Wellenausrichtung – ein Überblick

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Was ist Wellenausrichtung?

Unter Wellenausrichtung versteht man den Vorgang des Ausrichtens der Wellen von zwei oder mehr rotierenden Maschinen oder Vorrichtungen, typischerweise einem Motor und einer Pumpe, die zum Zweck der Übertragung von Energie miteinander verbunden sind. Korrekte Wellenausrichtung ist unabdinglich, um einwandfreies Funktionieren von Maschinenanlagen zu gewährleisten und Belastungen von Lagern, Wellen, Kupplungen und der Maschine selbst zu verringern. Wenn Wellen nicht richtig ausgerichtet sind, kommt es zu vorzeitigem Verschleiß an Lagern, Dichtungen und anderen Teilen. Weitere unerwünschte Folgen sind zum Beispiel übermäßige Vibrationen, hoher Energieverbrauch, Kupplungsversagen und eventuell ein kompletter Ausfall der Maschine. Durch Fehlausrichtung hervorgerufene Schäden an Maschinenanlagen resultieren in Ausfallzeiten, Reparaturkosten sowie Produktionsverlusten. Korrekte Wellenausrichtung hilft nicht nur solche Probleme zu vermeiden, sondern kann auch die regulären Wartungsintervalle für Maschinenanlagen verlängern. Die Ausrichtung von Wellen wird mit verschiedenen Arten von Werkzeugen vorgenommen. Zwei der am häufigsten verwendeten sind Messuhren und Laser-Ausrichtsysteme. Die grundlegenden Prinzipien für die Ausrichtung sind jedoch unabhängig vom verwendeten Werkzeug. Es wird in jedem Fall berechnet, um wieviel das jeweilige Gerät (wie Motor, Pumpe usw.) vertikal und horizontal in jeder Richtung bewegt werden muss, um die korrekte Ausrichtung zu erzielen, so dass die Wellenzentren während des Betriebs eine gerade Linie bilden (also kollinear sind).

Berechnung der Wellenausrichtung

Die Fehlausrichtung von Wellen wird als Parallelversatz und Winkelversatz beschrieben. Der Parallelversatz, auch parallele Fehlausrichtung genannt, bezieht sich auf den Abstand zwischen den rotierenden Achsen entweder auf der vertikalen oder horizontalen Ebene oder auf beiden Ebenen. Der Winkelversatz, auch Klaffung genannt, bezieht sich auf den Winkel der Drehachsen zueinander und wird ebenfalls in der vertikalen und horizontalen Ebene angegeben. Der Wellenversatz einer Maschinenanlage besteht meistens aus einer Kombination von Parallelversatz und Winkelversatz.
Es gibt natürlich viele verschiedene Arten von Wellen und Kupplungen, welche jeweils unterschiedlich in der Wellenausrichtung sind. In den meisten Fällen erfordert Wellenausrichtung die perfekte Aufreihung der beiden Wellen. Es gibt jedoch auch Ausnahmen zu dieser Regel, wie zum Beispiel Getriebekupplungen und Kardanwellen. Diese erfordern eine gewisse Fehlausrichtung, um korrekte Schmierung während des Maschinenbetriebs zu gewährleisten. In solchen Fällen müssen die Wellenausrichtungsberechnungen die bewusste Fehlausrichtung mit einschließen. Hohe Präzision ist aber für jede Art von Wellenausrichtung erforderlich, typischerweise im Bereich von 3/100 bis 5/100 mm.

Die Durchführung der Wellenausrichtung erfordert verschiedene Fähigkeiten, insbesondere: 1) die Fähigkeit, präzise Messungen durchzuführen, 2) die Fähigkeit, zu bestimmen, ob die gemessenen Werte gültig sind, und 3) die Fähigkeit, die Maschinenanlage auf der Grundlage der gemessenen Werte korrekt einzustellen.

Ausrichtverfahren

Sofern korrekte Messungen durchgeführt werden und die richtige Reihenfolge der Bedienungsschritte eingehalten wird, sollte jedermann in der Lage sein, die Wellenausrichtung durchzuführen. Das Verfahren besteht hauptsächlich aus drei Schritten, welche im Prinzip unabhängig von der Größe der Maschinenanlage sind.

• Schritt 1: Überprüfen der aktuellen Situation
• Schritt 2: Messung der erforderlichen Bewegung der Maschine (Ausrichtkorrektur)
• Schritt 3: Wiederholung der Schritte 1 und 2 bis die Ausrichtung innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt

Das Berechnen der Ausrichtkorrektur umfasst Messung von Parallelversatz und Winkelversatz, Kupplungsdurchmesser und Abstand der Kupplung von den vorderen und hinteren Füßen der Anlage. Diese Werte werden dann in mathematische Formeln eingesetzt.
Die Ausrichtung wird zuerst für die vertikale Ebene und dann die horizontale Ebene durchgeführt, niemals gleichzeitig.

Ferner weisen alle Wellen einen gewissen Durchhang auf, der von ihrem Eigengewicht herrührt. Keine Welle ist völlig gerade, und der Durchhang muss daher mit in Betracht gezogen werden, um eine Ausrichtung des Drehmittelpunkts von zwei Maschinen zu erzielen. Der Durchhang hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie etwa Steifigkeit der Welle, Abstand und Gewicht zwischen den Wellenstützen sowie Wellenform.
Die Wellenausrichtung darf nicht mit der Kupplungsausrichtung verwechselt werden. Eine Kupplungsoberfläche kann, muss aber nicht die Drehachse der Wellen darstellen. Oberflächen können Rauheit aufweisen und die Kupplungslagerung ist u,U. nicht präzise, was zu Unterschieden bezüglich der Wellenausrichtung führt.
Verschiedene andere Faktoren sind ebenfalls zu berücksichtigen. Berechnungen werden normalerweise im kalten Zustand vorgenommen, aber thermische Ausdehnung kann im tatsächlichen Betriebzustand eine Rolle spielen. Das maschinelle Drehmoment ist ein weiterer Faktor, der die Wellenform während des Betriebs beeinflussen kann. Manche Wellen sind flexibel ausgelegt und haben vom Design her eine variable Krümmung in Abhängigkeit von der Drehzahl.

Fehler bei der Wellenausrichtung

Die Wellenausrichtung wird vorgenommen, nachdem Einrichtungen wie Pumpen und Lüfter installiert und betriebsbereit gemacht sind. Nach der Ausrichtung werden die Wellen mit Kupplungen verbunden und die Anlage wird in Betrieb genommen. Obwohl dieser Prozess unter Zeitdruck stehen kann, darf die Wellenausrichtung nie übereilt vorgenommen werden. Andernfalls kommt es leicht zu Fehlern und inkorrekter Ausrichtung, so dass letztendlich mehr Zeit benötigt wird, um eine korrekte Wellenausrichtung zu erzielen.

Einige typische Fehler bei der Wellenausrichtung sind unten aufgeführt.

1. Wenn die Rohre einer Pumpenanlage an Einlass- und Auslassöffnungen angeschlossen sind, verursachen diese eine Belastung des Pumpengehäuses, wodurch es verformt und die Wellenausrichtung verändert wird. Ein ähnliches Problem kann auch auftreten wenn die Bodenplatte der Pumpe nivelliert wird.
2. Wenn Lücken zwischen dem Gerät und der Grundplatte vorhanden sind, wird das Gehäuse belastet, was zu Verformungen und Fehlausrichtung der Welle führt. Dies wird als "Soft Foot" (Kippfuß) bezeichnet und äußert sich in ungenügendem Kontakt zwischen Maschinengehäuse und Grundplatte.
3. Normalerweise werden die Füße von rotierenden Maschinen mit Unterlegscheiben justiert, um Lücken zu beseitigen. Wenn abgenutzte Unterlegscheiben wiederverwendet werden kann es zu Fehlausrichtungen und Kippfuß kommen. Die Verwendung von zu vielen Unterlegscheiben ist ebenfalls zu vermeiden, da mehrere gestapelte dünne Scheiben nicht dieselbe Festigkeit aufweisen wie eine dicke Scheibe.
4. Der Einsatz von mehreren Personen zum Anziehen von Bolzen kann dazu führen, dass übermäßige Kraft ausgeübt wird, was zu einem deformierten Gehäuse führt.

Die Wellenausrichtung erfordert präzise Berechnung von Parallelversatz und Winkelversatz sowie Kenntnis der Werkzeuge und der Faktoren, welche die Ausrichtung beeinflussen können. Wenn jedoch die grundlegenden Schritte befolgt werden, sollte es für jedermann möglich sein, die Ausrichtung erfolgreich durchzuführen.