4 Möglichkeiten, eine Wellenfehlstellung zu diagnostizieren und zu korrigieren

15.03.2023

Dank der Technologie und der fortschrittlichen Werkzeuge können Wartungsteams Wellenfehlausrichtungen schneller und einfacher beheben.

Wellenfehlausrichtung tritt auf, wenn zwei rotierende Wellen nicht parallel zueinander stehen oder zwar parallel sind, aber in verschiedenen Ebenen versetzt. Diese Art von Maschinenfehlausrichtung tritt bei rotierenden Maschinen sehr häufig auf und ist oft die Grundursache für Ausfälle.

Die gute Nachricht ist, dass heutige Wellenausrichtungsgeräte es schneller und einfacher machen, Fehlausrichtungen an Motoren, Pumpen, Gebläsen und Lüftern zu erkennen. Sobald Wellenfehlausrichtung diagnostiziert wurde, machen es diese Ausrichtungsgeräte einfacher denn je, das Problem zu beheben und eine präzise Maschinenausrichtung durchzuführen.

Was bedeutet Wellenfehlausrichtung?

Rotierende Maschinen wie Lüfter und Pumpen erfordern den Einsatz von Wellen, um die mechanische Leistung vom Motor auf die angeschlossenen Geräte zu übertragen. Der Motor erzeugt Drehmoment und Drehzahl an seiner Abtriebswelle. Die Motorwelle ist über eine Kupplung mit der Welle eines anderen Geräts, z. B. eines Lüfters oder einer Pumpe, verbunden. Dies ermöglicht die Übertragung des Drehmoments zwischen den Wellen. Dadurch erhält der Lüfter oder die Pumpe die mechanische Leistung, die für den vorgesehenen Betrieb erforderlich ist.

Für eine höchst effiziente Leistungsübertragung müssen die beiden Wellen perfekt zueinander ausgerichtet sein. Wellenfehlausrichtung bedeutet, dass die Wellen nicht ordnungsgemäß auf derselben Achse ausgerichtet sind und nicht dieselbe Achslinie haben.

Auch wenn die Leistung immer noch vom Motor auf die angeschlossenen Geräte übertragen wird, ist eine Fehlausrichtung für beide Geräte nachteilig. Wellenfehlausrichtung kann Probleme wie Schwingungen oder übermäßigen Verschleiß am Gerät verursachen. Und wenn die Fehlausrichtung nicht korrigiert wird, kann dies die Gerätelebensdauer verkürzen, den Verschleiß der Teile erhöhen oder zu höheren Wartungskosten führen. Wenn er unkontrolliert bleibt, kann Fehlausrichtung letztlich zum Ausfall des Motors, von angeschlossenen Geräten oder beidem führen.

5 Arten von Maschinenfehlausrichtung

Experten sind sich in der Regel darüber einig, dass es fünf Arten von Wellenfehlausrichtung bei Maschinen gibt. Allerdings handelt es sich bei Ausrichtungsproblemen häufig um eine Kombination mehrerer Fehlausrichtungsarten. Dies wird auch als kombinierter Versatz bezeichnet.

Die fünf Arten sind folgende:

1. Parallelversatz: Parallelfehlausrichtung tritt auf, wenn zwei Wellen zwar parallele Achslinien haben, diese Achslinien jedoch zueinander versetzt sind. Die Wellen können sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ebene versetzt sein.
2. Vertikaler Winkelversatz: Vertikaler Winkelversatz ist eine Fehlausrichtung von zwei Wellen in der vertikalen Ebene. Die Wellen schneiden sich in einem Winkel auf der vertikalen Ebene, anstatt co-linear zu sein, und bilden von der Seite betrachtet einen Winkel.
3. Horizontaler Winkelversatz: Horizontaler Winkelversatz ist eine Fehlausrichtung von zwei Wellen in der horizontalen Ebene. Die Wellen schneiden sich in einem Winkel auf der horizontalen Ebene, anstatt co-linear zu sein, und bilden von oben betrachtet einen Winkel.
4. Kombinierter vertikaler Winkel- und Parallelversatz: Kombinierter vertikaler Winkel- und Parallelversatz tritt auf, wenn eine Welle in einem Winkel zu einer anderen Welle steht, beide Wellen jedoch weiterhin in derselben vertikalen Ebene arbeiten.
5. Kombinierter horizontaler Winkel- und Parallelversatz: Kombinierter horizontaler Winkel- und Parallelversatz tritt auf, wenn eine Welle in einem Winkel zu einer anderen Welle steht, beide Wellen jedoch weiterhin in derselben horizontalen Ebene arbeiten.

Unter normalen Bedingungen wird die Wellenausrichtung erreicht, wenn die Drehachsen von zwei oder mehr Wellen sowohl horizontal als auch vertikal in einer einzigen geraden Linie angeordnet sind. Aber selbst wenn die Wellen bei der Installation ordnungsgemäß ausgerichtet wurden, kann im Laufe der Zeit eine Fehlausrichtung auftreten, da verschiedene Kräfte auf die Wellen und Motoren einwirken und letztlich zu einer Fehlausrichtung führen.

Ursachen und Auswirkungen von Wellenfehlausrichtung

Es gibt mehrere Hauptursachen für die Fehlausrichtung von Maschinenwellen:

• Setzung einer Grundplatte, die zu einem Kippfuß führt: Wenn eine rotierende Maschine auf ihr Fundament oder ihren Rahmen gesetzt wird und ein Fuß keinen vollständigen Kontakt hat, kann dies zu einer Fehlausrichtung führen.
• Wellenverformung durch Torsion während des Anlaufens: Wenn eine Welle beim Anlaufen verdreht wird, kann die Drehbewegung eine Verformung verursachen, die die Form der Welle selbst verändert und zu einer Fehlausrichtung führt.
• Unzureichende oder schlechte Ausrichtungsmessungen aufgrund von menschlichem Versagen: Obwohl Werkzeuge wie ein Haarlineal verwendet werden können, um die Ausrichtung zu verbessern, reichen sie nicht aus, um langfristig eine präzise und genaue Ausrichtung zu gewährleisten.
• Rohrleitungsspannungen, die zu Parallel- und Winkelversatz führen: Unsachgemäße Installation, thermischer Druck oder Änderungen im Prozess können zu unerwünschten Bewegungen der Leitungen führen, was zu Fehlausrichtungen und möglichen Schäden an den Anlagen führen kann.
• Wärmedehnung: Temperaturanstiege, die während des Betriebs von Maschinen auftreten, können zu Wärmedehnung führen, die letztendlich zu einer Fehlausrichtung der Drehachse führen kann.
• Schwingungen oder Stöße: Äußere Kräfte, wie Schwingungen von anderen Geräten oder mechanische Stöße durch das Anstoßen an die Welle, den Motor oder angeschlossene Geräte, können die Wellen in eine Fehlausrichtung verschieben.

Obwohl es viele Ursachen für Fehlausrichtungen gibt, sind die Auswirkungen von Fehlausrichtungen dieselben.

Eine Fehlausrichtung der Wellenachslinien kann zu Wellenschlag und erheblichen Schwingungen führen. Dies kann zu Geräuschen, verminderter Effizienz und Schäden an umliegenden Komponenten wie Dichtungen, Lagern und Kupplungen führen.

Außerdem kann es aufgrund von erhöhter Reibung zwischen den Teilen zu einer Überhitzung der Komponenten kommen. Die Reibung verursacht erhöhte Temperaturen, was die Wirksamkeit der Schmierung verringert und die Komponenten beschädigt.

Wellenfehlausrichtung kann auch zu Schäden und Verzug der Welle selbst führen, was eine verkürzte Gerätelebensdauer oder einen plötzlichen, kostspieligen Ausfall zur Folge hat, der den Austausch der gesamten Einheit erforderlich macht.

Alle diese Effekte führen zu höheren Wartungskosten für Arbeiten und Ersatzteile, da beschädigte Teile häufiger ausgetauscht werden müssen als sonst. Wellenfehlausrichtung kann auch zu kostspieligen ungeplanten Stillstandzeiten sowie verringerter Produktion und Energieeffizienz führen.

Die Erkennung von Fehlausrichtungen und die Identifizierung der zugrunde liegenden Ursachen sind zwingend erforderlich, um sicherzustellen, dass eine Maschine ihre erwartete Lebensdauer erreichen kann. Eine ordnungsgemäße Ausrichtung senkt nicht nur die Wartungskosten und verbessert die Gesamteffizienz der Anlage, sondern senkt auch die Kosten für den Austausch von Geräten und verlängert die Lebensdauer der Anlage.

4 Wege zur Erkennung von Problemen durch Wellenfehlausrichtung

Die Überprüfung auf Wellenfehlausrichtung ist oft die erste Maßnahme, wenn eine Maschine Probleme hat. Manchmal ist Wellenfehlausrichtung deutlich sichtbar, wenn die Maschine während des Betriebs beobachtet wird. Herkömmliche Werkzeuge wie ein Haarlineal können ebenfalls Informationen liefern, die Ihnen helfen, grobe Fehlausrichtung zu erkennen. Messungen mit diesen Werkzeugen sind jedoch zeitintensiv und können ungenau sein.

Der Einsatz moderner Diagnosewerkzeuge hilft dabei, genauere Informationen über die Fehlausrichtung der Wellen zu liefern. Dies kann auch zeigen, wie viel Schaden der Wellenfehlausrichtung an anderen Komponenten verursacht. Einige dieser Werkzeuge können auch helfen, die beste Methode zur Korrektur von Wellenfehlausrichtung zu ermitteln.

1. Diagnose mittels Laser-Wellenausrichtungssystem
   Ein Laser-Wellenausrichtungssystem ermittelt die Fehlausrichtung an der Kupplung und berechnet die entsprechenden Maschinenbewegungen, die am Fundament durchzuführen sind. Laser-Wellenausrichtungssysteme liefern genaue und präzise Messungen in Echtzeit, die Ihnen exakt anzeigen, wann die Ausrichtung erreicht ist.
   
   Laser-Wellenausrichtungswerkzeuge können entweder als Doppel- oder Einzellasersysteme ausgeführt sein. Ein Doppel-Laserausrichtungssystem ist jedoch nicht so leistungsfähig wie ein Einzellasersystem. Oft fällt es Technikern schwer, die Verbindung zum Detektor aufrechtzuerhalten, wenn sie versuchen, einen Winkelversatz zu korrigieren.
   
   Mit zunehmendem Messabstand steigt leider auch der Schwierigkeitsgrad. Daher müssen Techniker die Messungen neu starten, was bedeutet, dass sie die Maschine stoppen, die Füße lockern, die Maschine bewegen und die Füße wieder festziehen müssen – und das alles ohne Garantie, dass der Detektor danach im Messbereich liegt. Mit jeder Wiederholung erhöht sich die Prozesszeit, und das Fehlerpotenzial steigt.
   
   Ein Einzellaser-Ausrichtungssystem beseitigt alle Probleme des Doppel-Lasersystems. Es meistert nahezu jede Herausforderung bei der Wellenausrichtung, egal ob einfach oder komplex, wie zum Beispiel bei vertikalen Flanschmaschinen mit Winkelgetrieben. Ein Einzellaser-Ausrichtungssystem nutzt zwei optische Detektorebenen in einem einzigen Sensor und macht es für den Techniker überflüssig, die Maschine zu stoppen, die Füße zu lockern und wieder festzuziehen oder Messungen zu wiederholen. Die Einzellaser-Technologie ermöglicht die präzise und schnelle Durchführung von Ausrichtungsaufgaben.
2. Schwingungsanalyse
   Die Schwingungsüberwachung und -analyse haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da moderne Datensammler aufgrund ihrer Geschwindigkeit, mit der sie triaxiale Sensorsignale verarbeiten können, immer häufiger eingesetzt werden. Jede Maschine hat ein gewisses Maß an normalen Schwingungen, aber es gibt Fälle, in denen die Maschinenschwingungen zunehmen oder akzeptable Parameter überschreiten.
   
   Einige der Gründe für zunehmende Schwingungen sind Lockerungen, Resonanz, Unwucht und natürlich Wellenfehlausrichtung. Die Schwingungen werden meist mit Beschleunigungsmessern, gefolgt von Näherungssensoren oder Geschwindigkeitswandlern gemessen. Sobald diese Signale mit einem Datensammler und Sensoren erfasst wurden, kann ein Schwingungsanalyst die Maschinenfehler weiter diagnostizieren.
   
   Da die Überwachungsgeräte oft über einen längeren Zeitraum an den Anlagen verbleiben, erfasst der Datensammler sowohl Echtzeitdaten als auch Verlaufsdaten. Neue Daten können mit Verlaufsdaten verglichen werden, um festzustellen, wann Vibrationen begannen zuzunehmen. Einer der Hauptvorteile der Schwingungsanalyse besteht darin, dass sie mit einem System gekoppelt werden kann, das Teammitglieder benachrichtigt, wenn die Schwingungen die normalen Parameter überschreiten. Dies gibt Technikern die Möglichkeit, das Problem zu identifizieren und zu beheben, bevor es zu einem Maschinenausfall oder ungeplanten Stillstandzeiten kommt.
3. Thermografie
   Thermografie kann eine Früherkennung von Fehlausrichtungen ermöglichen, indem sie abnormale Hotspots identifiziert. Fehlausrichtung kann zu verstärkter Reibung innerhalb einer Maschine und somit zu einem Temperaturanstieg führen. Eine Wärmebildkamera erkennt und misst die Infrarotenergie eines Objekts und wandelt die Infrarotdaten in ein elektronisches Bild um, das die scheinbare Oberflächentemperatur des Objekts zeigt.
   
   Bestimmte Bereiche können regelmäßig mit Thermografiegeräten untersucht werden, damit Techniker Temperaturanstiege feststellen können. Sie können auch montiert werden, um sich auf einen Problembereich zu konzentrieren und eine konstante Überwachung zu ermöglichen. Mithilfe von Thermografie können Techniker die Quelle des Temperaturanstiegs genau verorten und anhand dieser Informationen Fehlausrichtungen identifizieren und beheben.
4. Ölanalyse
   Ölanalyse kann dabei helfen, Fehlausrichtungen zu erkennen, indem sie Aufschluss über den allgemeinen Zustand der Anlage, des Öls und der enthaltenen Verunreinigungen gibt. Wenn bei der Zustandsüberwachung durch eine Ölanalyse eine Anomalie festgestellt wird, können sofortige Maßnahmen ergriffen werden, um die Grundursache zu ermitteln oder auf den beginnenden Ausfall zu reagieren.
   
   Starke Verunreinigungen können ein Zeichen für gesteigerte Reibung sein, die durch Wellenfehlausrichtung verursacht wird. Kugellager, Dichtungen und Kupplungen können zerbrechen und das Öl kontaminieren. Die Ölanalyse kann kompliziert sein, daher beauftragen viele Unternehmen Spezialunternehmen mit der Durchführung der Arbeit.

Wellenfehlausrichtung verursacht eine Vielzahl von Symptomen und schwerwiegenden Maschinenproblemen. Die Umsetzung einer vorbeugenden Instandhaltungsroutine zur Überprüfung der präzisen Maschinenausrichtung spart Geld und Zeit. Indem Sie auf die ordnungsgemäße Ausrichtung von Wellen achten, verbessern Sie auch die Energieeffizienz, verlängern die Betriebszeit und maximieren die Produktionsleistung.

In diesem Whitepaper erfahren Sie mehr über Fehlausrichtungen und darüber, wie Sie diesen korrigieren können.