Kritische Drehzahl

Von einer Unwucht spricht man bei rotierenden Körpern, deren Masse nicht rotationssymmetrisch verteilt ist. Unwuchten führen vor allem bei hohen Drehzahlen zu Vibrationen und erhöhtem Verschleiß, weshalb sie durch Gegengewichte ausgewuchtet werden. Ein typisches Beispiel dafür sind Kfz-Räder, deren wesentliche Unwucht-Ursache die Reifen sind.

Andererseits werden Unwuchten oft absichtlich für technische Zwecke genutzt.

Man unterscheidet zwischen statischer und dynamischer Unwucht. Meist treten beide Formen gleichzeitig auf.

Statische und dynamische Unwucht

Statische Unwucht

Eine statische Unwucht entsteht, wenn die Drehachse nicht durch den Schwerpunkt des Rotationskörpers verläuft. Sie ist ein Sonderfall der dynamischen Unwucht. Charakteristisch für eine statische Unwucht ist, dass die Ebene, in der die Unwucht liegt, mit der Radialebene des Schwerpunktes übereinstimmt und somit bei Drehung kreisförmige mechanische Schwingungen rechtwinklig zur Drehachse erzeugt.

Beispiel: Wird in einem Fahrradrad nur ein Reflektor angebracht, so dreht sich die Seite mit dem Reflektor immer nach unten.

Schwingungsverhalten von Unwuchten

Dynamische Unwucht

Dynamische Unwuchten entstehen, wenn die Rotationsachse nicht mit einer der stabilen Hauptträgheitsachsen des Bauteils übereinstimmt. Die Rotationsachse ist im Schwerpunkt gekippt.

Dynamische Unwuchten treten erst im Betrieb auf. Sie äußern sich in einem Biegemoment, dem sogenannten Unwuchtmoment auf der Rotationsachse. Sie rufen an den Enden der Achse um 180 Winkelgrade verschobene, kreisförmige Schwingungen hervor. Der Schwerpunkt des rotierenden Körpers bleibt in Ruhelage, während die Achse wegen der entgegengesetzten Kreisbewegungen taumelt.

Beispiel: zwei gegenüber, an verschiedenen Seiten an einem Fahrrad-Rad angebrachte Reflektoren

Man nimmt diese Form der Unwucht z. B. bei KFZ-Rädern oft als „Flattern“ wahr. Sie werden daher dynamisch gewuchtet, was dazu führen kann, dass beide Seiten (innen und außen) der Felge Ausgleichsgewichte tragen.

Nutzung von Unwuchteffekten

Unwuchten sind nicht nur ein negativer Effekt, sie werden in der Technik auf vielen Gebieten auch bewusst genutzt. So werden z. B. mit Vibratoren Behälter- und Silowandungen gereinigt, Materialien verdichtet und mit Unwuchtmotoren Schwingförderer angetrieben, die Schüttgüter fördern oder sortieren. In Mühlen werden Plansichter mit Unwuchten in Schwingung versetzt. Die freien Massenkräfte von Hubkolbenmotoren werden mit Ausgleichswellen reduziert oder beseitigt. Auch Massagegeräte und der Vibrationsalarm von Mobiltelefonen arbeiten mit einer von einem kleinen Motor in Drehung versetzten Unwucht. Die Unwuchtbohrung dient dazu, Bohrer durch steiniges bis lehmiges Sediment zu führen und so tiefere Erdschichten untersuchen zu können.

Kritische Drehzahl

Als kritische Drehzahl wird diejenige Drehzahl bezeichnet, bei der die Kräfte der rotierenden Unwucht ein Maschinenteil oder die ganze Maschine in Resonanzschwingungen versetzt. Das in Resonanz geratende System ist ein Feder-Masse-System; es besteht z. B. aus Läufer und Welle eines Elektromotors/einer Turbine oder aus dem gesamten Motor und seinem Fundament bzw. seiner Aufhängung.

Die kritische Drehzahl stellt eine Gefahr an schnelldrehenden Maschinen (Turbinen, Zentrifugen usw.) dar; sie wird durch gutes Wuchten, durch federnde, dämpfende Aufhängung oder durch ein besonders schnelles Durchfahren der kritischen Drehzahl beim Hochlauf verringert.

Bei Schwingförderern und Rüttlern legt man dagegen die Resonanzfrequenz des schwingfähigen Systems absichtlich in den Bereich der kritischen Drehzahl bzw. umgekehrt.

Siehe auch

Unwuchtmotor • Schwingförderer • Rüttelplatte • Auswuchten • Wucht

Weblinks

• Gute Beschreibung von Unwucht und Auftreten anhand von Beispielen