Das Auswuchten der Turbine (Rudolf Kreutz)
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  Allgemeines
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Auf dieser Seite finden Sie eine Bauanleitung für ein Auswuchtgerät, daß schon oft erfolgreich nachgebaut wurde. Es eignet sich auch zum wuchten von E-Impellern. Eine Turbine sollte stets bestmöglich Ausgewuchtet sein um eine Zerstörung der Lager oder anderer Teile zu verhindern.

Das nun folgende Auswuchtgerät ist von Günther Haager entwickelt worden und wird hier mit seinem Einverständniss von uns veröffentlicht.

Bei offenen Fragen können Sie sich hier bei Günther Haager per Mail melden: Mail

Hallo Turbinenfreaks, hier ist unsere Vorrichtung, mit der wir hervorragende Wuchtergebnisse erzielen, ja ich möchte sagen, mit Industriestandard!
Die Vorrichtung ist sehr einfach zu bauen und funktioniert perfekt, ist aber am Papier schwer zu beschreiben. Darum nicht abschrecken lassen, wenn es kompliziert aussieht, ist er wirklich nicht.
Die Idee stammt nicht von mir, sondern wurde aus vielen unterschiedlichen Ideen und eigenen Erfahrungen zusammengetellt und immer wieder verbessert. Einige Modellbaukollegen haben diese Vorrichtung nachgebaut und waren über die einfache Funktion und das gute Ergebnis überrascht. Das Wuchtergebnis mit dieser Vorrichtung ist um ein vielfaches besser als die Reproduzierbarkeit der mechanischen Verbindung. Mit Hilfe dieser einfachen Vorrichtung wird der Zusammenhang zwischen Montage und Wuchtzustand ganz deutlich.


  Die Wuchtmaschine wird in zwei Ausführungen gebaut
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Am weitesten verbreitet ist die Ausführung mit einem guten Multimeter, wo die Position der Unwucht durch Veruche bestimmt wird. Bei der erweiterten Ausführung mit Oszilloskop wird auch die Position der Unwucht angezeigt. Der verwendete Piezosensor zeigt eine Unwucht von 0,005 Gramm noch sehr deutlich. (ca. 1 cm hohe Sinusschwingung am Oszilloskop entsprechend ca. 0,2 V). Bei Versuchen mit Gleitlagerung der Welle konnte noch bessere Empfindlichkeit erzielt werden. Die Drehzahl bei den Wuchtversuchen lag zwischen 500 und 1000 U/min.

Benötigt wird für die einfache Ausführung:
- Schaukelförmige Aufhängung für Turbinenläufer
- Piezogeber wie in Suchpiepser für Flugmodelle oder ein Piezolautsprecher
- kleiner Elektromotor mit Gummiring

Zur gleichzeitigen Positionsbestimmung der Unwucht sind weiter notwendig
- Oszilloskop mit Trigger
- Infrarot - Reflexgabellichtschranke mit integriertem Fototransistor
- Brennpunkt ca. 5mm (z.B. von Conrad Elektronik)
- 2 Widerstände
- event. eine genaue Waage



  Funktionsprinzip
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Die Welle mit montiertem Turbinenrad oder Verdichter liegt mit Kugellagern in einer schaukelartigen Aufhängung auf Prismen und wird durch einen Elektromotor über einen Gunniring (O - Ring oder Antriebsriemen von Casettenrecorder, ein normaler Gummiring ist nicht geeignet!) angetrieben. Von der prismenförmigen Aufhängung geht ein 2 mm Stahldraht auf die Membran des Piezosensors. Wenn die Welle dreht, schwingt diese Einheit durch die Unwucht und erzeugt am Piezosensor eine Wechselspannung. Bei der Ausführung mit Multimeter ist die gemessene Wechselspannung proportional zur Unwucht und die Position muß durch probieren ermittelt werden. Am Oszilloskop wird eine Wechselspannung als Sinusschwingung sichtbar, wobei die Amplitude proportional zur Unwucht ist und die Position genau bestimmt werden kann.

Auswuchten1
Auswuchten2


  Baubeschreibung
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Die Skizze zeigt den Aufbau. Die verwendeten Materialien stammen aus Resten. Zum Beispiel Aluminiumflachprofil ca. 50x8 mm zusammengeschraubt ergibt die Träger der Schaukel, oder ein Massives Küchenschneidbrett aus Kunststoff ist die Grundplatte. Der Schwenkbügel ist aus 4mm starkem Schweißdraht. Alle Maße sind frei, nur die Schaukel sollte 10 bis 15 cm lang sein. Der Elektromotor ist genau unter der Wellenachse montiert.Blechstreifen mit ca. 8mm Breite und 0,4 mm Dicke (Puksägeblätter) stellen die Verbindung zwischen Prismen und Konsole dar und erfüllen durch ihre eigene Elastizität die Funktion der Lagerung und Dämpfung.

Der Piezosensor wird neben der Grundplatte auf einem Aluminiumbock oder einer alten Starterbatterie mittels doppelseitigem Klebeband montiert. Zwischen Prisma und Konsole ist eine dünne Druckfeder so eingespannt, daß die Verbindungsstange leicht auf die Membrane des Piezosensors drückt, wenn das Prisma ungefähr in der Mitte steht.
Wenn die Unwucht nur mit dem Multimeter bestimmt wird, kann der Sensor auch direkt an der Konsole neben dem Prisma montiert werden, da Resonanzschwingungen auf die Messung mit dem Multimeter kaum Einfluß haben. Im Idealfall,bei stabiler Konsole, werden auch bei Messungen mit dem Oszilloskop und direkter Sensormontage an der Konsole gute Ergebnisse erzielt. Bei getrennter Montage des Piezosensor neben der Grundplatte wird die Auswertung wesentlich verbessert, da keine Schwingungsüberlagerungen mehr zu Störungen führen können



  Positionsbestimmung der Unwucht
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Um die Position der Unwucht exakt zu bestimmen, wird auf der Welle eine längliche Markierung (ca. 2x10 mm schwarzes Isoband) parallel zur Drehachse angebracht. Am Oszi zeigt die Markierung ein deutliches Signal. Der Infrarotsensor wird auf einem drehbaren Bügel so justiert, daß er in Höhe der Markierung auf die Welle zielt. Wenn bei rotierender Welle die Markierung vor dem Sensor vorbeidreht, wird am Oszi ein nadelförmiger Impuls sichtbar. Schafft man es, daß die maximale Unwucht und der nadelförmige Impuls am Oszi genau übereinander stehen, kennt man die Position der Unwucht.
Dies wird folgendermaßen erreicht:
Der Schwenkarm ist in der verlängerten Drehachse der Rotorwelle gelagert. Dadurch kann der Infrarotsensor mit gleichbleibendem Abstand (ca. 5 mm) um die Rotorwelle gedreht werden und zeigt immer auf die Welle. Bei laufender Welle ändert sich durch verdrehen des Infrarotsensors am Oszi der Abstand zwischen Amplitudenmaximum und Nadelimpuls.
Wird jetzt der Sensor so lange um die Welle gedreht, bis der Nadelimpuls und das Amplitudenmaximum von Piezosensor am Oszi genau übereinandersteht, so kennt man die Position der Unwucht.
Dazu wird der Schwenkarm in dieser Position fixiert und der Antriebsmotor abgeschaltet. Wenn der Läufer zum Stillstand gekommen ist, wird die Welle so lange gedreht, bis die Markierung auf der Welle genau beim Sensor steht.
Je nach Polung der Anschlüsse am Oszi ist die Position der Unwucht jetzt genau beim Piezo oder gegenüber.
Durch Aufkleben von Isoband an dieser Stelle, kann bei einem weiteren Testlauf am Oszi die Wirkung gemessen werden.Bei Verschlechterung der Unwucht wird das Band wieder abgenommen und an der gegenüberliegenden Seite wieder aufgeklebt. Dieses wird wiederholt bis am Oszi nur noch ein Grundrauschen zu sehen ist.
Wenn jetzt das Gewicht der aufgeklebten Knetmasse gewogen wird und die zu schwere Stelle am Turbinenrad markiert wird, kann mit Hilfe einer genauen Waage sehr schnell die richtige Menge abgeschliffen werden. Bei einiger Übung ist man nach 3-5 maligem Wiederholen dieser Prozedur bei einem genauestens gewuchteten Läufer angelangt.
Wenn Sie jetzt den Läufer zerlegen und gleich wieder zusammenbauen, können Sie an der neuerlichen Unwuchtanzeige erkennen, wie sich der Unwuchtzustand verändert hat. Wie wenig ist von der Präzission der Verbindung zwischen Turbine, Lager und Welle abhängig.



  Grundeinstellung der Sensoren
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Infrarotsensor
Bei drehendem Rotor wird die Position des Sensor vertikal, horizontal, die Neigung und der Abstand so lange optimiert, bis die bestehende Wellenmarkierung zum größtmöglichen Nadelimpuls am Oszi führt. In dieser Position wird der Sensor am Schwenkbügel fixiert.

Piezosensor
Der Stahldraht vom Prisma kommend, soll in der Mitte der Membran des Piezos anliegen. Durch unterschiedlichen Anpressdruck wird der optimale Punkt für größte Empfindlichkeit bei drehendem Turbinenläufer ermittelt. Der Piezo wird direkt mit dem Gehäuse und einem doppelseitigen Klebeband auf einem Aluklotz aufgeklebt. Das Multimeter oder Oszi wird direkt an den beiden Anschlußdrähten vom Piezo angeschlossen. Die in allen Piezos integrierte Elektronik störte bei meinen Versuchen nicht.

Wichtige Eigenheit
Da Piezos mit integrierter Schaltung eingesetzt werden, kann in manchen Fällen eine Umpolung der Meßleitungen am Sensor das Meßergebnis verbessern.

Bekannte Störungen
- kaputte Lager:Starkes Kugelrauschen,Unwucht schwer erkennbar
- Verkantete Auflage der Kugellager am Prisma :keine stabil stehende Sinusschwingung
- Abgeschnittene Wellenberge am Oszi: extreme Unwucht, zu starker oder zu geringer Auflagedruck
  am Sensor. (mit Feder neben Prisma regulieren)

Hier noch einige Skizzen des Aufbaus im PDF - Format:



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Alle Texte, Abbildungen und Zeichnungen © D. Thomé-Manske u. R. Kreutz.
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