ISO 13373-1: Zustandsüberwachung und Diagnose von Maschinen – Schwingungsüberwachung, Teil 1: Allgemeine Verfahren
ISO 13373-1 legt ein systematisches, wiederholbares Verfahren zur Durchführung fest Vibration Messungen und Analysen im Rahmen einer Zustandsüberwachung Programm. Es handelt sich um den grundlegenden Leitfaden für die praktischen Abläufe der Messung: wie man Messpunkte und Parameter auswählt, wie man die Daten erfasst und wie man eine erste Auswertung durchführt. Sein Ziel ist es, sicherzustellen, dass die von Ihnen erfassten Schwingungsdaten konsistent, zuverlässig und geeignet sind, um Veränderungen des Maschinenzustands im Zeitverlauf zu erkennen. Wo ISO 17359 legt die Gesamtstrategie für ein Überwachungsprogramm fest, während ISO 13373-1 die Verfahrensdetails für den Schwingungskanal regelt und die dahinterstehenden bewährten Verfahren festschreibt routenbasierte Datenerfassung.
1. Geltungsbereich und Ziele
Dieses grundlegende Kapitel definiert den Zweck der Norm: die Festlegung eines generischen, systematischen und wiederholbaren Verfahrenskatalogs, der den gesamten Prozess der Schwingungszustandsüberwachung abdeckt. Das vorrangige Ziel besteht darin, sicherzustellen, dass Daten konsistent und zuverlässig erfasst werden, damit sie für ihren Verwendungszweck geeignet sind – nämlich die Erkennung von Veränderungen im dynamischen Verhalten einer Maschine, sobald diese auftreten. Das Dokument ist als verfahrenstechnisches Gerüst für die Einrichtung eines neuen Programms oder die Überprüfung eines bestehenden Programms konzipiert.
Die Kernaussage lautet, dass eine Organisation durch die Befolgung dieser Verfahren eine hochwertige Datenbank mit der Schwingungshistorie ihrer Maschinen aufbauen kann. Diese Historie ist die wesentliche Voraussetzung für eine effektive Fehlererkennung, Trendanalyse und Diagnose. Aus der Norm geht eindeutig hervor, dass Teil 1 die allgemeine Methodik behandelt, während die nachfolgenden Teile – insbesondere ISO 13373-2 – detailliertere Auswertungsverfahren enthalten, mit denen die Daten nach ihrer korrekten Erfassung interpretiert werden.
2. Messung und Sensorauswahl
Dieses Kapitel befasst sich mit den Entscheidungen, die die Grundlage jeder Messung bilden. Es schreibt einen strukturierten Ansatz für die Auswahl der Messpunkte vor und betont, dass diese so nah wie möglich an den Lagern der Maschine liegen sollten, damit sie die vom Rotor übertragenen Kräfte originalgetreu erfassen. Es enthält detaillierte Anleitungen zur Ausrichtung der Messung – horizontal, vertikal und axial — um ein vollständiges dreidimensionales Bild davon zu erstellen, wie sich die Maschine bewegt.
Ein wesentlicher Teil des Abschnitts befasst sich mit der Sensorauswahl und den Kompromissen zwischen den verschiedenen Wandlertypen. Der Beschleunigungsmesser wird aufgrund seines breiten Frequenzbereichs und seiner Robustheit als gängigste Wahl angesehen, doch der Standard behandelt auch Geschwindigkeitsaufnehmer und berührungslos Näherungssonden für spezielle Anwendungen wie Maschinen mit Gleitlagern. Entscheidend ist, dass darin betont wird, dass die Datenqualität direkt von der Art der Sensorbefestigung abhängt; für möglichst reproduzierbare Ergebnisse wird daher dringend eine dauerhafte Befestigung mit Gewindestiften empfohlen, wobei auf die detaillierten Montageanweisungen in ISO 5348.
3. Messparameter
Dies ist wohl der technisch anspruchsvollste Abschnitt, da er die Einstellungen innerhalb der Datenerfassungsgerät die die Qualität und den Nutzen der Spektral- und Wellenformdaten bestimmen. Es bietet eine Methodik zur Auswahl dieser Einstellungen unter Berücksichtigung der jeweiligen Maschine und der zu überwachenden Fehler:
- Frequenzbereich (Fmax): Die maximale Frequenz für die Messung muss hoch genug sein, um die relevanten Signaturen zu erfassen – die hochfrequenten Töne von Lagerdefekte oder Zahneingriff — aber nicht so hoch, dass die Auflösung durch unnötiges Rauschen beeinträchtigt wird.
- Auflösung: die Anzahl der Linien in der FFT Spektrum. Es ist eine ausreichende Auflösung erforderlich, um eng beieinanderliegende Komponenten voneinander zu trennen, was für die Auflösung der Seitenbänder um eine Zahnrad-Eingriffsfrequenz herum oder zur Unterscheidung nahezu identischer Drehzahlen in einer Mehrwellenmaschine.
- Mittelwertbildung: Die Signalmittelung verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und führt zu einer stabileren, wiederholbaren Messung. Die Norm beschreibt die verschiedenen Formen – RMS-Mittelung und Spitzenwert halten darunter – und wann welche davon angebracht ist.
- Fensterung: das erklärt, warum ein Fensterfunktion wie zum Beispiel ein Hanning-Fenster muss vor der FFT auf die Zeitdaten angewendet werden, um den als spektrale Leckage.
Wahl von Fmax und die Zeilenzahl legen gemeinsam die Frequenzspanne jedes Spektralbins fest, daher sollten diese beiden Einstellungen am besten gemeinsam festgelegt werden; eine Rechner für die FFT-Auflösung macht diesen Kompromiss deutlich, bevor eine Route konfiguriert wird.
4. Verfahren zur Datenerfassung
Dieses Kapitel befasst sich mit dem Übergang von der Vorbereitung zur Durchführung und liefert ein strenges Verfahren für den Erfassungsvorgang selbst. Im Mittelpunkt steht dabei die Vergleichbarkeit: Jede Messung muss direkt mit allen früheren und zukünftigen Messungen am selben Messpunkt vergleichbar sein. Die Norm legt daher großen Wert auf die Dokumentation der Betriebsbedingungen der Maschine zum Zeitpunkt der Prüfung – Drehzahl, Belastung, Temperatur und alle anderen relevanten Prozessvariablen. Dieser Kontext ist wichtig, da eine Veränderung der Betriebsbedingungen die Schwingungssignatur einer Maschine erheblich verändern kann und ohne diese Dokumentation eine harmlose Veränderung fälschlicherweise als sich entwickelnder Fehler interpretiert werden könnte. Das Kapitel enthält außerdem eine Checkliste zur Überprüfung der Integrität der Messkette vor der Aufzeichnung: Es ist zu überprüfen, ob der Sensor ordnungsgemäß montiert ist, das Kabel intakt ist und die Einstellungen des Datenerfassungsgeräts korrekt sind.
5. Datenanalyse und -auswertung
Sobald qualitativ hochwertige Daten vorliegen, liefert dieses Kapitel einen Rahmen für deren Interpretation und formalisiert dabei den zweigleisigen Ansatz, der erstmals in Normen wie ISO 20816-1 (die moderne Nachfolgeversion von ISO 10816-1):
- Vergleich der absoluten Grenzwerte: Der gemessene Breitbandwert wird mit vordefinierten Werten abgeglichen Schweregrad Diagramme – zum Beispiel die Zonen des ISO 20816 Reihe – um die Maschine als „gut“, „befriedigend“ oder „unbefriedigend“ einzustufen.
- Trendanalyse: die aussagekräftigere Methode, bei der Werte über die Zeit aufgetragen werden, um einen stabilen Basislinie und anschließend auf erhebliche Abweichungen davon zu achten. Die Norm betont, dass das Erkennen einer ändern ist oft wichtiger als die absolute Zahl.
Es bietet eine Methodik zur Festlegung datengestützter Alarmschwellenwerte: eine Alarm könnte auftreten, wenn sich die Schwingung verdoppelt (ein Anstieg um 100 % gegenüber dem Ausgangswert) und ein Reise wenn sich der Wert verfünffacht (ein Anstieg um 400 %), auch wenn die absoluten Werte weiterhin innerhalb eines ansonsten akzeptablen Bereichs liegen. Diese auf Veränderungen basierende Logik erkennt Fehler, die bei einem festen Grenzwert allein erst viel später bemerkt würden.
6. Grundlegende Fehlererkennung
Das letzte Kapitel bietet eine Einführung in den Diagnoseprozess. Während sich Teil 1 auf die Erfassung und Erkennung konzentriert, schlägt dieser Abschnitt eine Brücke zur Diagnose, indem er das Grundprinzip erläutert, dass unterschiedliche mechanische und elektrische Fehler einzigartige, erkennbare Muster in den Schwingungsdaten erzeugen. Er führt in die Praxis der Korrelation bestimmter Frequenzen in den FFT-Spektrum mit ihren physikalischen Quellen an der Maschine. Ein dominanter Peak bei genau der einfachen Drehzahl (1X) deutet typischerweise darauf hin, dass Unwucht; ein deutlicher Peak bei 2X deutet oft auf Fehlausrichtung; und hochfrequente, nicht-synchrone Spitzen werden häufig in Verbindung gebracht mit Lagerdefekte. Diese Grundlagen sind das, was ein Analytiker benötigt, bevor er sich der tiefergehenden Ursachenanalyse widmet, die in den fortgeschritteneren Normen der Reihe ISO 13373 behandelt wird.
7. Das Verfahren in der Praxis anwenden
Die praktische Umsetzung der Norm ISO 13373-1 erfordert den Einsatz eines Geräts, das sowohl Spektren gemäß den Parametervorgaben der Norm erfassen als auch die Betriebsbedingungen bei jeder Messung dokumentieren kann. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A misst die in der Norm geforderten Breitbandpegel und FFT-Spektren, erfasst die synchrone 1X-Amplitude und Phase die eine Unwucht von einer Fehlausrichtung unterscheiden, und ermöglicht es dem Techniker, an jedem Punkt Drehzahl und Belastung zu erfassen, damit spätere Vergleiche aussagekräftig bleiben. Wenn die Analyse in Abschnitt 5 einen Unwuchtfehler bestätigt, führt dasselbe Werkzeug die Feldauswuchten Korrektur vor Ort, wobei der Zyklus aus Erkennung und Korrektur an einem Ort stattfindet.
8. Wichtige Konzepte zum Merken
- Konsistenz und Wiederholbarkeit: Das zentrale Thema der Norm – ein Überwachungsprogramm ist wertlos, wenn die Daten uneinheitlich erhoben werden, und ISO 13373-1 liefert die Regeln, die für Einheitlichkeit sorgen.
- Qualität der Daten: Die Norm befasst sich mit den Faktoren, die die Qualität bestimmen, vor allem mit der Montage der Messwandler und der richtigen Wahl der Messeinstellungen wie Frequenzbereich und Auflösung.
- Grundlage für ein Programm, nicht für ein Diagnosehandbuch: Es erklärt Ihnen nicht, wie Sie jeden einzelnen Fehler erkennen können; es ist der entscheidende erste Schritt, der Ihnen zeigt, wie Sie sammeln die Daten, die später von den in ISO 13373-2 und -3 behandelten Diagnosesystemen ausgewertet werden.
Der vollständige offizielle Text wird von der ISO als Norm 21831 veröffentlicht und kann im ISO-Shop erworben werden. Die obige Zusammenfassung gibt die Verfahrenslogik wieder; Organisationen, die die vollständigen normativen Einzelheiten, die genauen Kompetenzkriterien und alle technischen Spezifikationen benötigen, sollten die Norm selbst beziehen.
