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Über dieses Buch

Beim Maschinenausrichten an gekuppelten Maschinensätzen gibt es einen breiten Anwenderkreis, der mit Messmitteln oder Messgeräten diese geometrisch nur scheinbar einfache Aufgabe löst. Nicht ausreichend ist häufig der fachliche Hintergrund der Techniker, Meister und Ingenieure, vor allem zu den vielfältigen Auswirkungen und zur Diagnose von Fehlausrichtungen im Betrieb.

Um eine Ausrichtmessung zuverlässig ausführen, begleiten oder vermitteln zu können, wird der Hauptzielgruppe ein Überblick über die praktischen Methoden vermittelt. In der VDI 2627 wurden diese Inhalte an Getrieben ansatzweise beschrieben; der Autor trug zur Verbesserung einer Neuerscheinung dieser Richtlinie bei.

Hier setzt auch die Buchreihe "Einführung in die Maschinendiagnose" an. Vom physikalischen Hintergrund bis zur praktischen Anwendung werden Grundlagen und Erfahrungen leicht verständlich dargestellt und mit praktischen Beispielen illustriert.

Die vertiefte, umfassende Diagnose von Bauteilschäden von der "Initial- bis zur Wurzelursache" über die Behandlung praktischer Fehlerquellen an Maschinen bis zu deren Abhilfe und echten Vorbeugung werden in dieser Buchreihe behandelt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung, Überblick und Literaturhinweise

Zusammenfassung
Das Kap. 1 führt in die Situation im Maschinenbau und -betrieb ein, in dem die Aufgabe der Maschinenausrichtung in der modernen Instandhaltung heute eine angemessene Priorität einnimmt. Einführend wird Erfassung und Diagnose dieses sehr häufigen Maschinenfehlers, neben den Fehlern an Kupplungen in der Literatur und der Praxis eingeordnet.
Im zweiten Unterkapitel wird in das vielfältige spezielle Fachgebiet des Ausrichtens an Maschinensätzen eingeführt. Die speziellen Ausrichtaufgaben werden in ihrem Anwendungsgebiet vorgestellt. Eine systematisierende Übersicht zeigt deren Zusammenwirken an verschiedensten Maschinentypen.
Das zweite Unterkapitel führt durch die Historie der letzten Jahrzehnte mit den Anfängen vom Haarlineal und der Fühllehre bis zum Laserausrichtsystem.
In einem weiteren Teilkapitel werden die Kupplungsfehler in Abgrenzung zur Ausrichtproblematik dargestellt. Eine Übersicht zeigt die verschiedenen Fehlertypen an Kupplungen im Bezug zur Lebensdauer von Maschinensätzen.
Abschließend wird das grundlegende System der Anisotropie gezeigt im Lagerungs- und im Kupplungstyp.
Dieter Franke

2. Kupplungsbauformen, typische Eigenschaften und Torsion im Wellenstrang

Zusammenfassung
Kap. 2 ist anfangs der detaillieren Beschreibung von Kupplungsbauformen und deren Funktionalität und Eigenschaften gewidmet. Diese Eigenschaften sind für die hier betrachteten Fehler wichtig hinsichtlich Verlagerungen, Biegung und Torsion an der Koppelstelle von zwei Maschinen.
In einem Teilkapitel wird zunächst die Torsion als besondere Eigenschaft im Maschinenstrang und als besondere Messaufgabe dargestellt. Für diese sind übliche Schwingungsmesssysteme und -methodiken, wie von der Gehäusemessung gewohnt, nicht anwendbar. Neben der Darstellung von geeigneten Messprinzipien wird ein einfaches praktisches Messprinzip an einem Maschinenmodell abschließend vorgestellt. Die Torsionsanregungen sind ein wesentlicher Teil der Auswirkungen von Ausricht- und Kupplungsfehlern.
Dieter Franke

3. Übersicht der Auswirkungen von Ausrichtfehlern und Kupplungsfehlern

Zusammenfassung
Kap. 3 beschäftigt sich mit den doch recht komplexen Auswirkungen von Kupplungs- und Ausrichtfehlern. Eingangs werden die Auswirkungen von Ausrichtfehlern systematisiert und dann dargestellt in den Mehrbelastungen über den erhöhten Energieverbrauch bis zum steigenden Instandhaltungsaufwand. An einem detaillierten grafischen Maschinenmodell werden die verketten mechanischen Auswirkungen anschaulich sichtbar gemacht.
In einem Teilkapitel ist es Aufgabe die Änderungen von statischen und dynamischen Kräften in der Kupplung an Schnittbildern sichtbar zu machen und zu erläutern. Dazu wird die Erfassung der geometrischen Änderungen durch Ausrichtfehler in der Kupplung beschrieben.
Im abschließenden Teilkapitel werden die Auswirkungen in Stichpunkten gegliedert aufgelistet.
Dieter Franke

4. Ausrichtfehler im Wellenstrang – Geometrie und Definitionen

Zusammenfassung
Im 4. Kapitel werden die Geometrien und die hierbei sehr wichtigen Vorzeichendefinitionen im gekuppelten Wellenstrang beschrieben.
Eingangs werden systematisch die verschiedenen geometrischen und kräftemäßigen Einflüsse dargestellt, die den Ausrichtzustand wirksam ändern können oder diesen überlagern.
Das zweite Teilkapitel führt mit einfachen Bildern und Texten durch die Begriffe und üblichen Vorzeichenfestlegungen der Ausricht-Geometrie im Maschinensatz.
Das dritte Teilkapitel zeigt die mechanische Erfassung von Fehlausrichtungen an den Kupplungshälften.
Im letzten Teilkapitel wird der Ausrichtvorgang der Antriebsmaschine praktisch vorgestellt. Dazu gehört die Anwendung des Strahlensatzes zur Bestimmung der Korrekturwerte an den Maschinenfüßen sowie der Einsatz von „Beilageblechen“ zur vertikalen Ausrichtkorrektur. Auch die Kippfußproblematik ist im Ausrichtvorgang fallweise wie erwähnt zu lösen. Als Besonderheit werden noch vertikale Maschine kurz erläutert sowie abschließend der axiale Abstand in der Kupplung.
Dieter Franke

5. Erfassung der Ausrichtfehler – Messverfahren

Zusammenfassung
Die Erfassung der Ausrichtfehler im Wellenstrang wird im Kap. 5 mit den üblichen Messverfahren und -methoden vorgestellt. Im ersten Unterkapitel ist die mechanische Vorgehensweise und Messabfolge an der Maschinenkupplung für die Erfassung im Quasi-Stillstand der Inhalt. Die zu erfassende Klaffung an der einfachen Kupplung und Zwischenwelle wird grafisch dargestellt.
Das zweite Teilkapitel zeigt den Aufbau und die Erfassung der geometrischen Änderungen beim Verdrehen der Kupplung im Laserempfänger.
Das dritte Teilkapitel beschreibt die methodisch notwendige Mittelung im Messvorgang und über mehrere Messabläufe. Dabei sind die Fehlerdetektion und -kompensation wichtige Werkzeuge.
Die Eingabe der Maschinengeometrie ist Teil jeden Ausrichtvorgangs im Bedienablauf an den Lasergeräten. Abschließend werden die Spannvorrichtungen an der Kupplung und an der geöffneten Flanschverbindung dargestellt.
Dieter Franke

6. Bewertung von Fehlausrichtungen und Ausrichten der Antriebsmaschine

Zusammenfassung
Kap. 6 ist der Bewertung der erfassten Fehlausrichtungen an der Kupplung gewidmet. Es werden zwei Toleranzgrenzen vorgestellt, die sich in der Breite durchgesetzt haben sowie deren Anwendung in zwei weiteren Grenzen zur Bewertung kritischer Auswirkungen im Maschinensatz. Die bewerteten Ergebniswerte an der Kupplung münden in Korrekturwerten an den Maschinenfüßen. Ausführlich werden potenzielle Problemfälle vorgestellt, die erst nach mehreren Korrektur-Schleifen bewältigt werden. Das Erkennen der zusätzlich aufgetretenen Fehler ist ebenso hilfreich dabei, wie Sondermodi im Ausrichtsystem zum synchron angezeigten „Bewegen“ der Antriebsmaschine.
In einem kurzen Teilkapitel wird das Verhalten von Kardanwellen im Ausrichtvorgang analog zu Zwischenwellen zwischen zwei Kupplungen beschrieben.
Dieter Franke

7. Maschinenfehler aus Fehlausrichtungen

Zusammenfassung
Kap. 7 erläutert sehr ausführlich die Änderungen durch Fehlausrichtungen im gesamten Maschinensatz. Ausgangspunkt sind dabei die Änderungen der statischen Kräfte im Antriebsstrang in ihrer gerichteten Wirkung in jeder Lagerebene, was grafisch einprägsam sichtbar wird.
Davon abgeleitet werden im nächsten Teilkapitel die dynamischen Kräfte aus Fehlausrichtungen in verschiedenen Kupplungstypen aufgezeigt.
Logisch werden im folgenden Teilkapitel die Modellmechanismen der Schwingungsanregung aus Parallel- und Winkelversatz separat abgeleitet, schrittweise erläutert und ausführlich grafisch dargestellt.
Daran schließt sich ein kurzes Teilkapitel der Zusammenfassung der Schwingungsphänomene an.
Das abschließende Teilkapitel fasst die Auswirkungen im Antriebsstrang nochmals analytisch zusammen.
Dieter Franke

8. Weitere Ausrichtaufgaben an Maschinensätzen

Zusammenfassung
Kap. 8 beschreibt weitere verbreitete Ausrichtaufgaben an Maschinensätzen und beginnt mit einer Übersicht wichtiger Ausricht-Anwendungen.
Das zweite Teilkapitel beschreibt praxisnah an Hand von großen Abbildungen die Ausrichtung an der Lagergasse von Turbinen für die Leitapparate und Lagerschalen und zu den Lagerbohrungen des Generators.
Abschließend geht es im dritten Teil um die Beschreibung von heute vielgestaltig angebotenen Messwerkzeugen an Riemenscheiben in Riemenantrieben.
Dieter Franke

9. Einflüsse, Vorgaben und Betriebsverhalten der Ausrichtung im Wellenstrang

Zusammenfassung
Im Kap. 9 werden die Einflüsse, Vorgaben und das Betriebsverhalten der Ausrichtung im Wellenstrang mit den typischen praktischen Anwendungen erläutert.
Es beginnt mit einer mehrseitigen Betrachtung der Einflüsse auf die Wellenausrichtung.
Der folgende Teil befasst sich mit dem Thermischen Wachstum in Turbinensätzen. Dazu werden zwei Gerätetypen und die dabei angewendete Messmethodik praktisch orientiert vorgestellt bis zu einem typischen Messergebnis von wärmebedingten Verlagerungen.
Das dritte Teilkapitel stellt die Verlagerungen unter Last auf Windenergieanlagen vor. Mit einem typischen Messablauf und dessen Ergebnis werden die relativ starken Änderungen zur Ausrichtung im Stillstand sichtbar gemacht. Wichtige Aspekte der Umsetzung dieser anspruchsvolleren Anwendung werden anschaulich und ausführlich beschrieben.
Dieter Franke

10. Schwingungsdiagnose von Ausrichtfehlern und Kupplungsfehlern

Zusammenfassung
Im Kap. 10 gehts es um eine erprobte und zuverlässige Durchführung der Schwingungs-Diagnose bei Kupplungs- und Ausrichtfehlern.
Im ersten Teil geht es um die einfache Diagnose mittels einfachen breitbandigen Schwingstärkekennwerten. Dabei wird methodisch richtungsbezogen und vergleichend über die Lagerebenen vorgegangen.
Nachfolgend wird eine verbesserte Diagnose mit Amplituden- und Phasenkennwerten vorgestellt. Vertieft wird es weiterhin mit üblichen Signalmessungen bis zur Orbitdarstellung.
Final wird die die zuverlässige vertiefte Diagnose mit Nachlaufkurve und die anschauliche Wasserfalldarstellung erläutert.
Der abschließende Teil zeigt Modellmaschinen zum Training, für Tests und zur Präsentation von Messtechnik für das Ausrichten und für die Schwingungsdiagnose.
Dieter Franke

11. Fallbeispiele der Fehlausrichtung

Zusammenfassung
Kap. 11 zeigt in Fallbeispielen die Schwingungsdiagnose und Ausrichtmessungen in ihrer Anwendung im Maschinensatz.
Fallbeispiel 1 erläutert die Schwingungsdiagnose an einem Generatorsatz mit Gehäuseschäden durch Designfehler.
Fallbeispiel 2 zeigt die Messung und Bewertung von lastbedingten Verlagerungen auf Windenergieanlagen im Betrieb mit Auswirkungen in der Schwingstärke im Antriebsstrang.
Fallbeispiel 3 erläutert nach wiederholten Wälzlagerschäden die vielfältigen Diagnoseschritte bis zu den Ursachen der Fehlausrichtung und den Abhilfemaßnahmen an Umwälzgebläsen mit Flanschbefestigung.
Fallbeispiel 4 zeigt mit eine umfänglichere Schwingungsdiagnose vom Designfehlern der gleitgelagerten Lagerung am Motor bis zu dessen axialer elektromagnetischer Asymmetrie.
Fallbeispiel 5 beschreibt die Diagnose an einem vertikalen Pumpensatz, bei dem durch gezielte Fehlausrichtung ein ausreichend stabiler Wälzlagerbetrieb erreicht werden konnte.
Dieter Franke

12. Zusammenfassung

Zusammenfassung
Kap. 12 beschreibt in aufgelisteten Merksätzen den kompletten Ausrichtvorgang in Antriebssträngen, was die Umsetzung und Anwendung der vermittelten Inhalte deutlich vereinfacht. Einleitend wird ein kurzer Abriss des gesamten Fachgebietes gegeben.
Der zweite Teil fasst im ersten Unterkapitel den Ausrichtvorgang aus der Praxissicht zusammen.
Ein weiters Unterkapitel nennt die Kernpunkte der Erfassung und Auswertung bei Ausricht- und Kupplungsfehlern.
Das letzte Unterkapitel beschreibt in kurzen Einzelaspekten die Bewertung und die Auswirkungen von Fehlausrichtungen.
Das letzte Teilkapitel fasst nochmals den ganzen Ausrichtvorgang zusammen. Darin wird eine Übersicht der Auswirkungen strukturiert nach den überschrittenen Grenzwerten dargestellt. Den Abschluss bildet eine Übersicht der Auswirkungen in Abhängigkeit von den Steifigkeiten des Maschinensatzes und seiner Komponenten.
Dieter Franke

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