Toleranzrechner für die Wellenausrichtung

Es gibt keine internationale Norm für die Toleranz der Wellenausrichtung, weshalb die Arbeitsregel lautet: der akzeptable Versatz ist 110 geteilt durch die Betriebsdrehzahl in Millimetern, der akzeptable Winkelversatz ist 75 geteilt durch die Drehzahl in Millimetern je 100 mm, und sehr gut ist jeweils die Hälfte davon. Unterhalb von 600 rpm hört die Toleranz auf, enger zu werden, und wird auf dem Wert für 600 rpm festgehalten.

Die Regel und woher sie kommt

Ein gegebener Versatz wird nicht größer, wenn die Maschine schneller läuft. Zwei andere Dinge ändern sich. Die Kupplungselemente, die Lager und die Dichtungen werden in jeder Betriebsstunde häufiger durch denselben Versatz hindurch beansprucht, sodass sich die Lastwechsel schneller ansammeln. Und die Bauteile müssen in kürzerer Zeit durch dieselbe Auslenkung beschleunigt werden, sodass derselbe Versatz mehr Kraft erzeugt. Beides wirkt in dieselbe Richtung, und deshalb muss der zulässige Versatz mit steigender Drehzahl fallen. Aus diesem einen Gedanken entsteht jede veröffentlichte Ausrichttabelle der Branche, und die Tabellen unterscheiden sich nur darin, wo gerundet wurde.

Als Konstanten in Millimeter mal rpm geschrieben:

Diese vier Zahlen sind gängige Praxis der Branche und keine Norm, und sie gelten für kurze elastische Kupplungen. Jeder Wert, den der Rechner ausgibt, stammt aus ihnen und aus sonst nichts, und das ist die einzige Aussage, die sich über sie treffen lässt.

Was das bei wirklichen Drehzahlen ergibt

Jeder Wert unten ist die obige Rechnung und sonst nichts.

Der Winkelversatz ist eine Steigung, seine Einheit ist also Millimeter je 100 mm axialer Länge: 100 mm entlang der Welle, nicht 100 mm Kupplungsdurchmesser. Wie ein Versatz gelesen ist er bedeutungslos: eine Steigung von 0,05 sagt nichts, solange nicht klar ist, über welche Strecke.

Unterhalb von 600 rpm wird die Toleranz auf der Zeile für 600 rpm festgehalten. Die Formel würde einer langsamen Maschine eine immer größere Zulassung gewähren, und ab einem gewissen Punkt hört das auf, eine Ausrichttoleranz zu sein, und wird zur Erlaubnis, die Maschine schief stehen zu lassen.

Welcher Wert gilt

Eine allgemeine Regel wie diese ist die letzte von vier Stellen, an denen nachzusehen ist, und nicht die erste.

1. Die Ausrichtvorschrift des Standorts, sofern der Betrieb eine geschrieben hat.
2. Der Maschinenhersteller, oder der Kupplungshersteller für die Kupplung selbst.
3. Der Vertrag, sofern eine Toleranz hineingeschrieben wurde.
4. Eine veröffentlichte allgemeine Faustregel, verwendet nur dann, wenn die ersten drei schweigen.

Welcher Wert auch verwendet wird, schreiben Sie ihn zusammen mit seiner Herkunft in das Ausrichtprotokoll. Eine Toleranz ohne Quelle lässt sich später nicht vertreten, und die nächste Person an dieser Maschine hat keine Möglichkeit zu wissen, ob sie beizubehalten ist.

Zwischenwellen und Membrankupplungen vertragen mehr Versatz und weniger Winkel als eine kurze elastische Kupplung, und sie werden nach ihren eigenen Werten gearbeitet statt nach dieser Regel.

Der andere Fall außerhalb der Regel ist jede Maschine, deren Ausrichtziel nicht null ist. Das betrifft alles mit nennenswerter Wärmedehnung, also die meisten heißen Pumpen, die meisten Verdichter und die meisten Turbinen. An diesen Maschinen ist die Toleranz ein Band um einen bewusst gewählten Kaltversatz und kein Band um null.

Vorzeichen und welche Maschine beschrieben wird

Die Messwerte beschreiben die Lage der beweglichen Maschine gegenüber der feststehenden.

• Der vertikale Versatz ist positiv, wenn die bewegliche Welle höher liegt.
• Der vertikale Winkelversatz ist positiv, wenn die Achse der beweglichen Maschine mit zunehmender Entfernung von der Kupplung zu ihrem eigenen fernen Ende hin ansteigt. Das ist derselbe Zustand wie ein unten offener Kupplungsspalt.
• Der horizontale Versatz ist positiv, wenn die bewegliche Welle rechts liegt, betrachtet von hinter der beweglichen Maschine in Richtung Kupplung.
• Der horizontale Winkelversatz ist positiv, wenn diese Achse mit zunehmender Entfernung von der Kupplung zu derselben rechten Seite hin wandert, was den Spalt links offen lässt.

Das Vorzeichen des Winkelversatzes ist dasjenige, das in die Irre führt, weshalb es sich lohnt, es zweimal zu sagen: ein positives Ergebnis bedeutet, dass die Achse der gemessenen Maschine mit zunehmender Entfernung von der Kupplung ansteigt. Nur so funktioniert die Projektion weiter unten, denn die Steigung muss die Welle mit wachsendem Abstand zum Fuß weiter von null wegtragen.

Jede durchgehaltene Konvention taugt, aber eine mitten in der Arbeit gewechselte Konvention erzeugt Blechkorrekturen in genau der falschen Richtung, und dieser Fehlschlag sieht aus wie ein Messfehler und nicht wie ein Buchführungsfehler.

Von den Kupplungswerten zu den Füßen

An der Kupplung wohnt die Toleranz. An den Füßen geschieht die Arbeit, und beide liegen nicht am selben Ort.

Wo die bewegliche Welle an einem bestimmten Fuß liegt, ist der Versatz an der Kupplung zuzüglich der Steigung, die entlang der Welle bis zu diesem Fuß getragen wird:

• Lage am Fuß = Versatz + (Winkelversatz / 100) × Abstand von der Kupplungsmitte

Der nötige Versatz ist der negative Wert davon, denn der ganze Sinn besteht darin, die Lage auf null zurückzubringen. Positiv bedeutet vertikal Ausgleichsblech zulegen oder horizontal nach rechts versetzen; negativ bedeutet Ausgleichsblech entnehmen oder nach links versetzen.

Dieser Schritt macht einen kleinen Winkelversatz teuer. Eine Steigung, die an der Kupplung vernachlässigbar aussieht, ist bis zu den Ausgleichsblechen mit dem Abstand zum fernen Fuß multipliziert worden, und an einer langen Maschine beträgt der Versatz am fernen Fuß oft ein Mehrfaches des Versatzwerts, der den Alarm ausgelöst hat.

Ein Rechenbeispiel

Eine Maschine mit 1480 rpm. Der nahe Fuß liegt 250 mm von der Kupplungsmitte entfernt und der ferne Fuß 700 mm. Die Messwerte betragen 0,12 mm vertikaler Versatz, 0,06 vertikaler Winkelversatz, −0,04 mm horizontaler Versatz und 0,02 horizontaler Winkelversatz.

Die Toleranzen bei dieser Drehzahl sind 110 / 1480 = 0,074 mm akzeptabler Versatz, 55 / 1480 = 0,037 mm sehr gut, 75 / 1480 = 0,051 akzeptabler Winkelversatz und 37,5 / 1480 = 0,025 sehr gut.

Die nötigen Versetzungen folgen aus dem Versatz zuzüglich der Steigung:

• Naher Fuß, vertikal: −(0,12 + 0,0006 × 250) = −0,27 mm, also 0,27 mm Ausgleichsblech entnehmen
• Ferner Fuß, vertikal: −(0,12 + 0,0006 × 700) = −0,54 mm, also 0,54 mm Ausgleichsblech entnehmen
• Naher Fuß, horizontal: −(−0,04 + 0,0002 × 250) = −0,01 mm, also 0,01 mm nach links versetzen
• Ferner Fuß, horizontal: −(−0,04 + 0,0002 × 700) = −0,10 mm, also 0,10 mm nach links versetzen

Der vertikale Fehler an der Kupplung betrug 0,12 mm und die Blechänderung am fernen Fuß beträgt 0,54 mm. Dieses Verhältnis ist der Normalfall, und es ist der Grund, warum die Ausrichtung an der Kupplung beurteilt und an den Füßen korrigiert wird.