Wie man eine Schwingung liest, wenn diese Zahl etwas aussagt

Kurz gefasst

• Die ISO 20816-3 misst, wie stark eine Maschine schwingt, nicht, was sie hat.
• Die Zahl ist der breitbandige Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit zwischen 10 und 1000 Hz, gemessen an den Lagern.
• Die vier Zonen A, B, C, D ändern sich mit der Maschinengruppe und mit der Aufstellung.
• Zone B heißt nicht „normgerecht“, und eine Zertifizierung nach ISO 20816-3 gibt es nicht.

Die richtige Größe im richtigen Frequenzband

An einer rotierenden Maschine können Sie Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg messen: dieselbe Schwingung, auf drei Arten erzählt. Die Norm verwendet den breitbandigen Effektivwert (RMS) der Schwinggeschwindigkeit, gemessen an den Lagern oder unmittelbar daneben, und nimmt den höchsten gemessenen Wert als Kennwert für die Schwingungsstärke.

• Effektivwert heißt energetisch gemittelt.
• Breitbandig heißt, dass alles in die Zahl eingeht, was in das Frequenzband fällt, ohne die Linien des Spektrums zu unterscheiden. Heraus kommt ein einziger Wert: Er sagt, wie stark die Maschine schwingt, nicht, was sie hat.
• Das Band ist 10-1000 Hz. Unter 600 U/min beginnt es bei 2 Hz; unter 120 U/min ist die Geschwindigkeitsskala nicht anwendbar. Integriert das Messgerät bis 3 kHz, fällt die Zahl gleich oder höher aus, weil es Energie aufsummiert, die die Skala nicht berücksichtigt.

Die vier Zonen

Die Norm gibt keinen einzelnen Grenzwert vor, sondern vier Zonen, getrennt durch drei Grenzen, die sich mit Gruppe und Aufstellung ändern.

Zone	Was sie bedeutet
A	Bereich, in dem eine neu in Betrieb genommene Maschine üblicherweise liegt
B	Vereinbar mit uneingeschränktem Dauerbetrieb
C	Nicht für den Dauerbetrieb geeignet: Man fährt weiter, solange es dauert, den Eingriff zu organisieren
D	Pegel hoch genug, um die Maschine zu schädigen

Das zweite Kriterium, das im Alltag nützlichste. Eine Zu- oder Abnahme des Wertes, die 25 % der Grenze B/C überschreitet, ist signifikant, vor allem wenn sie plötzlich auftritt, und löst eine Untersuchung aus. Bezugsgröße ist die Grenze B/C, nicht der Ausgangswert.

Zone B heißt nicht „normgerecht“. Die Grenzen sind weder Abnahmespezifikationen noch Alarmpegel: Die Abnahme einer neuen Maschine ist Gegenstand einer Vereinbarung zwischen Hersteller und Kunde. Die korrekte Formulierung lautet „liegt nach den Kriterien der ISO 20816-3 in Zone B“. Eine Zertifizierung nach ISO 20816-3 gibt es nicht.

Nur zwei Gruppen

Bevor Sie irgendeine Zahl betrachten, ordnen Sie die Maschine einer Gruppe zu. Es gibt zwei: Die Gruppen 3 und 4 waren die Pumpen, 2009 gestrichen.

Gruppe	Woran man sie erkennt	Typische Bauart
1	Über 300 kW Nennleistung; elektrische Maschinen mit Achshöhe H ab 315 mm	Gleitlager
2	Über 15 kW und bis 300 kW; elektrische Maschinen mit H von 160 bis unter 315 mm	Wälzlager, über 600 U/min

Es zählt die Nennleistung der rotierenden Maschine, nicht die Leistung der Anlage: Eine Maschine mit 50 kW Nutzleistung kann einen Motor unter 15 kW haben, und dann liegt sie außerhalb des Anwendungsbereichs. Bei einer elektrischen Maschine verwenden Sie nie die Leistung allein: Die Achshöhe H (ISO 496) wird aus der Typbezeichnung des Motors abgelesen.

Starre oder elastische Aufstellung

Sie beschreibt nicht, wie massiv das Fundament ist. Sie vergleicht zwei Frequenzen: diejenige, mit der die Maschine ihre Aufstellung anregt, in der Regel die Drehfrequenz, und die niedrigste Eigenfrequenz des Systems aus Maschine und Aufstellung in der Richtung, in der Sie messen. Liegt die zweite mit einem Abstand von etwa einem Viertel über der ersten, ist die Aufstellung starr; andernfalls elastisch. Lässt sie sich nicht aus Zeichnungen und Berechnung ableiten, wird sie durch Versuch bestimmt.

Typische Fälle: mittlere und große Elektromotoren, vor allem langsam laufende, starr; vertikale Aggregate und Maschinen über 10 MW, elastisch. Dieselbe Maschine kann vertikal starr und horizontal elastisch sein: Jede Messung wird mit der Klasse ihrer eigenen Richtung verglichen.

Die Grenzen für Gruppe 2

Grenze	Starre Aufstellung	Elastische Aufstellung
A / B	1,4 mm/s	2,3 mm/s
B / C	2,8 mm/s	4,5 mm/s
C / D	4,5 mm/s	7,1 mm/s

Effektivwerte der Schwinggeschwindigkeit, Band 10-1000 Hz, radiale Messung an Lagern und Lagergehäusen, axiale Messung an Axiallagern, im stationären Betrieb. Für Gruppe 1 liegen die Grenzen höher: 4,5 mm/s ist die Obergrenze der Zone C für Gruppe 2 bei starrer Aufstellung und zugleich die Grenze B/C für Gruppe 1. Dieselbe Zahl, gegensätzliches Urteil.

Die vollständige Tabelle der Norm (Gruppe 1 und Schwingwege) ist urheberrechtlich geschützt und bei UNI einsehbar. Bevor Sie diese Werte in ein Leistungsverzeichnis oder eine Alarmschwelle übernehmen, prüfen Sie sie anhand der offiziellen Ausgabe.

Was diese Skala nicht abdeckt

Der Anwendungsbereich ist präzise: gekuppelte Industriemaschinen, über 15 kW, zwischen 120 und 30.000 U/min, vor Ort gemessen. Und eines tut die Skala nie: sagen, was kaputt ist.

Außerhalb des Anwendungsbereichs, und wo stattdessen nachzusehen ist:

• Kreiselpumpen: ISO 10816-7.
• Rotierende Verdrängerkompressoren und Tauchmotorpumpen: außerhalb des Anwendungsbereichs. Kolbenkompressoren: ISO 20816-8.
• Kolbenmaschinen: ISO 10816-6. Windenergieanlagen: ISO 10816-21.
• Gasturbinen über 3 MW: ISO 20816-4. Dampfturbinen und Generatoren über 40 MW: ISO 20816-2.
• Wasserkraft- und Pumpspeicheranlagen: ISO 20816-5.
• Ventilatoren: in der Regel nur über 300 kW; für die übrigen Vereinbarung zwischen den Parteien und ISO 14694.

Der häufigste Fehler: die Pumpe. Bei einem Aggregat aus Pumpe und Motor mit elastischer Kupplung werden die beiden Seiten nach unterschiedlichen Normen bewertet: die Motorlager nach ISO 20816-3, das Pumpengehäuse nach ISO 10816-7. Die Grenzen der Gruppe 2 auf das Pumpengehäuse anzuwenden ist falsch, auch wenn viele es tun.

Damit der Vergleich gültig ist

1. Messen Sie am Lager oder an seinem Gehäuse. Nie an Lüfterhauben, dünnen Blechen oder Abdeckungen.
2. Zwei orthogonale radiale Richtungen je Lagerstelle; bei vertikalen oder geneigten Maschinen ergänzen Sie die Position mit dem höchsten Messwert.
3. Maschine im Beharrungszustand: Nenntemperatur, Nenndrehzahl, Nennlast, Nennvolumenstrom und Nenndruck. Beim Anfahren, Abfahren und in Resonanz gelten die Grenzen nicht.
4. Variable Drehzahl oder Last: Messen Sie in allen Betriebszuständen, in denen die Maschine länger läuft, und nehmen Sie den höchsten Wert.
5. Vergleiche über die Zeit: gleiche Position, gleiche Ausrichtung, gleichwertige Bedingungen. Wenn Sie von außen übertragene Schwingungen vermuten, messen Sie auch bei stehender Maschine.