Wie man die Ausrichtung der Pumpenkupplung überprüft
05.03.2025
Das Wartungsteam machte alles richtig: Es schaltete den Motor ab, führte präzise Wellenausrichtungsmessungen durch und nahm die erforderlichen Anpassungen vor. Bei Raumtemperatur waren die Zahlen perfekt. Doch einige Stunden nach dem Start stimmte etwas nicht.
Die Maschinenschwingungen waren stärker als erwartet. Die Lager liefen heißer als gewöhnlich. Die Kupplungen zeigten Anzeichen von vorzeitigem Verschleiß. Innerhalb weniger Wochen musste das Team erneut Probleme beheben und fragte sich, was es möglicherweise übersehen hatte. Die meisten Techniker gehen davon aus, dass eine Maschine, die im Ruhezustand ausgerichtet wird, auch so bleibt. Aber sobald das System in Betrieb ist, ändert die Wärmeentwicklung alles.
Die Wärmeausdehnung ist die stille Kraft, die die Wellenausrichtung ändert, wenn die Temperaturen steigen. Wenn sich rotatorisch angetriebene Betriebsmittel erwärmen, dehnen sich die Metallkomponenten aus – manchmal nur um wenige Tausendstel Zoll, manchmal um Millimeter. Hochtemperaturumgebungen wie Kraftwerke und Raffinerien sind besonders anfällig für diese thermodynamische Veränderung.
Der Wärmeausdehnung einen Schritt voraus zu sein, kann den Unterschied zwischen reibungslosem Betrieb und häufigen Ausfällen ausmachen. In diesem Artikel erläutern wir, wie Sie die Wärmeausdehnung beim Ausrichten einkalkulieren und Positionsänderungen beim Erwärmen der Maschinen berücksichtigen.
Die unsichtbare Verschiebung: Wie Wärme die Ausrichtung verändert
Die meisten Teams wissen zwar, dass Wärme zu Ausdehnung führt, ihnen ist jedoch oft nicht bewusst, wie unvorhersehbar diese sein kann. Ungleichmäßige Erwärmung, unterschiedliche Materialeigenschaften und unterschiedliche Lastgewichte bedeuten, dass die Wärmeausdehnung nicht immer wie erwartet verläuft. Da die Wärmeausdehnung in alle Richtungen verläuft, sind Ausrichtungsänderungen nicht immer linear oder gleichmäßig. Ein Teil der Maschine kann sich schneller erhitzen als ein anderer, oder ein Material kann sich stärker ausdehnen als sein benachbartes Gegenstück.
Daher scheint sich eine Ausrichtung, die in der Werkstatt perfekt aussieht, im Betrieb plötzlich in eine Fehlausrichtung zu verwandeln. Dies kann zu Folgendem führen:
- Übermäßige Schwingungen
- Erhöhter Energieverbrauch
- Vorzeitiger Ausfall von Lager und Dichtung
- Ungeplante Ausfallzeiten
Dabei ist die Fehlausrichtung der Welle nicht das einzige Problem. Wenn eine Maschine heißer läuft als erwartet, kann dies auf Lagerverschleiß, elektrische Ineffizienzen 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.
Bleiben Ausrichtprobleme durch Wärmeausdehnung ungeprüft, können sie sich zu einem weitaus größeren Zuverlässigkeitsproblem entwickeln – was hohe Kosten durch Ausfallzeiten, Reparaturen und Produktionsverluste verursacht.
Wärmeausdehnung in verschiedenen Anlagentypen
Die Wärmeausdehnung kann erhebliche Auswirkungen auf die Ausrichtung der Turbinenwelle haben, insbesondere bei großen industriellen Dampf- oder Gasturbinen.
Da sich verschiedene Teile einer Maschine unterschiedlich schnell und stark erwärmen, können sie sich ungleichmäßig ausdehnen. Während sich eine Turbine erwärmt, dehnen sich Welle und Gehäuse aus, was die Rotormittellinie vertikal und/oder horizontal verschieben kann. Diese Veränderung führt zu einer Fehlausrichtung der Welle gegenüber der angetriebenen Maschine (z. B. Generator, Kompressor), woraus sich Kupplungsspannungen, Schwingungen oder sogar Lagerschäden ergeben können.
Die Wärmeausdehnung wirkt sich jedoch auf eine Vielzahl von rotatorisch angetriebenen Betriebsmitteln aus, nicht nur auf Turbinen, und jeder Anlagentyp reagiert unterschiedlich auf Wärme.
Pumpen, insbesondere Vertikalpumpen, unterliegen einer axialen und radialen Ausdehnung, die die Wellenposition erheblich verschieben kann. Aufgrund ihrer großen Wellenlängen und der vertikalen Ausrichtung sind sie besonders anfällig für Fehlausrichtungen durch Temperaturgradienten zwischen dem unteren und oberen Teil.
Elektromotoren erwärmen sich je nach Belüftung, Montageflächen und Lastbedingungen ungleichmäßig. Eine Fehlausrichtung durch Wärmeausdehnung äußert sich oft in Form von Schwingungsspitzen während der Anlaufphase oder nach langen Betriebszeiten.
Kompressoren arbeiten unter hohem Druck und schwankenden Lasten. Dies macht sie anfällig für asymmetrische Erwärmung, insbesondere wenn angrenzende Systeme (z. B. Rohrleitungen oder Kühler) ungleichmäßige Spannungen ausüben. Die Wellenmittellinien können sich bei steigender Temperatur unerwartet verschieben.
Bei Getrieben kann es zur thermischen Ausdehnung sowohl an den Gehäusen als auch an den Wellen kommen, was zu einer internen Fehlausrichtung führt. Auch die Schmiermitteltemperatur spielt eine Rolle: Wenn sich das Öl erwärmt, führen Viskositätsänderungen bei vorhandener Fehlausrichtung zu einem beschleunigten Verschleiß der internen Komponenten.
Das Verständnis der für jeden Maschinentyp spezifischen Erwärmungsmuster hilft dabei, Zielwerte für die Wärmeausdehnung genauer zu bestimmen, und unterstützt die Früherkennung von Störungen, die durch Fehlausrichtung verursacht werden.
Wie Ingenieure Wärmeausdehnung berücksichtigen
Konstrukteure und Instandhaltungstechniker nutzen seit Langem Konzepte wie die „Kaltausrichtung“ und „Warmausrichtung“, um thermische Bewegungen zu berücksichtigen. Entscheidend ist jedoch das Wissen, wann und wie man sie anwendet.
Bei der Kaltausrichtung werden Komponenten während des Stillstands absichtlich versetzt angeordnet, sodass sie sich ausrichten, sobald die Maschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Diese Strategie beruht auf einer genauen Vorhersage der „Ausdehnung“ jeder Komponente.
Die Warmausrichtung hingegen beinhaltet das Messen der Maschinen im warmen Zustand, entweder während des Betriebs oder unmittelbar nach einer kontrollierten Abschaltung. Dies ist nützlich, wenn Sie die „tatsächliche“ Betriebsposition einer Komponente bestimmen möchten.
Viele Originalhersteller (OEMs) stellen heute thermische Zielwerte oder Versatzwerte zur Unterstützung bei der Installation zur Verfügung. Diese Werte helfen den Technikern zu erkennen, wie weit sie Komponenten unterlegen oder verschieben müssen, um die Ausdehnung bei der Erstausrichtung zu berücksichtigen.
Warum es bei herkömmlichen Methoden zu Problemen mit der Wärmeausdehnung kommt
Manuelle Ausrichtwerkzeuge wie Fühlerlehren und Messuhren funktionieren gut bei statischen Bedingungen – durch die Wärmeausdehnung treten jedoch dynamische Variablen auf, die diese Werkzeuge einfach nicht erfassen können.
Die Wärmeausdehnung ist selten gleichmäßig. Beispielsweise können lüftergekühlte Motoren ungleichmäßig über ihr Gehäuse abkühlen, was eine asymmetrische Wellenbewegung verursacht. Messuhren können diese Verschiebungen nicht leicht erkennen, insbesondere wenn sie während des Aufwärmens allmählich auftreten.
Eine Fehlausrichtung der Welle aufgrund von Wärmeausdehnung kann beim Abschalten minimal erscheinen, doch sobald sich die Maschine erwärmt, werden vertikale Ausdehnung oder ein Winkelversatz sichtbar. Herkömmliche Methoden berücksichtigen weder die Richtung noch die Geschwindigkeit der thermischen Veränderung – und wenn jemand den Fehler bemerkt, ist möglicherweise bereits ein Schaden entstanden.
Digitale Laserwerkzeuge schließen diese Lücke, indem sie thermische Bewegungen in Echtzeit verfolgen. Dies macht Ratespiele überflüssig und stellt sicher, dass Korrekturen auf dem tatsächlichen Maschinenverhalten basieren und nicht auf Annahmen.
Die Berechnung, die alles verändert
Wie bereitet man sich also auf eine durch Wärmeausdehnung verursachte Fehlausrichtung vor, angesichts ihrer Unvorhersehbarkeit und der Unterschiede von Maschine zu Maschine?
Zunächst müssen Sie genau verstehen, wo und in welchem Umfang Bewegungen stattfinden. Dies bedeutet, dass gemessen wird, wie viel Wärmeausdehnung Sie für jede Maschine erwarten können.
Um die Wärmeausdehnung vorherzusagen, benötigen Sie drei Zahlen:
- Temperaturänderung (T) – Differenz zwischen Umgebungs- und Betriebstemperatur
- Wellenlänge (L) – Abstand vom Maschinensockel bis zur Wellenmitte
- Materialkoeffizient (C) – Geschwindigkeit, mit der sich das Metall pro Grad Temperaturänderung ausdehnt
Wärmeausdehnung = T × L × C
Wenn beispielsweise eine Edelstahlwelle bei 70 Grad Fahrenheit (21 Grad Celsius) startet, sich auf 130 Grad (54 Grad Celsius) erwärmt und 10 Zoll lang ist, wird sie sich wie folgt ausdehnen: 60 × 10 × 0,0000074 = 0,00444 Zoll.
Das sind knapp unter fünf Tausendstel Zoll – winzig klein, aber genug, um rotierende Maschinen aus der Flucht zu bringen.
So bleiben Sie der Wärmeausdehnung einen Schritt voraus
Das Wissen, wie stark sich eine Maschine ausdehnt, ist der erste Schritt – die tatsächliche Kompensation dieser Ausdehnung ist der nächste.
Die gute Nachricht ist: Wärmeausdehnung muss kein Ratespiel sein. Durch die entsprechende Planung bereits bei der Ausrichtung können Sie sicherstellen, dass sich die Wellen auch dann innerhalb der Toleranzgrenzen befinden, wenn es darauf ankommt. Anstatt erst nach dem Auftreten der Wärmeausdehnung neu auszurichten, können Sie die Bewegung vorhersagen. Dazu geben Sie die Zielwerte für die Wärmeausdehnung vorab in RotAlign Touch ein, passen sie entsprechend an und machen es gleich beim ersten Mal richtig. Das funktioniert so:
Risiken der Wärmeausdehnung identifizieren
Überprüfen Sie die früheren Temperaturdaten Ihrer Maschine und messen Sie die tatsächlichen Betriebstemperaturen, anstatt sich auf Schätzungen zu verlassen. Herstellerspezifikationen sind ein nützlicher Ausgangspunkt, aber die Bestätigung mit realen Daten sorgt für eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
Überlassen Sie dem ROTALIGN Touch Rechner für Wärmeausdehnung die Arbeit
Mit RotAlign Touch ist die Anpassung an die Wärmeausdehnung ganz einfach.
Geben Sie einfach drei Werte ein:
- Starttemperatur (bei ausgeschalteter Maschine)
- Betriebstemperatur (bei Volllastbetrieb)
- Abstand vom Maschinensockel bis zur Wellenmitte
Das System berechnet automatisch die genaue benötigte Kompensation für die Wärmeausdehnung – es ist keine komplexe Berechnung erforderlich.
Änderungen in Echtzeit ansehen
Die Live Trend-Funktion von RotAlign Touch verfolgt, wie sich die Wellen während der dynamischen Erwärmung der Maschine bewegen. So können Sie sehen, ob die Wärmeausdehnung gleichmäßig erfolgt oder ob sich eine Fehlausrichtung in eine Richtung stärker entwickelt als in die andere.
Das System verwendet hochpräzise Lasersensoren, um Positionsänderungen vom Kaltstart bis zum Vollbetrieb zu überwachen Sobald die Maschine eingeschaltet wird und sich zu erwärmen beginnt, protokolliert das Gerät jede Positionsänderung. Dabei wird sowohl die vertikale als auch die horizontale Wärmeausdehnung bei steigenden Temperaturen verfolgt. Wenn die Maschine die volle Betriebstemperatur erreicht hat, erfasst das System den endgültigen Ausrichtungszustand. Techniker können anhand dieser Daten präzise Zielwerte für die Ausrichtung festlegen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Wellen nach der Wärmeausdehnung genau an der vorgesehenen Position befinden. Indem Sie sich also am tatsächlichen Verhalten der Maschine orientieren, vermeiden Sie das mühsame Ausprobieren bei der Korrektur von Fehlausrichtungen nach dem Anlaufen.
Live Trend überwacht auch Rohrleitungsspannungen und prozessbedingte Maschinenbewegungen während der Anlauf- und Auslaufphasen. So erhalten Sie ein vollständiges Bild davon, wie Kräfte während des gesamten Betriebszyklus auf Ihre Anlage wirken. Die Ausrichtung ist jedoch nur ein Teil des Ganzen: Live Trend erfasst zudem die Maschinenschwingungen und erkennt so frühzeitig Anzeichen für Unwucht, übermäßige Belastung oder sich anbahnende Störungen, bevor diese zum Problem werden.
Einmal ausrichten, dauerhaft ruhiger Lauf
Mit RotAlign Touch lässt sich die Wärmeausdehnung schnell, präzise und mühelos berücksichtigen. So können Sie Ihre Maschinen zuverlässig ausrichten und dafür sorgen, dass sie stets mit maximaler Effizienz laufen.
Ein globaler Turbinenhersteller kennt das aus eigener Erfahrung Die Maschinen des Unternehmens waren beim Herunterfahren perfekt ausgerichtet, doch nach dem Anfahren änderte sich alles. Hohe Drehzahlen und extreme Temperaturen führten dazu, dass sich die Wellen unvorhersehbar verschoben. Dies verursachte Schwingungsprobleme, die mit herkömmlichen Ausrichtmethoden nicht zu erfassen waren.
Mit RotAlign Touch überwachte der Hersteller die Wellenposition während der gesamten Aufwärmphase und im vollen Betrieb. Die Daten zeigten, dass die Maschinen nicht in der Flucht blieben und welche Änderungen erforderlich waren.
🔗 Lesen Sie die vollständige Fallstudie.
Richten Sie Ihre Maschinen für die Zukunft aus?
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 im warmen Betriebszustand so bleibt?
Mit RotAlign Touch können Sie die Wärmeausdehnung berücksichtigen, bevor sie die Ausrichtung der Maschine beeinträchtigt. In der realen Welt laufen Maschinen nicht einfach nur – sie bewegen sich dynamisch, dehnen sich aus und stabilisieren sich. Und wenn Ihre Ausrichtung das nicht berücksichtigt, bleiben Sie immer einen Schritt zurück.
Mit RotAlign Touch richten Sie die Maschine so aus, wie sie läuft und nicht wie sie stillsteht.
PRÜFTECHNIK bietet außerdem Laserausrichtungsdienste an. Dabei kommen modernste Werkzeuge wie RotAlign und OptAlign zum Einsatz, um Ihre Anlagen fachgerecht zu vermessen und auszurichten. Unsere Experten übernehmen diese Aufgabe für Sie und sorgen dafür, dass die Ausrichtung bereits beim ersten Mal passt.
Wärmeausdehnung als Teil der vorausschauenden Instandhaltung
Das Erfassen der thermischen Ausdehnung ist eine nützliche Kennzahl für Ihr Programm zur vorausschauenden Instandhaltung. Wärmebedingte Ausrichtungsänderungen zeigen sich durch:
- Schwingungsmuster: Wenn sich die Schwingungswerte mit der Last oder Temperatur ändern, deutet dies häufig auf eine thermische Fehlausrichtung hin.
- Infrarot-Thermografie: Hotspots an Lagern oder Gehäusen können auf sich ausdehnende Wellen, Reibungspunkte oder Fehlausrichtungen hinweisen.
Online-Zustandsüberwachungssysteme wie VibGuard verfolgen über Sensoren feinste Schwingungssignaturen, die durch Wärmeausdehnung entstehen, und warnen Wartungsteams, bevor es zu Ausfällen kommt. Und für ein umfassenderes Bild des Anlagenzustands können Sie Daten von Sensoren und Handmessgeräten auf einer zentralen Plattform wie OmniTrend Center überwachen. Durch die Verknüpfung von Temperatur-, Schwingungs- und Ausrichtungstrends schaffen Sie einen proaktiven Ansatz für den Umgang mit Temperatureinflüssen in Ihrem gesamten Anlagenpark.
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