Was umfasst ISO 20816-21?

ISO 20816-21 legt Kriterien für die Schwingungsbewertung von Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen fest. Sie umfasst die Schwingungen der wichtigsten Antriebskomponenten: Hauptlager, Getriebe, Generator und Turmspitze (Gondel). Je nach Komponente und relevantem Frequenzbereich werden sowohl Geschwindigkeits- als auch Beschleunigungsmessungen behandelt.

Warum werden für verschiedene Bauteile unterschiedliche Messarten verwendet?

Die Geschwindigkeit (mm/s RMS) wird für Messungen an Getrieben, Generatoren und Turmspitzen verwendet, da die dominanten Schwingungsfrequenzen typischerweise im Bereich von 10–1000 Hz liegen. Die Beschleunigung (g RMS) wird für Hauptlager verwendet, da hier die Signale von Lagerfehlern bei niedrigen Drehzahlen und hohen Frequenzen besser von Beschleunigungsmessern erfasst werden, insbesondere bei der langsam rotierenden Hauptwelle (typischerweise 10–20 U/min).

Wie beeinflusst die Turbinenleistungsklasse die Schwingungsgrenzwerte?

Größere Turbinen (>3 MW) weisen im Allgemeinen niedrigere Drehzahlen und eine höhere strukturelle Flexibilität auf, was das Schwingungsverhalten beeinflussen kann. Die Zonengrenzen in ISO 20816-21 sind jedoch über alle Leistungsklassen hinweg weitgehend konsistent, da sie auf der Schwere der Komponenten und nicht auf der Gesamtgröße der Turbine basieren. Der Kontext der Leistungsklasse erleichtert die Interpretation.

Was sind Turmspitzenvibrationen und warum sollten sie überwacht werden?

Die Schwingungen der Turmspitze (Gondel) spiegeln die Gesamtreaktion der Windkraftanlage auf aerodynamische Lasten, Rotorunwucht und Antriebskräfte wider. Übermäßige Turmspitzenschwingungen können auf eine Unwucht der Rotormasse oder des Rotors, eine Fehlausrichtung um die Gierachse, Probleme mit dem Fundament oder eine Resonanz der Struktur hinweisen. Sie werden typischerweise in mm/s<sub>RMS</sub> gemessen.

Was soll ich tun, wenn die Vibrationen der Windkraftanlage die Zone C erreichen?

Zone C bedeutet, dass die Komponente nicht für den kontinuierlichen Langzeitbetrieb geeignet ist. Zu den Maßnahmen gehören: Ursachenforschung mithilfe von Daten des Zustandsüberwachungssystems (CMS), Überprüfung der SCADA-Trends auf Korrelation mit Windgeschwindigkeit und Leistung, Prüfung auf Lagerschäden mittels Hüllkurvenanalyse, Untersuchung des Getriebeöls auf Metallpartikel, Erwägung einer Drosselung der Turbine bis zum Abschluss der Korrekturmaßnahmen und Planung der Wartung im nächsten geeigneten Wetterfenster.

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Schwingungsgrenzwerte — Windkraftanlagen

Bewertung der Schwingungsintensität von Windkraftanlagenkomponenten gemäß ISO 20816-21. Unterstützt Messungen an Hauptlager, Getriebe, Generator und Turmspitze.

ISO 20816-21 Zonen A/B/C/D Windkraftanlagen

Komponente

Messung

Gemessener Wert (mm/s RMS)

Turbinenleistungsklasse

Schnellvoreinstellungen

Ergebnisse

Vibrationszone

—

Gemessener Wert

—

Empfehlung

—

ℹ️ Komponentenhinweis:

Zone	Grenze	Beschreibung

Anwendungsbereich der ISO 20816-21

ISO 20816-21 legt Kriterien für die Schwingungsbewertung von Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen fest. Sie umfasst die wichtigsten Antriebskomponenten und die Turm-/Gondelstruktur und berücksichtigt die besonderen Betriebsbedingungen von Windenergieanlagen.

Getriebe — Geschwindigkeit (mm/s RMS)

Die Getriebeschwingungen werden am Lagergehäuse mithilfe von Geschwindigkeitssensoren gemessen. Mehrere Messstufen erzeugen komplexe Schwingungsmuster.

Zonengrenze	Geschwindigkeit (mm/s RMS)
A/B	3.5
B/C	7.1
CD	11.2

Generator — Geschwindigkeit (mm/s RMS)

Die Schwingungsgrenzwerte von Generatoren sind niedriger, da Generatoren Präzisionsrotationsmaschinen mit engeren Toleranzen sind.

Zonengrenze	Geschwindigkeit (mm/s RMS)
A/B	2.8
B/C	5.6
CD	9.0

Hauptlager — Beschleunigung (g RMS)

Das Hauptlager arbeitet mit sehr niedrigen Drehzahlen (10–20 U/min). Beschleunigungsmessungen erfassen hochfrequente Lagerfehlersignale, die Geschwindigkeitssensoren nicht erfassen würden.

Zonengrenze	Beschleunigung (g RMS)
A/B	0.5
B/C	1.0
CD	2.0

Turmspitze (Gondel) — Geschwindigkeit (mm/s RMS)

Die Schwingungen an der Turmspitze spiegeln die Gesamtstrukturreaktion auf aerodynamische Belastungen und Antriebskräfte wider.

Zonengrenze	Geschwindigkeit (mm/s RMS)
A/B	2.0
B/C	4.0
CD	7.0

ℹ️ Hinweis: Die Vibrationen von Windkraftanlagen variieren stark mit den Windverhältnissen. Für einen aussagekräftigen Vergleich sollten Messungen unter konstanten Betriebsbedingungen (z. B. Nennleistung, bestimmte Windgeschwindigkeitsbereiche) durchgeführt werden. Zustandsüberwachungssysteme (CMS) ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung.

⚠️ Wichtig: Hauptlagerausfälle zählen zu den kostspieligsten Reparaturen an Windkraftanlagen. Die Früherkennung durch Schwingungsüberwachung (insbesondere Hochfrequenz-Beschleunigungs- und Hüllkurvenanalyse) ist entscheidend für einen geplanten Austausch vor einem katastrophalen Ausfall.

Schwingungsgrenzwerte für Windkraftanlagen gemäß ISO 20816-21 | Vibromera

Veröffentlicht von Nikolai Shelkovenko auf 15. Februar 2026 5. März 2026