Wellenausrichtungstoleranzen: Was sie sind, warum sie wichtig sind und wie man eine Ausrichtung innerhalb der Toleranz erreicht

Eine korrekte Maschinenausrichtung ist entscheidend für eine längere Lebensdauer, höhere Zuverlässigkeit und geringere Wartungskosten. Eine hundertprozentig perfekte Ausrichtung ist jedoch in manchen Anlagen nahezu unmöglich. Daher weisen die meisten Maschinen und Kupplungen Ausrichtungstoleranzen auf, die nur einen kleinen Bereich zulässiger Ausrichtungen zulassen.

In diesem Handbuch wird genau erklärt, was Ausrichtungstoleranzen sind und warum sie bei der Ausrichtung so wichtig sind. Es enthält außerdem praktische Hinweise zur Ausrichtung innerhalb der Toleranzen und warum es für bestimmte Geräte wichtig sein kann, die Toleranzen zu verkleinern.

Was sind Wellenausrichtungstoleranzen?

Ausrichtungstoleranzen geben den zulässigen Winkel- oder Versatzfehler zwischen gekoppelten Wellen an, der die Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt. Toleranzen geben einen Bereich vor, innerhalb dessen die Maschine mit maximaler Effizienz und minimaler Beschädigung der Komponenten betrieben werden kann.

Die Toleranzen der Wellenausrichtung werden häufig durch die Drehzahl der Maschine bestimmt. Höhere Drehzahlen erfordern engere Toleranzen, während bei langsamer laufenden Maschinen größere Toleranzen möglich sind.

Standards für die Wellenausrichtung werden von Organisationen wie dem American National Standards Institute (ANSI) und dem American Petroleum Institute (API) festgelegt. Sie werden auch von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) vorgegeben. Einzelne Maschinen können jedoch eigene Ausrichtungstoleranzen haben, die vom Erstausrüster (OEM) vorgegeben werden.

Warum Wellenausrichtungstoleranzen wichtig sind

Die richtige Wellenausrichtung innerhalb der Toleranzen ist entscheidend für die Langlebigkeit und Effizienz von rotierende MaschinenWenn Wellen über die zulässigen Grenzen hinaus fehlausgerichtet sind, werden übermäßige Kräfte auf Lager, Dichtungen und andere Komponenten übertragen, was zu verstärkten Vibrationen, Hitze und Verschleiß führt. Dies kann zu vorzeitigem Geräteausfall, kostspieligen Ausfallzeiten und höheren Wartungskosten führen. Die Einhaltung strenger Wellenausrichtungstoleranzen minimiert diese Belastungen und verlängert die Lebensdauer der Maschine und ihrer Komponenten.

Darüber hinaus steigert eine präzise Ausrichtung die Betriebseffizienz. Fehlausrichtungen von Wellen können durch erhöhte Reibung und Vibrationen zu Energieverlusten führen, die die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigen und die Betriebskosten erhöhen. Bei Kupplungen stellt eine korrekte Wellenausrichtung sicher, dass sie innerhalb ihrer Konstruktionsgrenzen funktionieren und übermäßigem Verschleiß oder Ausfällen vorbeugen.

Neben Geräteschäden können Fehlausrichtungen kritischer Anlagen Sicherheitsrisiken bergen, wie etwa unerwartete Ausfälle in Hochgeschwindigkeitsturbinen oder Kompressoren, wodurch eine präzise Ausrichtung für die Sicherheit der Arbeiter unerlässlich ist.

Und schließlich verbessert die Ausrichtung innerhalb der Toleranz auch wichtige Leistungsindikatoren wie die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) und die mittlere Reparaturdauer (MTTR), wodurch die Leistung optimiert und die Betriebskosten minimiert werden.

Arten von Wellenfehlstellungen

Es gibt zwei Arten von Fehlausrichtungen: versetzt (auch als parallel bezeichnet, wenn die Wellen auseinander verschoben sind) und winklig (wenn die Wellen relativ zueinander geneigt sind). Ausrichtungstoleranzen geben den maximalen Spielraum für beide Arten von Fehlausrichtungen an.

Die Toleranz für parallele oder versetzte Fehlausrichtungen wird in winzigen Einheiten, sogenannten Mils, gemessen. Ein Mil entspricht einem Tausendstel (oder 0.001) Zoll, etwa der Breite eines menschlichen Haares. Dieser kleine Wert ist mit bloßem Auge möglicherweise nicht erkennbar, aber schon wenige Mils können den Unterschied zwischen einer Maschine ausmachen, die innerhalb der Toleranz ausgerichtet ist, und einer, die fehlausgerichtet ist.

Der Winkelversatz wird in Mil pro Zoll gemessen und beschreibt, wie weit sich die Wellen über eine bestimmte Distanz auseinander neigen. Ein Winkelversatz von 1 Mil/Zoll bedeutet beispielsweise, dass sich der Abstand zwischen den Wellenmittellinien pro Zoll Länge um 1 Mil vergrößert.

Andere Faktoren, die die Toleranzen beeinflussen

Wie bereits erwähnt, hängen die Toleranzen der Wellenausrichtung von der Drehzahl und dem Betriebsverhalten einer Maschine ab. Drehzahlbasierte Toleranztabellen für die Wellenausrichtung bieten Richtlinien für akzeptable Fehlausrichtungen basierend auf der Drehzahl der Maschine. Diese Tabellen, die häufig von Herstellern oder Industriestandards bereitgestellt werden, stellen sicher, dass die Ausrichtung den Anforderungen der Maschine entspricht und reduzieren so den Verschleiß von Lagern, Dichtungen und Kupplungen.

Maschinen verändern sich auch während des Betriebs durch thermisches Wachstum und Betriebsbelastungen. Hitze führt dazu, dass sich Metallkomponenten ausdehnen und die Wellenausrichtung verschieben, während Kräfte wie Drehmoment oder Rohrleitungsspannung weitere Bewegungen verursachen können. Um dem entgegenzuwirken, führen Techniker eine Kaltausrichtung durch, bei der die Wellen absichtlich leicht versetzt werden, um erwartete Veränderungen zu berücksichtigen und sie bei laufender Maschine perfekt auszurichten. Wenn sich beispielsweise ein Motor im heißen Zustand um 4 mils hebt, ist er im kalten Zustand um 4 mils niedriger ausgerichtet. Moderne Laserausrichtungswerkzeuge vereinfachen diese Anpassungen, indem sie Daten zur thermischen Ausdehnung berücksichtigen.

Wellenausrichtungstoleranzen vs. Kupplungsausrichtungstoleranzen

Es ist auch wichtig zu beachten, dass zwischen Wellenausrichtungstoleranzen und Kupplungsausrichtungstoleranzen unterschieden wird. Wellenausrichtungstoleranzen schützen die Maschine selbst sowie Komponenten wie Lager und Dichtungen. Kupplungsausrichtungstoleranzen schützen die Kupplung. Daher können Kupplungsausrichtungstoleranzen von Wellenausrichtungstoleranzen abweichen.

Die Ausrichtungstoleranzen von Kupplungen sind oft größer als die Ausrichtungstoleranzen von Maschinen, insbesondere bei flexiblen Kupplungen. Bei bestimmten Arten von starren Kupplungen können die Toleranzen jedoch geringer sein als bei der Welle. Durch die Ausrichtung der Wellen selbst wird die Kupplungsausrichtung in der Regel deutlich innerhalb der Kupplungsausrichtungstoleranzen gehalten.

Was tun, wenn „innerhalb der Toleranz“ nicht ausreicht?

Ausrichtungstoleranzen werden üblicherweise als Zahl ausgedrückt, die den maximalen Versatz darstellt, der noch innerhalb der Toleranz liegt. Beispielsweise kann die Toleranz einer Maschine 8 Mils Versatz und 0.5 Mils/Zoll Winkelfehlausrichtungstoleranz betragen. Das bedeutet, dass 8 Mils und 0.5 Mils/Zoll zwar innerhalb der Toleranz liegen, aber auch alles darunter innerhalb der Toleranz liegt.

In den meisten Fällen gilt: Je kleiner die Fehlausrichtung, desto besser funktioniert die Maschine. Eine Ausrichtungsabweichung von nur 8 mils kann innerhalb der Toleranz liegen, eine Ausrichtung von 6 mils, also 2 mils weniger als die angegebene Toleranz, wäre jedoch noch optimaler.

Bei vielen Maschinen gewährleistet die Einhaltung der veröffentlichten Toleranzen von Herstellern oder Industriestandards einen zuverlässigen Betrieb. Diese Toleranzen sind für allgemeine Anwendungen konzipiert, bei denen geringfügige Fehlausrichtungen die Leistung nicht wesentlich beeinträchtigen. Sie bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Präzision und praktischen Aspekten wie Ausrichtungszeit und -kosten und eignen sich daher für unkritische Anlagen oder Standardbetriebsbedingungen.

Bei kritischen Anlagen wie Kreiselkompressoren in Raffinerien, Generatoren in Kraftwerken oder Hochgeschwindigkeitsspindeln in der Fertigung können jedoch strengere Ausrichtungsspezifikationen die Lebensdauer deutlich verbessern und Ausfallzeiten minimieren. Kritische Geräte arbeiten oft mit hohen Drehzahlen oder unter anspruchsvollen Bedingungen (wie Dauerbetrieb, hohem Drehmoment oder rauen Umgebungen), wo selbst kleine Fehlausrichtungen Vibrationen verstärken, Lager und Dichtungen belasten oder zu schwerwiegenden Ausfällen führen können. Eine Verschärfung der Toleranzen über die veröffentlichten Standards hinaus reduziert diese Risiken und erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit.

Bei der Entscheidung, wann die Toleranzen enger werden sollen, müssen die Vorteile einer präziseren Ausrichtung gegen den Aufwand abgewogen werden, der mit der Erreichung und Aufrechterhaltung der Ausrichtung verbunden ist.

Ausrichten innerhalb der Toleranzen – ganz einfach

Techniker erreichen die Ausrichtung mit Werkzeugen wie Messuhren, die die Fehlausrichtung bei rotierenden Wellen messen, oder fortschrittliche Laserausrichtungssysteme, die Echtzeitdaten und automatisierte Anleitungen für präzise Anpassungen liefern.

Die Einzellaser-Ausrichtungsgeräte von Pruftechnik verfügen über integrierte Toleranztabellen, die Ihnen helfen, die Toleranzen der ANSI-Standardspezifikationen problemlos einzuhalten. Wählen Sie einfach Kupplungstyp, Kupplungsformat, Durchmesser und Maschinendrehzahl aus, und das Ausrichtungssystem liefert eine Tabelle mit drei Ausrichtungsstufen: Minimal, Standard und Präzision. Die Minimalausrichtung liegt knapp innerhalb der Toleranz, während die Präzisionsausrichtung die Toleranzstandards überschreitet und die präziseste Ausrichtung darstellt, die möglich ist.

Nehmen Sie dann einfach Messungen vor, indem Sie die Welle drehen, erhalten Sie Ergebnisse in Echtzeit und folgen Sie dem automatisierten, geführten Arbeitsablauf, bis Sie eine Ausrichtung innerhalb der Toleranz erreichen.

Für Maschinen, die engere Toleranzen als Standard erfordern, ermöglichen Pruftechnik-Tools dem Benutzer auch die Definition eigener Toleranzen, einschließlich asymmetrischer Toleranzen, um die für seine spezifische Anwendung erforderliche Ausrichtung zu erreichen. Techniker können die Maschine mit einem RFID-Tag kennzeichnen. Pruftechnik-Tools können den RFID-Tag lesen, eine Verbindung zur Cloud herstellen und historische Ausrichtungsdaten, einschließlich benutzerdefinierter Toleranzen, abrufen, um schnellere Präzisionsausrichtungen zu ermöglichen.

Ausrichtungstoleranzen geben Technikern Aufschluss darüber, wie genau die Ausrichtung sein muss. Mit den Werkzeugen von Prüftechnik ist es selbst für Techniker ohne Vorkenntnisse ganz einfach, die Ausrichtung innerhalb der Toleranzen zu erreichen. Erfahren Sie mehr über die Laser-Wellenausrichtungswerkzeuge von Prüftechnik. ..