Unwuchtkraft

Was ist die Unwuchtkraft?

Die Unwuchtkraft ist die Fliehkraft, die entsteht, wenn die Massenverteilung eines rotierenden Bauteils nicht exakt um die Drehachse zentriert ist. Jede Unwucht bedeutet, dass etwas Masse außerhalb der Drehachse liegt. Diese Masse erzeugt im Lauf eine nach außen gerichtete Fliehkraft, die mit der Spindel umläuft.

Diese Kraft ist die eigentliche Ursache dafür, dass eine unwuchtige Spindel vibriert, die Lager belastet und die Oberflächengüte am Werkstück verschlechtert.

Wovon hängt die Unwuchtkraft ab?

Die Größe der Unwuchtkraft wird von drei Faktoren bestimmt:

• Größe der Unwucht: das Produkt aus außermittiger Masse und ihrem Abstand zur Drehachse
• Drehzahl: geht quadratisch ein, also mit der zweiten Potenz
• Drehrichtung: die Kraft läuft mit der Drehung um, sie steht also nicht fest, sondern rotiert

Der quadratische Einfluss der Drehzahl ist der entscheidende Punkt. Wird die Drehzahl verdoppelt, vervierfacht sich die Unwuchtkraft bei gleicher Unwucht. Bei Spindeln, die mit vielen tausend Umdrehungen pro Minute laufen, wird deshalb schon eine kleine Restunwucht zu einer spürbaren Belastung.

Auswirkungen auf die Spindel

Die umlaufende Unwuchtkraft wirkt direkt auf die Spindellager. Sie erzeugt eine dynamische Zusatzlast, die im Takt der Drehzahl wechselt. Daraus ergeben sich mehrere Folgen:

• Erhöhter Lagerverschleiß durch die zusätzliche wechselnde Last
• Schwingungen bei Drehfrequenz, die in der Schwingungsanalyse als klarer Ausschlag bei einfacher Drehzahl sichtbar werden
• Verschlechterte Oberflächen am Werkstück, weil die Spindelachse periodisch ausgelenkt wird

Unwuchtkraft, Restunwucht und Wuchtgüte

Vollständig auf null bringen lässt sich eine Unwucht nicht, es bleibt immer eine Restunwucht. Wie groß diese sein darf, legt die Wuchtgüte in Verbindung mit der Betriebsdrehzahl fest. Über das Auswuchten in den vorgesehenen Wuchtebenen wird die Unwucht so weit verkleinert, dass die verbleibende Unwuchtkraft unkritisch ist.

Konsequenz für die Praxis

Wer eine Spindel mit hoher Drehzahl betreibt, sollte die Unwuchtkraft ernst nehmen. Eine Restunwucht, die bei niedriger Drehzahl harmlos wirkt, kann bei Betriebsdrehzahl zur Hauptlast für die Lager werden. Ein sauberes Spindelwuchten hält diese Kraft klein und schützt damit Lager und Bearbeitungsqualität.