Wellenrundlauf: Wie man den Gesamtrundlauf (TIR) mit einer Messuhr misst

Wesentliche Erkenntnisse

• TIR ist der volle Ausschlag der Nadel, deshalb ist die Exzentrizität die Hälfte des TIR: 0.08 mm TIR sind 0.04 mm Abweichung von der Rotationsachse.
• Radialer Rundlauf: ein Durchmesser, der nicht konzentrisch zur Rotationsachse sitzt. Axialer oder Stirnrundlauf: eine Fläche, die nicht rechtwinklig dazu steht. Beides messen.
• Messung in drei oder mehr axialen Ebenen. Eine Ebene kann nicht zwischen einer Biegung, einer Konizität und einer schief sitzenden Nabe unterscheiden.
• Der Rundlauf muss vor der Ausrichtung innerhalb der Toleranz liegen: eine gebogene Welle trägt ihren Fehler in jede Ausrichtungsablesung.
• Residualer Rundlauf zeigt sich bei 1x Drehzahl, daher ist ein 1x-Problem, das auf Auswuchten nicht anspricht, meist Rundlauf oder Sitzfehler.

Was Rundlauf eigentlich ist

Rundlauf ist, wie weit sich eine rotierende Fläche gegenüber einer festen Referenz bewegt, während die Welle eine Umdrehung macht. Er misst nicht die Größe. Es ist eine zusammengesetzte Messung: der Ausschlag kombiniert die Formabweichung der Fläche mit ihrer Verschiebung von der Rotationsachse, weshalb das Muster des Ausschlags, nicht nur seine Größe, verrät, welcher Fehler vorliegt.

• Radialer Rundlauf: der Messstift liegt auf einem Durchmesser, senkrecht zur Mittellinie, und bewegt sich, weil dieser Durchmesser nicht konzentrisch zur Rotationsachse ist. Nabenauflagen, Lagersitze, Dichtflächen.
• Axialer oder Stirnrundlauf: der Messstift liegt auf einer Stirnfläche, parallel zur Mittellinie, und bewegt sich, weil diese Fläche nicht rechtwinklig zur Achse steht. Nabenflächen, Flansche, Axialringe.

Die Halb-TIR-Regel und warum sie übersehen wird

TIR, Total Indicator Reading, oder FIM, Full Indicator Movement, ist die Differenz zwischen maximaler und minimaler Nadelstellung über eine Umdrehung.

Wenn die Maximalablesung +0.05 mm und die Minimalablesung 0.03 mm unter Null ist, ist der TIR 0.08 mm. Das Zentrum dieser Fläche ist um 0.04 mm von der Rotationsachse verschoben, weil beim Drehen der hohe Bereich zur Anzeige hin schwenkt und der tiefe Bereich weg, so dass die Nadel in einer Umdrehung die Versetzung einmal in jede Richtung durchläuft und der Ausschlag doppelt so groß ist wie die Versetzung.

Dies ist der häufigste Rechenfehler im Gewerbe: 0.08 mm TIR gegen ein Exzentrizitätslimit von 0.05 mm verurteilt eine brauchbare Welle, und umgekehrt lässt es eine Welle durchgehen, die doppelt so weit außerhalb liegt wie erlaubt.

Die meisten Handbücher geben Grenzwerte als TIR an, aber nicht alle. Behandle ein unqualifiziertes „Rundlauf, max 0.05 mm“ als TIR und vermerke die Annahme.

Was Rundlauf trennt und wie das Diagramm zu lesen ist

Die Kontrolle ist diagnostisch. Trage den TIR jeder Ebene gegen den Abstand zu einem Bezugsmaß auf: derselbe Ausschlag hat verschiedene Ursachen, und das Muster trennt sie.

• Eine gebogene Welle. Ein Schlag, eine überhängende Last, ein fallengelassener Rotor. Der TIR ist an den Lagersitzen nahe null und steigt gleichmäßig zu einem Maximum zwischen ihnen an, der Hochpunkt bleibt über den Winkelpositionen konstant.
• Ein Durchmesser, der aussermittig bearbeitet wurde. Rund und gerade, aber nicht konzentrisch zu den Lagersitzen: konstanter TIR entlang dieses Durchmessers, an den Lagersitzen nahe null.
• Eine schief sitzende oder schlecht aufgesetze Komponente. Eine Nabe, Hülse oder ein Lager, das nicht plan aufgesetzt wurde, oder über Rost, Farbe oder Späne. Der radiale Rundlauf sieht gut aus, während der Stirnrundlauf groß ist.
• Ein Grat, Kerbe oder Festreibstellen an einer Auflage. Lokalisiert: ein einzelner scharfer Sprung in der Nadel statt eines glatten Sinus-Ausschlags.
• Thermische Biegung. Ein Rotor, der nach einer heißen Abschaltung ungleichmäßig abkühlt, liest sich gebogen und ist Stunden später wieder gerade. Niemals nach einem heißen Stopp verurteilen.
• Ein Messproblem. TIR, das sich bei jeder Umdrehung ändert, ist kein Wellenfehler. Prüfe die Basis, den Messstift, die axiale Lage des Rotors.

Wie man richtig misst

• Stütze die Welle so, wie sie läuft. Eigene Lager, V-Blöcke unter den Lagersitzen oder zwischen Zentren, niemals eine Auflage, die einen Zustand misst, den der Service nie sieht.
• Reinige die Fläche. Hochstellen mit einem Abziehstein glätten, Ölfilm abwischen, alle Grate entfernen. Ein 0.02 mm Grat ist ein 0.02 mm Sprung im Ausschlag, weil ein lokaler Hochpunkt seine eigene Höhe einmal pro Umdrehung hinzufügt, statt sie wie eine offsetierte Mitte zu verdoppeln, und es kostet trotzdem einen Nachmittag.
• Setze den Messstift senkrecht zur Fläche, vorgespannt um ein Viertel bis ein Drittel des Ausschlags; in schräger Lage misst er nur den Kosinusanteil.
• Aufrigide montieren auf sauberem, planem, dickem Stahl. Wenn die Halterung nachgibt, messen Sie die Halterung.
• Null an einer Winkelposition setzen, die Welle markieren und eine volle 360 Grad per Hand in der normalen Drehrichtung drehen, die Nadel dabei durchgehend beobachten.
• Maximal- und Minimalwert mit ihren Winkelpositionen aufzeichnen, dann bestätigen, dass die Nadel an der Marke wieder null anzeigt; wenn nicht, Verdacht auf axiales Spiel oder eine lose Basis.
• Wiederholen in mehreren axialen Ebenen: Einlager, Mitte, Nabenauflage, Dichtfläche, freies Ende.

Sitzfehler zeigen sich als Rundlauf lange bevor sie als Geräusch erkennbar werden, daher gehört das in den Abnahmeschritt jeder Lagerinstallation.

Rundlauf ist nicht Ausrichtung und kommt zuerst

Ausrichtung misst die relative Lage zweier Wellen; Rundlauf misst eine Welle gegenüber ihrer eigenen Achse. Jede Ausrichtungsmethode geht davon aus, dass die Fläche, von der gemessen wird, konzentrisch rotiert, und eine Nabe mit 0.10 mm TIR addiert oder subtrahiert 0.05 mm zu jeder Ablesung, so dass Sie zwei Stunden Keile suchen können und trotzdem eine Maschine haben, die vibriert. Notieren Sie den Nabenrundlauf vor der ersten Kupplungsausrichtungs-Ablesung.

Abnahme-Denken

Es gibt keine universelle Zahl: die Toleranz ergibt sich aus Handbuch und Anwendung, sie wird enger bei steigender Drehzahl und schwindenden Spielräumen. Fehlt eine Handbuchangabe, arbeiten viele Werke nahe 0.05 mm TIR für radialen und Stirnrundlauf an Kupplungsnaben bei 1500 rpm und verschärfen auf 0.025 mm TIR bei 3000 rpm und darüber, und die engere Zahl gilt für Dichtungen mit engem Spalt bei jeder Drehzahl. Notieren Sie es, wie bei jeder Abnahmeprüfung, einschließlich Getriebespielmessung.

Die Schwingungs-Verbindung

Residualer Rundlauf erzeugt eine einmal pro Umdrehung wirkende Anregung bei 1x Drehzahl, genau dort, wo Unwucht liegt, sodass Abstimmgewichte die Amplitude etwas senken und der 1x-Anteil zurückkehrt.

Ein 1x-Problem, das nicht auf Auswuchten anspricht, ist eine Frage von Rundlauf, Sitz oder Ausrichtung. Wenn Sie beurteilen, ob das Residualniveau akzeptabel ist, vergleichen Sie die breitbandige RMS-Geschwindigkeit mit einem Schweregradrahmen wie ISO 10816-3, dessen Zonen für das gesamte breitbandige Niveau definiert sind (10 Hz bis 1000 Hz für Maschinen mit Nenndrehzahl über 600 rpm und 2 Hz bis 1000 Hz für Nenndrehzahlen zwischen 120 und 600 rpm) und nicht für eine einzelne Ordnung; behandeln Sie die 1x-Amplitude als die diagnostische Komponente innerhalb dieser Gesamtgröße und nicht als die Zahl, auf die die Zonen angewendet werden.

Was zu dokumentieren ist

• Anlage, Bauteil, Datum, Techniker, Zustand der Auflager.
• Indikatorauflösung, Basislage, Abstand jeder Ebene zu einem Bezugspunkt.
• Maximum, Minimum, Winkelpositionen, TIR, Exzentrizität, die Toleranz und ihre Quelle.

In Fabrico lebt eine Rundlaufprüfung als wiederkehrende PM-Aufgabe mit Checkliste, sodass Ablesungen und Bewertungen gegen die Anlage gespeichert sind und beim nächsten Satz sichtbar werden. Eine fehlgeschlagene manuelle Prüfung kann eine Folgeaufgabe auslösen, und ein Maschinenausfall aus PLC- oder OEE-Daten kann zu einem Arbeitsauftrag werden, sodass eine wiederkehrende 1x-Beschwerde zu einem anlagenbezogenen Eintrag wird, den ein Auditor lesen kann: vereinbaren Sie eine kurze Demo.

Ein durchgerechnetes Beispiel mit realen Zahlen

Eine einstufige Kreiselpumpe für Wasser läuft mit 2950 rpm. Ihre Gleitringdichtung ist in fünf Monaten zweimal ausgefallen, und die Schwingungsroute zeigt 4.8 mm/s RMS bei 1x am Einlager, unverändert nach einem Feldauswuchten.

Die Kupplung ist außer Toleranz, die Welle verbleibt in ihren Lagern, und sie ist an fünf Ebenen entlang der Welle vom Einlager aus gemessen angezeigt worden, Hochpunkt 70 Grad vom Passfederschlitz entfernt.

• Ebene A, 10 mm, Lagerbund: max +0.005, min 0.005 unter Null. TIR 0.010 mm, Exzentrizität 0.005 mm.
• Ebene B, 55 mm, Dichtlauffläche: max +0.021, min 0.019 unter Null. TIR 0.040 mm, Exzentrizität 0.020 mm.
• Ebene C, 100 mm, Mitte der Spannweite: max +0.036, min 0.034 unter Null. TIR 0.070 mm, Exzentrizität 0.035 mm.
• Ebene D, 145 mm, Antriebsende Dichtlauffläche: max +0.024, min 0.022 unter Null. TIR 0.046 mm, Exzentrizität 0.023 mm.
• Ebene E, 190 mm, Aussentlager: max +0.006, min 0.006 unter Null. TIR 0.012 mm, Exzentrizität 0.006 mm.

Die hausinterne Toleranz für diese Maschinenklasse, eine Kreiselpumpe mit enger Dichtungslücke, die knapp unter 3000 rpm läuft, ist 0.025 mm TIR auf beiden Dichtlaufflächen; die Anlage wendet die enge Dichtungszahl statt der allgemeinen an. Ebene B liest 0.040 mm TIR, also 0.015 mm über dem Grenzwert und 1.6-mal des erlaubten Werts. Ebene D liest 0.046 mm TIR, also 0.021 mm über und 1.84-mal des Limits. Beides fällt durch.

Nun das Muster lesen: nahe null an beiden Lagersitzen, mit einem Maximum von 0.070 mm in der Mitte der Spannweite, wieder abfallend Richtung Aussentlager, eine glatte Kurve statt eines Sprungs, eine feste Winkelposition während der ganzen Messung: eine gebogene Welle.

Die Durchbiegung in der Mitte beträgt 0.035 mm echte Exzentrizität, und sie erklärt die wiederkehrende 1x und die Dichtungsausfälle, weil eine Dichtlauffläche mit 0.020 mm Exzentrizität das dynamische Dichtungselement zwingt, einer Kreisbahn mit 0.020 mm Radius zu folgen, eine Gesamtausschwingung von 0.040 mm, einmal pro Umdrehung bei 49 Umdrehungen pro Sekunde, wodurch die Sekundärdichtung beansprucht und die Flächen bei jeder Umdrehung auseinandergehoben werden. Die Welle wird ersetzt, nicht gerichtet.

Vor Freigabe: die neue Welle an denselben fünf Ebenen anzeigen, bestätigen, dass an beiden Dichtlaufflächen 0.025 mm TIR oder besser erreicht werden, wobei Lager- und Mittelspannebenen innerhalb der allgemeinen 0.05 mm TIR liegen, die nachgerüstete Nabe auf radialen und Stirnrundlauf prüfen, erst dann ausrichten und nach 24 Stunden die Schwingung gegen die 4.8 mm/s-Basislinie nachmessen, eine Abfolge für den präventiven Wartungsplan der Pumpe.

Häufige Fehler

• TIR als Exzentrizität behandeln. Halbieren ist nicht optional.
• Nur in einer Ebene messen. Eine Zahl kann nicht zwischen Biegung, Kegel und exzentrischem Durchmesser unterscheiden, und der angenommene Fehler bestimmt das Ersatzteil.
• Ein geneigter Messstift. Er unterliest um einen Betrag, den nachträglich niemand quantifizieren kann.
• Die Rückkehr auf Null überspringen. Das verbirgt eine lose Basis, einen klemmenden Stift oder axiales Spiel.
• Einen heißen Rotor messen. Thermisch gebogene Wellen lesen sich gebogen und sind später wieder gerade.
• Zuerst ausrichten, später Rundlauf prüfen. Die Zahlen sehen überzeugend aus, sind aber bedeutungslos, und die Keile kommen wieder heraus.
• Nur das Urteil dokumentieren. Bestehen oder nicht mit keinen Ablesungen, Ebenen oder Toleranz kann im nächsten Jahr nicht verglichen werden.

Häufig gestellte Fragen

Ist TIR dasselbe wie Exzentrizität?

Nein. TIR ist der volle Ausschlag der Nadel über eine Umdrehung. Exzentrizität ist die Verschiebung des Flächenzentrums von der Rotationsachse und entspricht der Hälfte des TIR: 0.08 mm TIR sind 0.04 mm. Die meisten Handbücher geben Grenzwerte als TIR an, also die Konvention bestätigen.

Kann ich Rundlauf messen, wenn die Welle in der Maschine ist?

Ja, und normalerweise sollte man das auch tun. Die Welle in ihren eigenen Lagern liefert die repräsentativste Ablesung, weil das der Betriebszustand ist. Per Hand in der normalen Richtung drehen, Antrieb isoliert und verriegelt. V-Blöcke eignen sich für Wellen, die bereits ausgebaut sind.

Wie viele Messebenen sind genug?

Mindestens drei, vier oder fünf, wenn die Welle mehrere funktionale Durchmesser hat: je eine nahe jedem Lagerzapfen, eine in der Mitte der Spannweite und je eine an jeder wichtigen Auflage. Notiere den Abstand jeder Ebene zu einem Bezugspunkt, denn die Form über die Ebenen ist die Diagnose.

Meine Maschine zeigt hohe 1x-Schwingung. Ist das Rundlauf oder Unwucht?

Beide haben ihr Maximum bei 1x Drehzahl, deshalb werden sie verwechselt. Der Unterscheider ist die Reaktion auf Auswuchten: Wenn Abstimmgewichte das Niveau senken und es abgesenkt bleibt, war es Unwucht; wenn die Verbesserung nur teilweise ist, die Welle und die Nabe anzeigen.

Welche Rundlauftoleranz soll ich verwenden, wenn ich kein Handbuch habe?

Lege einen dokumentierten hausinternen Standard fest. Viele Werke arbeiten nahe 0.05 mm TIR für radialen und Stirnrundlauf an Kupplungsnaben um 1500 rpm und verschärfen auf 0.025 mm TIR bei 3000 rpm und darüber, und enger für Dichtungen mit engem Spalt. Eine ungeschriebene Toleranz schwankt mit dem, der sie verwaltet.