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                                    Auswuchten

Die hier beschriebenen Zusammenhänge sind der Versuch, ein sehr komplexes Thema verkürzt zusammen zu fassen und vereinfacht darzustellen. Es wird bewusst auf Formeln verzichtet und kurze Sätze formuliert. Bitte zitieren Sie nicht, ohne sich vorher weitergehend informiert zu haben.

Insbesondere wird an dieser Stelle auf das Wuchten von Rädern eingegangen.

Unwucht

Eine scheibenförmige gelbe Unwucht dreht sich um ein kugelförmiges rotes Zentrum

Unwucht

Eine Unwucht entsteht durch eine Masse (-ungleichheit), die sich um einem bestimmten Radius um eine Achse dreht. Dabei entsteht eine Fliehkraft, die sich als Unwucht bemerkbar macht.

Je größer die Masse, desto größer ist die Unwucht.
Je größer der Radius, desto größer ist die Unwucht.

Die Unwucht selbst setzt sich lediglich aus der Masse multipliziert mit dem Radius zusammen.
So ist die Unwucht der halben Masse auf dem doppelten Radius genauso groß wie die Unwucht der doppelten Masse auf dem halben Radius.

Durch die Definition der Unwucht werden also verschiedene Rotoren oder Räder in ihrer Wuchtgüte besser miteinander vergleichbar.

Unwucht-Beispiel

Bei einem Rad mit 15kg Gewicht und einer Exzentrität von 0,1mm ergibt sich eine Unwucht von 1500gmm. Das entspricht bei einer 16“-Felge auf dem Wuchtradius 203,4mm einem Ausgleichsgewicht von 7,37 Gramm.

Fliehkraft

Eine scheibenförmige gelbe Masse umkreist einen kuigelförmigen roten Drehpunkt. Die Fliehkraft wird als roter Pfeil dargestellt und beginnt im Drehpunkt, geht durch die Mitte der Scheibe radial nach außen.

Fliehkraft

Bei Radwuchtmaschinen wird die Unwucht über Kraftsensoren gemessen, die die Fliehkraft erfassen. Dazu ist es interessant zu wissen, wie sich die Fliehkraft zusammen setzt.

Je größer die Drehzahl, desto größer ist die Fliehkraft. Die Drehzahl wirkt sich im Quadrat aus.

Die Fliehkraft errechnet man, indem Masse, Radius und Kreisfrequenz² multipliziert werden, wobei die Kreisfrequenz linear mit der Drehzahl zusammen hängt.

Das bedeutet für die Messgüte, dass sich die Genauigkeit der Messung vervierfacht, wenn die Drehzahl verdoppelt wird.

Fliehkraft-Beispiel

Wir betrachten das Rad von 15kg und einer Unwucht von 1,5kgmm (0,0015kgm).
Eine Drehzahl von 80 U/min entspricht einer Kreisfrequenz von 8,4/s. Unser Rad erzeugt dabei eine Fliehkraft von 0,105N (10g).
Eine Drehzahl von 220 U/min entspricht einer Kreisfrequenz von 23/s. Unser Rad erzeugt dabei eine Fliehkraft von 0,796N (80g).

statische Unwucht

Ein vereinfachtes Motorrad-Rad der Größe 90/90-21 (z.B. Vorderrad BMW F650) steht isometrisch im Raum und ist teilweise transparent dargestellt. Die Drehachse ist horizontal im Raum. Eine Unwuchtmasse ist auf der Felge oben samt Fliehkraft dargestellt.

statische Unwucht eines Motorrad-Rades

Die Ratec 105 besitzt eine Wuchtspindel, die in ihrer Qualität selbst für leichte Hochgeschwindigkeitsräder ausreichend ist. Sie wird montiert. geprüft und wird ausgeliefert mit einem Rundlauf deutlich kleiner als 0,05mm.

Ratec 105 mit Rundlauf und Spindelspiel< 0,05mm

Ein symmetrisches Rad dreht sich um seine Rotationsachse. Der Schwerpunkt des perfekten Rades liegt auf der Rotationsachse genau in der Mitte des Rades.
Von einer statischen Unwucht spricht man, wenn der Schwerpunkt nach wie vor auf der Mittelebene liegt, aber nach außen (radial) verschoben ist. Zur Bestimmung der statischen Unwucht ist keine Drehung notwendig. Wenn das Rad (bei horizontaler Drehachse) in einer beliebigen Stellung losgelassen wird, wird es sich so drehen, dass die Unwucht nach unten zeigt.

Je größer die Masse, desto größer ist die Unwucht.
Je größer der Radius, desto größer ist die Unwucht.

Motorrad-Räder sind relativ dünn im Vergleich zu PKW-Rädern. Sind sie auch noch symmetrisch aufgebaut, ist lediglich statisches Wuchten notwendig. Um eine hohe Wuchtgüte zu erreichen wird durch die Drehzahl der Reifenwuchtmaschine die Fliehkraft der Unwucht erhöht und erlaubt so genauere Messungen. Genau gegenüber der gemessenen Unwucht muß das Ausgleichsgewicht angebracht werden. Es ist also wichtig, die Unwucht und den Ort der Unwucht, die Winkellage, genau zu messen. Entscheidend sind präzise Kraftaufnehmer und hochgenaue Winkelmesser.

Hersteller hochwertiger Felgen gehen übrigens den umgekehrten Weg. Sie entfernen Material auf der Winkellage der Unwucht, z.B. im Tiefbett.

Eine statische Restunwucht führt zum „Hüpfen“ des Rades.

Die statische Unwucht kann an einer horizontalen Wuchtspindel ohne Drehzahl gemessen werden. Mit Drehzahl kann die Messung an einer horizontalen oder vertikalen Wuchtspindel erfolgen.

Statische Unwucht Beispiel

Unser Reifen mit der Unwucht 1,5kgmm hat die Größe 225/45R18 und einen Abrollumfang von 2010mm.
Bei 1000U/min beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 120km/h und die Fliehkraft 16,5N. Bei einer PKW-Federrate von 50N/mm und einer Kraft von 16N würde das Rad um 0,33mm einfedern (ohne Dämpfung und Frequenzen!).
Bei 2000U/min beträgt die Umfangsgeschwindigkeit 240 km/h und die Fliehkraft 65,8N. Bei einer PKW-Federrate von 50N/mm und einer Kraft von 66N würde das Rad um 1,31mm einfedern (ohne Dämpfung und Frequenzen!).

Momentenunwucht

Ein vereinfachtes PKW-Rad der Größe 225/45-18 (z.B. BMW E87) steht isometrisch im Raum und ist teilweise transparent dargestellt. Die Drehachse ist horizontal im Raum. Zwei Unwuchtmassen mit einem Anstand zueinander sind samt Fliehkraft dargestellt. Die eine Kraft wirkt nach oben (12:00 Uhr), die andere ist in ihrer Winkellage genau entgegen gesetzt und wirkt nach unten (6:00 Uhr).

Momentenunwucht eines PKW-Rades

Die RATEC 602 zeigt die statische und dynamische Unwucht gleichzeitig an. Insbesondere die Start-Stop-Automatik und Laseranzeige erleichtern das tägliche Wuchten ungemein.  Darüber hinaus kann die Reifenwuchtmaschine auch Matchen!

RATEC 602 mit statisch + dynamischer Unwucht gleichzeitig

Bei der Momentenunwucht handelt es sich um zwei gleich große Unwuchten, die genau gegenüber angeordnet sind und axial mit dem gleichen Abstand auf der Drehachse verschoben sind. Statisch lässt sich jetzt keine Unwucht mehr feststellen. Der Wuchtkörper ruht, wenn er in einer beliebigen Stellung losgelassen wird.
Sobald sich das Rad aber (dynamisch) dreht, wird eine Unwucht spürbar, die das Rad um den Mittelpunkt schwingen lässt.
  

Je größer die beiden Unwuchten sind, desto größer ist die Momentenunwucht.
Je größer der Abstand der beiden Unwuchten sind desto größer ist die Momentenunwucht.

Die Momentenunwucht berechnet sich aus den beiden Unwuchten mal dem halben Abstand auf der Drehachse.

Zur Korrektur einer Momentenunwucht muss wiederum eine entgegen gesetzte Momentenunwucht erfolgen. Dazu sind zwei Ausgleichsgewichte genau gegenüber und in einem entsprechenden Abstand zueinander notwendig.

Es reicht nicht, ein einziges Ausgleichsgewicht einzusetzen. Bei Radaufhängungen, die das Rad eine Drehbewegung während des Einfederweges ausführen lassen (der Sturz verändert sich dabei) führt eine Momentenunwucht zum „Hüpfen“ des Rades. Weiche Gummilager führen zusätzlich zu leichten Lenkschwingungen des Rades (die Spur ändert sich).

dynamische Unwucht

Ein vereinfachtes PKW-Rad der Größe 225/45-18 (z.B. BMW E87) steht isometrisch im Raum und ist teilweise transparent dargestellt. Die Drehachse ist horizontal im Raum. Zwei Unwuchtmassen mit einem Anstand zueinander sind samt Fliehkraft dargestellt. Die eine Kraft wirkt nach oben (12:00 Uhr), die andere in einer verdrehten Winkellage 8:00 Uhr).

dynamische Unwucht eines PKW-Rades

Am Rad lassen sich alle vorhandenen Unwuchten durch zwei resultierende Unwuchten zusammen fassen. Diese sind ungleich groß und haben einen beliebigen Winkel zueinander. Es handelt sich dabei um eine statische Unwucht und eine Momentenunwucht.

Zur vollständigen Korrektur, insbesondere der Momentenunwucht, sind zwei Ausgleichsgewichte in zwei unterschiedlichen Ausgleichebenen erforderlich.

Durch den Einsatz von lediglich einem Ausgleichsgewicht wird nicht die optimale Wuchtgüte erreicht.

Die dynamische Unwucht kann an einer horizontalen oder vertikalen Wuchtspindel gemessen werden.

Wuchtgüte

Die RATEC 802 nutzt die Vorteile der verikalen Wuchtspindel: Das Rad wird optimal zentriert, die Spannmittel geschont, keine Wellenbiegung.

RATEC 802, eine günstige Radwuchtmaschine mit vertikaler Wuchtspindel

Die Unwucht erlaubt den Vergleich gleicher Räder untereinander bei gleichem Geschwindigkeitsindex. Mit Hilfe der Wuchtgüte ist es möglich, unterschiedliche Räder miteinander zu vergleichen und eine Aussage über ihre Tauglichkeit bei dem angedachten Geschwindigkeitsindex zu machen. Die Wuchtgüte 0 ist der Idealzustand, es liegt keine Unwucht vor.

Bei doppelter Unwucht verdoppelt sich die Wuchtgüte (verschlechtert sich).
Bei doppeltem Radgewicht halbiert sich die Wuchtgüte (verbessert sich).
Bei doppelter Drehzahl verdoppelt sich die Wuchtgüte.

Um die Wuchtgüte zu berechnen wird die Unwucht mit der Kreisfrequenz (~Drehzahl) multipliziert und durch die Radmasse geteilt.

Leichte Räder erfordern bei gleicher Geschwindigkeit eine höhere Wuchtgüte.
Räder für hohe Geschwindigkeiten erfordern eine höhere Wuchtgüte.

Quelle: Seib Wuchttechnik

 

 


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