelt die Fehlausrichtung an der Kupplung und berechnet die entsprechende Maschinenbewegung an der Basis. Laser-Wellenausrichtungssysteme liefern genaue und präzise Messungen in Echtzeit und geben so genau an, wann die Ausrichtung erreicht ist.
   
   Laser-Wellenausrichtungswerkzeuge Es gibt Doppel- oder Einzellasersysteme. Ein Doppellaser-Ausrichtungssystem ist jedoch nicht so leistungsfähig wie ein Einzellasersystem. Techniker haben oft Schwierigkeiten, die Ausrichtung zum Detektor beizubehalten, wenn sie versuchen, eine Winkelfehlstellung zu korrigieren.
   
   Leider steigt mit zunehmender Messdistanz auch der Schwierigkeitsgrad. Techniker müssen daher die Messungen neu starten, indem sie anhalten, die Füße lösen, die Maschine bewegen und die Füße wieder festziehen – ohne Garantie, dass sich der Detektor anschließend im Messbereich befindet. Mit jeder Wiederholung erhöht sich die Prozesszeit und das Fehlerpotenzial steigt.
   
   Ein Ein-Laser-Ausrichtungssystem beseitigt alle Probleme des Doppel-Lasersystems. Es bewältigt nahezu jede Herausforderung bei der Wellenausrichtung, egal ob einfach oder komplex, wie beispielsweise bei vertikalen Flanschmaschinen mit Winkelgetrieben. Ein Ein-Laser-System nutzt zwei optische Detektorebenen in einem einzigen Sensor, sodass der Techniker nicht mehr anhalten, Füße lösen und wieder festziehen oder Messungen wiederholen muss. Die Ein-Laser-Technologie ermöglicht eine präzise und schnelle Durchführung von Ausrichtungsaufgaben.
   
2. Schwingungsanalyse
   Schwingungsüberwachung und Schwingungsanalyse sind in den letzten Jahren aufgrund der hohen Geschwindigkeit, mit der moderne Datensammler triaxiale Sensorsignale verarbeiten können, immer häufiger geworden. Jede Maschine weist ein bestimmtes Schwingungsniveau auf, es gibt jedoch Fälle, in denen die Maschinenschwingung die zulässigen Parameter überschreitet.
   
   Zu den Ursachen für erhöhte Vibrationen zählen Spiel, Resonanz, Unwucht und natürlich Fehlausrichtung. Vibrationen werden meist mit Beschleunigungsmessern, gefolgt von Näherungssensoren oder Geschwindigkeitssensoren gemessen. Sobald diese Signale mit einem Datensammler und Sensoren erfasst werden, kann ein Schwingungsanalytiker die Maschinenfehler genauer diagnostizieren.
   
   Da die Monitore oft über einen längeren Zeitraum an den Anlagen verbleiben, erfasst der Datensammler sowohl Echtzeitdaten als auch historische Daten. Neue Daten können mit historischen Daten verglichen werden, um festzustellen, wann die Vibrationen zugenommen haben. Ein Hauptvorteil der Vibrationsanalyse besteht darin, dass sie mit einem System gekoppelt werden kann, das Teammitglieder benachrichtigt, wenn die Vibration die normalen Parameter überschreitet. So können Techniker das Problem erkennen und beheben, bevor es zu Maschinenausfällen oder ungeplanten Ausfallzeiten kommt.
   
3. Thermografie
   Thermografie ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Fehlausrichtungen durch die Identifizierung ungewöhnlicher Hotspots. Eine Fehlausrichtung kann zu erhöhter Reibung in einer Maschine und damit zu einem Temperaturanstieg führen. Wärmebildkamera erkennt und misst die Infrarotenergie eines Objekts und wandelt die Infrarotdaten in ein elektronisches Bild um, das die scheinbare Oberflächentemperatur des Objekts zeigt.
   
   Bereiche können regelmäßig mit Thermografiegeräten gescannt werden, damit Techniker Temperaturanstiege feststellen können. Sie können auch so montiert werden, dass sie sich auf einen Problembereich konzentrieren und so eine kontinuierliche Überwachung gewährleisten. Mithilfe der Thermografie können Techniker die Ursache des Temperaturanstiegs lokalisieren und diese Informationen nutzen, um Fehlausrichtungen zu identifizieren und zu beheben. 
   
4. Ölanalyse
   Ölanalysen können helfen, Fehlausrichtungen zu erkennen, indem sie den allgemeinen Zustand einer Anlage, des Öls und von Verunreinigungen ermitteln. Wenn die Zustandsüberwachung durch die Ölanalyse eine Anomalie erkennt, können sofort Maßnahmen ergriffen werden, um die Ursache zu identifizieren oder auf den auftretenden Fehler zu reagieren.
   
   Erhöhte Verunreinigungen können ein Zeichen für erhöhte Reibung durch Wellenfehlausrichtung sein. Kugellager, Dichtungen und Kupplungen können brechen und das Öl verunreinigen. Die Ölanalyse kann kompliziert sein; daher beauftragen viele Unternehmen spezialisierte Unternehmen mit der Analyse.

Wellenfehlstellungen verursachen vielfältige Symptome und schwerwiegende Maschinenprobleme. Die Implementierung einer vorbeugenden Wartungsroutine zur Sicherstellung der präzisen Maschinenausrichtung spart Zeit und Geld. Durch die regelmäßige Ausrichtung der Wellen verbessern Sie zudem die Energieeffizienz, erhöhen die Betriebszeit und maximieren die Produktionsleistung.

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