Soft Foot ist ein Zustand, bei dem ein oder mehrere Füße eines Motors, einer Pumpe oder eines Getriebes nicht plan auf der Grundplatte aufliegen, sodass das Anziehen der Befestigungsschrauben den Maschinenrahmen verbiegt, anstatt ihn nur zu befestigen.
Es klingt nach einem kleinen Einpassproblem, aber ein nicht behobener Soft Foot macht selbst eine perfekte Laser-Ausrichtung wirkungslos, und er ist eine der häufigsten (und am meisten übersehenen) Ursachen für chronische Schwingungen und vorzeitigen Lagerausfall bei rotierenden Maschinen.
"Soft Foot" ist ein Sammelbegriff für Verformungen des Maschinenrahmens. Alles, was das Gehäuse verdreht oder durchbiegt, wenn eine Befestigungsschraube angezogen (oder gelockert) wird, zählt dazu, unabhängig davon, ob die Ursache ein bearbeiteter Fuß, ein verbogener Fuß oder eine äußere Kraft ist.
Da die meisten Maschinen vier Füße haben und jede drei Punkte eine Ebene definieren, erfordert das Einpassen eines vierten Fußes in dieselbe Ebene sauberen, gut unterlegten Kontakt. Ist dieser nicht vorhanden, zwingt das Anziehen der Schrauben den Rahmen, sich der ungleichmäßigen Unterstützung anzupassen, und belastet das Gehäuse und die darin liegenden Lagerbohrungen.
Das ist wichtig, weil sich die Verformung nicht im Fuß hält. Sie wandert durch den Rahmen in die Lagergehäuse und verschiebt die interne Lage der Lagerbohrungen und damit die Wellenmittelachse. Deshalb muss Soft Foot geprüft und korrigiert werden, bevor Sie überhaupt mit einer Laser-Wellenachsenausrichtung beginnen: Eine Ausrichtung eines verformten Rahmens verschließt die Verformung dauerhaft.
Paralleler Soft Foot (auch als "short foot" bezeichnet) tritt auf, wenn ein Fuß zu kurz bearbeitet ist oder Unterlegscheiben fehlen, wodurch ein gleichmäßiger, nicht konischer Luftspalt unter ihm verbleibt. Sind die anderen drei Füße fest, wippt dieser Fuß gegen den diagonal gegenüberliegenden Fuß über eine erhöhte Kante, die durch die verbleibenden zwei Füße gebildet wird.
Ziehen Sie die Schrauben an, so biegt sich der Rahmen, um Kontakt zu erzwingen, genau wie ein vierbeiniger Stuhl mit einem kurzen Bein, der nur deshalb nicht mehr wippt, weil sich der Stuhl selbst durchbiegt.
Winkeliger Soft Foot entsteht, wenn der Fuß oder seine Auflagefläche schräg bearbeitet oder verbogen ist, sodass nur eine Kante oder Ecke Kontakt hat, wenn der Fuß unbelastet ist.
Ein außen angewinkelter Fuß berührt nur an seiner inneren Kante und wirkt beim Anziehen wie ein Hebel, der Aufwärtskräfte in den Rahmen einleitet und die anderen Füße hochdrückt.
Ein innen angewinkelter Fuß berührt nur an seiner äußeren Kante und bewirkt das Gegenteil: er zieht den Rahmen nach unten, sodass das Lösen benachbarter Füße nur wenig oder keine Spannungsfreisetzung zeigt.
Messungen mit der Fühlerlehre unter einem angewinkelten Fuß zeigen einen deutlich konischen Spalt (auf einer Seite größer, auf der anderen kleiner) statt des gleichmäßigen Spalts eines parallelen Soft Foot.
Die kurzfristige Abhilfe ist eine Stufenunterlegung (ein Stapel von Unterlegscheiben, die auf den Konus zugeschnitten sind); die dauerhafte Lösung ist das Nachbearbeiten des Fußes oder des Auflagepolsters.
Induzierter Soft Foot wird überhaupt nicht durch den Fuß oder die Basis verursacht. Er entsteht durch eine äußere Kraft, die den Rahmen verformt, meist Rohrverspannung durch Leitungen, die vor dem Anziehen der Schrauben in Position gezwängt wurden, oder zu starre Leitungsführungen, strukturelle Aussteifungen oder Belastungen durch Riemen und Ketten.
Er verhält sich inkonsistent und kann zwei, drei oder alle vier Füße ohne sauberes Wipp- oder Kegelmuster betreffen. Da der Rahmen bereits unter erheblichem Stress stehen kann, lösen Sie bei Verdacht auf induzierten Soft Foot niemals mehr als einen Fuß gleichzeitig.
Die verbleibenden Füße sind möglicherweise nicht stark genug, um den Rahmen gegen diese äußere Kraft zu halten; dadurch können Füße verbiegen, reißen oder brechen, eine Gefährdung sowohl für die Sicherheit als auch für die Ausrüstung. Die einzige wirkliche Abhilfe ist das Entfernen der äußeren Kraft, nicht ein Unterlegen drumherum.
Ein verwandtes Ärgernis, das oft bei denselben Kontrollen berücksichtigt wird, ist der sogenannte "squishy foot": zu viele Unterlegscheiben (vorgefertigte Shims erlauben jede Dicke bis zu 0,150 in bei drei oder weniger), verbogene oder verschmutzte Unterlegscheiben oder Schmutz unter einem Fuß. Der Stapel federt wie eine Blattfeder beim Anziehen der Schraube ein, sodass der Befestiger den Fuß nie vollständig verankert, obwohl er als "fest" angezeigt wird.
Wenn eine Maschine mit Soft-Foot-Zustand trotzdem angeschraubt wird, weichen das Gehäuse und die Lagergehäuse intern aus und verschieben die Lagerbohrungen zueinander. Diese Wellenverformung ändert die Ausrichtung der Maschine relativ zur gekoppelten Welle und erzeugt Schwingungen, die Verschleiß an Kupplung, Lagern, Dichtungen und Rotor beschleunigen.
Die Verformung erhöht außerdem die radiale Belastung, die die Lager tragen müssen, und die Lagerlebensdauer ist sehr empfindlich gegenüber dieser Belastung: Bei Kugellagern verändert sich die zu erwartende Lebensdauer umgekehrt proportional zum Würfel des Verhältnisses von Auslegungslast zur tatsächlichen Radialbelastung; eine Verdopplung der Radialbelastung kann die Lagerlebensdauer etwa auf das Achtfache verkürzen, eine Verdreifachung auf etwa das 27-Fache reduzieren.
Da sich die Welle kontinuierlich biegen muss, um dem verformten Weg der Lagerbohrungen beim Drehen zu folgen, kehrt die Biegung zweimal pro Umdrehung die Richtung um, entsprechend bei der doppelten Drehzahl.
In Spektren von Lagerausfällen und in der allgemeinen Schwingungsanalyse zeigt sich Soft Foot häufig als eine erhöhte 1x-Komponente der Drehzahl, manchmal zusammen mit 2x- oder 3x-Drehzahlspitzen; bei Motoren kann er außerdem eine 2x-Netzfrequenzkomponente anheben, weil der verzogene Stator den gleichmäßigen Luftspalt zum Rotor verliert.
Die Bewertung der Schwere gegenüber den ISO 10816-3 Schwingungs-Schwerebereichen nach einer Soft-Foot-Korrektur ist ein nützliches Mittel, um zu bestätigen, dass die Korrektur tatsächlich gewirkt hat und nicht nur die Messwerte sich verschoben haben.
Die korrekte Reihenfolge gemäß standardmäßiger Ausrichtpraxis ist: Reinigen der Montagefläche, grobe Ausrichtung der Kupplung, um Kupplungsverspannung zu entfernen, und danach das Prüfen jedes Fußes einzeln bei angezogenen anderen drei Füßen.
Sobald die Form des Spalts die Diagnose bestätigt, unterlegen Sie (oder stufenunterlegen Sie bei einem konischen Spalt) den betroffenen Fuß, um den gemessenen Spalt zu füllen. Gute Unterlegpraxis hält den Stapel einfach und vorhersehbar:
| Richtwert | Wert |
|---|---|
| Akzeptanzschwelle für Soft Foot | 0,002 in (0,05 mm) oder weniger |
| Maximale Anzahl vorgefertigter Shims pro Fuß (normale Korrektur) | 3 bis 4 |
| Mindestdicke für alle bis auf eine Shim im Stapel | 0,003 in (0,08 mm) oder mehr |
| Gesamtdicke der drei dünnsten Shims | 0,010 in (0,25 mm) oder mehr |
| Typische Kompression vorgefertigter Edelstahlschims | etwa 0,5 % bis 1 % der Stapelhöhe |
Vorgefertigte Shims aus rostfreiem Stahl komprimieren deutlich weniger als handgeschnittene Messingshims, weshalb sie für alles über eine vorübergehende Behebung hinaus bevorzugt werden.
Nach der Korrektur des Soft Foot prüfen Sie alle vier Füße erneut, um zu bestätigen, dass das Problem tatsächlich beseitigt ist, und fahren Sie dann mit der endgültigen Ausrichtung fort, die bei anhaltenden Schwingungen auch gegen dynamische Auswuchtung und den Kupplungszustand geprüft werden sollte, da ein verbleibendes Ungleichgewicht oder ein Kupplungsfehler residuale Soft-Foot-Symptome nachahmen kann.
Eine Soft-Foot-Korrektur kostet einen Techniker nur ein paar zusätzliche Minuten mit einer Fühlerlehre und einem Shim-Kit.
Wird sie übersehen, läuft die "ausgerichtete" Maschine weiterhin intern verspannt mit einer verformten Lagerbohrung, die sich durch keine Kupplungseinstellung beheben lässt, und steuert auf einen Lager- oder Dichtungsfall zu, der unzusammenhängend mit der Ausrichtarbeit erscheint, bis schließlich jemand die Füße prüft.
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Ja. Die Laser-Ausrichtung misst die Welle-zu-Welle-Position bei angezogenen Schrauben; sie zeigt nicht zwangsläufig, dass der Rahmen unter Spannung steht. Eine Soft-Foot-Prüfung ist ein separater Schritt, bei dem jeder Fuß einzeln gelockert wird, und sollte immer der finalen Auslesung der Ausrichtung vorausgehen.
Die Standardpraxis behandelt eine Wellbewegung oder einen Laserwert größer als 0,002 in (ca. 0,05 mm) an einem Fuß als Soft Foot, der korrigiert werden muss. Messwerte bei oder unter diesem Wert gelten im Allgemeinen als innerhalb der Toleranz.
Nein. Überdrehen beseitigt den Luftspalt nicht, es zwingt den Rahmen nur, mehr Stress aufzunehmen, um ihn zu schließen. Der Spalt muss physisch mit der richtigen Shim-Dicke gefüllt werden (oder der Fuß bzw. die Basis muss korrigiert werden), bevor die Schraube mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen wird.
Nicht unbedingt. Da der Maschinenrahmen eine zusammenhängende Struktur ist, bedeutet die Korrektur eines wippenden (parallelen) Soft Foot oft, dass zwei diagonal gegenüberliegende Füße unterlegt oder eingestellt werden müssen, nicht nur der mit dem höchsten Messwert, da der Rahmen Spannungen an mehr als einer Stelle abbaut.
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