Verständnis der thermischen Ausdehnung und ihrer Auswirkungen auf die Wellenausrichtung

Das Wartungsteam machte alles richtig: Es schaltete den Motor ab, nahm präzise Messungen der Wellenausrichtung vor und nahm die notwendigen Anpassungen vor. Bei Raumtemperatur waren die Werte perfekt. Doch wenige Stunden nach dem Start stimmte etwas nicht.

Die Maschine vibrierte stärker als erwartet. Die Lager liefen heißer als üblich. Kupplungen zeigten Anzeichen von vorzeitigem Verschleiß. Innerhalb weniger Wochen suchte das Team erneut nach Fehlern und fragte sich, was sie übersehen hatten. Die meisten Techniker gehen davon aus, dass eine Maschine, wenn sie im Ruhezustand ausgerichtet ist, auch so bleibt. Doch sobald das System läuft, verändert die Hitze alles. 

Wärmeausdehnung ist die stille Kraft, die bei steigenden Temperaturen die Wellenausrichtung verändert. Bei der Erwärmung rotierender Geräte dehnen sich Metallkomponenten aus – manchmal um wenige Tausendstel Zoll, manchmal um Millimeter. Hochtemperaturumgebungen wie Kraftwerke und Raffinerien sind besonders anfällig für diese thermodynamische Veränderung.

Die Vermeidung von Wärmeausdehnungen kann den Unterschied zwischen reibungslosem Betrieb und häufigen Ausfällen ausmachen. Techniker profitieren davon, die Wärmeausdehnung bei der Ausrichtung zu berücksichtigen und Veränderungen durch die Erwärmung der Maschinen zu berücksichtigen.

Die unsichtbare Verschiebung: Wie Hitze die Ausrichtung verändert

Die meisten Teams wissen zwar, dass Wärme zu Ausdehnung führt, sind sich aber nicht darüber im Klaren, wie unvorhersehbar diese sein kann. Ungleichmäßige Erwärmung, unterschiedliche Materialeigenschaften und unterschiedliche Lastgewichte führen dazu, dass die Wärmeausdehnung nicht immer wie erwartet verläuft. Da die Wärmeausdehnung in alle Richtungen erfolgt, sind Ausrichtungsänderungen nicht immer linear oder gleichmäßig. Ein Maschinenteil kann sich schneller erwärmen als ein anderes, oder ein Material kann sich stärker ausdehnen als sein benachbartes Gegenstück.

Daher kann eine in der Werkstatt scheinbar perfekte Ausrichtung im Feld plötzlich zu einer Fehlausrichtung führen. Dies kann zu Folgendem führen:

• Übermäßige Vibration
• Erhöhter Energieverbrauch
• Vorzeitiger Lager- und Dichtungsausfall
• Ungeplante Ausfallzeiten

Und Wellenfehlstellung ist nicht das einzige Problem. Läuft eine Maschine heißer als erwartet, kann dies auf Lagerverschleiß, elektrische Ineffizienz oder andere zugrunde liegende Probleme hinweisen. Selbst bei ordnungsgemäßer Schmierung erzeugt Reibung Wärme. Motoren und elektrische Komponenten erhöhen die Belastung zusätzlich, da sich in ihren Schaltkreisen Widerstand aufbaut. 

Wenn man nichts dagegen unternimmt, können anfängliche Probleme mit der Ausrichtung der Wärmeausdehnung zu einem viel größeren Zuverlässigkeitsproblem werden, das Tausende von Dollar durch Ausfallzeiten, Reparaturen und Produktionsausfälle kostet.

Die Berechnung, die alles verändert

Wie bereiten Sie sich also auf eine Fehlausrichtung durch thermisches Wachstum vor, da diese unvorhersehbar ist und von Maschine zu Maschine variiert? 

Zunächst müssen Sie genau verstehen, wie viel Bewegung stattfindet – und wo. Das bedeutet, dass Sie die zu erwartende Wärmeausdehnung jeder Maschine messen müssen.

Um die Wärmeausdehnung vorherzusagen, benötigen Sie drei Zahlen:
  
 1. Temperaturänderung (T) – Unterschied zwischen Umgebungs- und Betriebstemperatur
 2. Schaftlänge (L) – Abstand vom Maschinensockel zur Wellenmittellinie
 3. Materialkoeffizient (C) – Die Geschwindigkeit, mit der sich das Metall pro Grad Temperaturänderung ausdehnt

Thermisches Wachstum = T x L x C

Zum Beispiel, wenn a Edelstahlwelle beginnt um 70 Grad Fahrenheit, erwärmt sich auf 130 Grad, und ist 10 Zoll lang, es wird wachsen: 60 × 10 × 0.0000074 = 0.00444 Zoll.

Das sind knapp fünf Tausendstel Zoll – wenig, aber genug, um rotierende Maschinen aus der Ausrichtung zu bringen.

So bleiben Sie dem thermischen Wachstum immer einen Schritt voraus

Der erste Schritt besteht darin, zu wissen, wie stark sich eine Maschine ausdehnt. Der nächste Schritt besteht darin, dies tatsächlich auszugleichen.

Die gute Nachricht: Thermisches Wachstum muss kein Ratespiel sein. Indem Sie es bei der Ausrichtung berücksichtigen, können Sie sicherstellen, dass die Wellen im entscheidenden Moment innerhalb der Spezifikation ausgerichtet bleiben. Anstatt nach dem Auftreten des thermischen Wachstums neu auszurichten, können Sie die Bewegung vorhersagen, indem Sie die thermischen Wachstumsziele vorab in die RotAlign Touch, passen Sie sich entsprechend an und machen Sie es gleich beim ersten Mal richtig. So geht's:

Identifizieren Sie Risiken der Wärmeausdehnung 

Überprüfen Sie die Temperaturdaten Ihrer Geräte und messen Sie die tatsächlichen Betriebstemperaturen, anstatt sich auf Schätzungen zu verlassen. Herstellerangaben bieten einen guten Ausgangspunkt, aber die Bestätigung mit realen Daten sorgt für höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Überlassen Sie die Arbeit dem ROTALIGN Touch-Wärmewachstumsrechner

Bei RotAlign TouchDie Anpassung an das thermische Wachstum ist einfach.

Geben Sie einfach drei Werte ein:

• Starttemperatur (wenn die Maschine ausgeschaltet ist)
• Betriebstemperatur (bei Volllastbetrieb)
• Abstand von der Maschinenbasis zur Wellenmittellinie

Das System berechnet automatisch die genaue erforderliche Wärmewachstumskompensation – keine komplexe Mathematik erforderlich.

Änderungen in Echtzeit sehen

RotAlign TouchDie Live-Trend-Funktion von verfolgt, wie sich Wellen bewegen, während sich die Maschine dynamisch aufheizt. So können Sie erkennen, ob die Wärmeausdehnung gleichmäßig erfolgt oder ob die Fehlausrichtung in einer Richtung stärker ausgeprägt ist als in der anderen. 

Das System nutzt hochpräzise Lasersensoren, um Positionsänderungen vom Kaltstart bis zum Vollbetrieb zu überwachen. Sobald die Maschine eingeschaltet ist und sich erwärmt, protokolliert das Gerät jede Positionsverschiebung und verfolgt sowohl die vertikale als auch die horizontale Wärmeausdehnung bei steigenden Temperaturen. Sobald die Maschine die volle Betriebstemperatur erreicht hat, erfasst das System den endgültigen Ausrichtungszustand. Techniker können diese Daten nutzen, um präzise Ausrichtungsziele festzulegen und sicherzustellen, dass die Wellen nach der Wärmeausdehnung exakt in der vorgesehenen Position sind. Durch die Ausrichtung basierend auf dem tatsächlichen Maschinenverhalten entfällt das mühsame Ausprobieren und Korrigieren von Fehlausrichtungen nach dem Start.

Live Trend überwacht außerdem die Rohrspannung und prozessbedingte Maschinenbewegungen während der Hoch- und Auslaufphase und liefert Ihnen so ein umfassendes Bild der Kräfteeinwirkung auf Ihre Anlage während des gesamten Betriebszyklus. Da die Ausrichtung nur ein Teilaspekt ist, verfolgt Live Trend auch Maschinenvibrationen und hilft so, frühzeitig Anzeichen von Unwucht, Überlastung oder sich entwickelnden Fehlern zu erkennen, bevor diese eskalieren.

Einmal ausrichten, reibungslos laufen

Bei RotAlign Touch Die Berücksichtigung des Wärmewachstums erfolgt schnell, präzise und mühelos – so können Sie sich sicher auf die Ausrichtung konzentrieren und dafür sorgen, dass Ihre Maschinen mit maximaler Effizienz laufen.

Ein globaler Turbinenhersteller musste dies am eigenen Leib erfahren. Seine Maschinen waren beim Herunterfahren perfekt ausgerichtet, doch nach dem Anfahren änderte sich alles. Hohe Drehzahlen und extreme Temperaturen führten zu unvorhersehbaren Wellenverschiebungen und damit zu Vibrationsproblemen, die mit herkömmlichen Ausrichtungsmethoden nicht zu beheben waren.

Die richtigen RotAlign TouchSie überwachten die Wellenposition während des Aufwärmens und des Vollbetriebs. Die Daten zeigten, warum ihre Maschinen nicht ausgerichtet blieben und was geändert werden musste. 

🔗 Sehen Sie sich die vollständige Fallstudie an.

Sind Sie bereit für die Zukunft?

Sie würden Ihre Uhr nicht auf die falsche Zeit stellen und erwarten, pünktlich zu sein. Warum also eine Maschine bei Raumtemperatur ausrichten und erwarten, dass sie diese Temperatur beibehält, wenn sie heiß läuft?

Bei RotAlign TouchSie können die Wärmeausdehnung berücksichtigen, bevor sie die Maschinenausrichtung beeinträchtigt. In der Praxis laufen Maschinen nicht einfach nur – sie bewegen sich dynamisch, dehnen sich aus und setzen sich. Und wenn Ihre Ausrichtung dies nicht berücksichtigt, hinken Sie immer hinterher.

Bei RotAlign Touch, können Sie ausrichten, wie Ihre Maschine läuft, nicht wie es ruht.