Was ist ISO 20816-1?

ISO 20816-1:2016 (Vollständiger Titel: "Mechanische Schwingungen – Messung und Bewertung von Maschinenschwingungen – Teil 1: Allgemeine Richtlinien") ist die aktuelle internationale Norm, die den Rahmen für die Messung und Bewertung von Maschinenschwingungen vorgibt. Sie wurde 2016 veröffentlicht und ersetzt zwei ältere Grundlagennormen, die seit den 1990er-Jahren galten.

Die bedeutendste Änderung ist die Vereinigung Zusammenführung zweier zuvor getrennter Messphilosophien in einem einzigen, zusammenhängenden Dokument:

• ISO 10816-1 — abgedeckte Vibration gemessen an nicht rotierende Teile (Lagergehäuse, Maschinengehäuse) unter Verwendung seismischer Sensoren (Beschleunigungsmesser).
• ISO 7919-1 — abgedeckte Vibration gemessen an rotierende Wellen unter Verwendung von berührungslosen Näherungssensoren.

ISO 20816-1 vereint beide Ansätze in einem Rahmenwerk und erkennt an, dass eine umfassende Maschinenbewertung häufig beide Messarten erfordert. Eine Maschine kann beispielsweise akzeptable Gehäuseschwingungen, aber gefährliche Wellenbewegungen aufweisen (was auf ein rotordynamisches Problem hindeutet), oder umgekehrt (was auf ein strukturelles Problem/Fundamentproblem hindeutet). Nur durch die Bewertung beider Aspekte lässt sich ein vollständiges Bild gewinnen.

Was der Standard abdeckt

1. Umfang und Messarten — definiert sowohl die Gehäuse- als auch die Wellenschwingungsmessmethoden
2. Instrumentierungsanforderungen — Sensortypen, Frequenzbereiche, Kalibrierung, Montagenormen
3. Bewertungskriterien — der Zwei-Kriterien-Ansatz (absolute Grenzwerte + Veränderung gegenüber dem Ausgangswert)
4. Bewertungszonen — das Vier-Zonen-Klassifizierungssystem (A, B, C, D)
5. Kombinierte Bewertung und Akzeptanz — wie man beide Messarten zusammen verwendet, Abnahmeprüfung vs. Betriebsüberwachung

Die komplette ISO 20816-Serie

ISO 20816 ist eine mehrteilige Norm. Teil 1 liefert den allgemeinen Rahmen; die anderen Teile legen spezifische numerische Grenzwerte für verschiedene Maschinenkategorien fest.

Messarten

ISO 20816-1 vereinheitlicht formal zwei grundlegend verschiedene Messansätze. Das Verständnis dieses Unterschieds ist für die korrekte Anwendung entscheidend.

Gehäusevibrationen (nicht rotierende Teile)

• Was: Vibration der stationären Maschinenstruktur – Lagergehäuse, Sockel, Rahmen, Gehäuse.
• Sensor: Seismische Wandler – piezoelektrische Beschleunigungsmesser (am häufigsten) oder Geschwindigkeitswandler – werden pro Zylinder am Lagergehäuse montiert. ISO 5348.
• Parameter: Breitband-RMS-Geschwindigkeit In mm/s (oder in einigen Regionen in/s).
• Frequenzbereich: 10–1000 Hz Standard; 2–1000 Hz für langsam laufende Maschinen (<120 U/min).
• Was es Ihnen sagt: Die in die Maschinenstruktur übertragene Schwingungsenergie spiegelt die auf die Lager wirkenden Kräfte und die Strukturreaktion wider. Sie korreliert direkt mit der Lagerermüdung und dem Risiko von Strukturschäden.
• Ausrüstung: Die Balanset-1A misst die Breitband-RMS-Geschwindigkeit im Vibrometer-Modus (F5) und eignet sich daher direkt für die Gehäusebewertung nach ISO 20816.

Wellenschwingungen (rotierende Teile)

• Was: Dynamische Verschiebung der Welle relativ zum Lagergehäuse – wie stark sich die Welle innerhalb ihres Lagerspiels tatsächlich bewegt.
• Sensor: Berührungslose Wirbelstrom-Näherungssensoren, die typischerweise in orthogonalen Paaren (XY) an jedem Lager gemäß API 670 installiert werden.
• Parameter: Spitze-zu-Spitze-Verschiebung In μm (Mikrometer) oder Mil (1 Mil = 25,4 μm).
• Frequenzbereich: Vorwiegend wellensynchrone (1×) und untersynchrone Komponenten.
• Was es Ihnen sagt: Das tatsächliche dynamische Verhalten des Rotors – Bahnform, Drehrichtung, Reibungskontakt – ist entscheidend für die Erkennung von Wellenverbiegung, Ölwirbeln, Dichtungskontakt und Fehlausrichtungen, die sich möglicherweise nicht effizient auf das Gehäuse übertragen.
• Ausrüstung: Fest installierte Näherungssensoren (in der Regel keine tragbaren Instrumente). Werden hauptsächlich bei großen Turbomaschinen mit Gleitlagern eingesetzt.

Instrumentierungsanforderungen

Die Norm legt fest, dass die gesamte Messkette – Messwandler, Verkabelung, Signalaufbereitung und Analysator – kalibriert sein und im erforderlichen Frequenzbereich präzise Messungen durchführen können muss. Wichtige Referenzen:

• Montage des Beschleunigungsmessers: Pro ISO 5348 — Bolzenmontage bevorzugt, Magnetmontage für die routinemäßige Überwachung akzeptabel, Klebstoffmontage für die dauerhafte Installation.
• Installation des Näherungssensors: Gemäß API 670 – Anforderungen an Sondenabstand, Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjekts, orthogonale Paarorientierung und Kabelführung.
• Kalibrierung: Die gesamte Messkette wird regelmäßig anhand rückführbarer Standards kalibriert. Das Balanset-1A wird werkseitig kalibriert geliefert und kann anhand bekannter Vibrationsquellen verifiziert werden.

Bewertungszonen A, B, C, D

Das Vier-Zonen-System ist das bekannteste Merkmal der ISO-Vibrationsnormen. Es bietet einen universellen, farbcodierten Rahmen zur Klassifizierung der Vibrationsstärke und zur Festlegung geeigneter Maßnahmen.

Zonengrenzwerte — Gehäuseschwingungen (ISO 20816-3)

Dies sind die spezifischen numerischen Grenzwerte für Breitband-RMS-Geschwindigkeit an Lagergehäusen, Diese Werte gelten für Industriemaschinen mit einer Leistung über 15 kW und Drehzahlen von 120 bis 15.000 U/min. Sie wurden ursprünglich in ISO 10816-3 festgelegt und mit geringfügigen Aktualisierungen in ISO 20816-3:2022 übernommen.

Zonengrenzwerte — Wellenverschiebung (ISO 20816-2)

Bei Turbomaschinen mit Näherungssensoren sind die Wellenverschiebungsgrenzen drehzahlabhängig. Die Norm verwendet eine Formel, die auf der Quadratwurzel des Drehzahlverhältnisses basiert.

Die zwei Bewertungskriterien

ISO 20816-1 schreibt vor, dass bei der Schwingungsbewertung Folgendes berücksichtigt werden muss: beide Kriterien gleichzeitig. Die Verwendung nur eines Kriteriums ergibt ein unvollständiges Bild.

Kriterium 1 – Absolute Größe

Vergleichen Sie den gemessenen Vibrationswert mit den festgelegten Zonengrenzen des entsprechenden Teils der ISO 20816. Dies gibt Aufschluss über den Zustand der Maschine im Vergleich zu ähnlichen Maschinen.

• Verwendungszweck: Abnahmeprüfung neuer/reparierter Maschinen, Bewertung des Ausgangszustands, Einstellen von Auslösealarmen, Vergleich von Maschinen innerhalb einer Flotte.
• Einschränkung: Eine Maschine, die immer mit 4,0 mm/s (Zone B für Gruppe 1) lief, kann vollkommen in Ordnung sein – das ist ihr normaler Betriebspegel. Kriterium 1 allein gibt keinen Aufschluss darüber, ob sich etwas verändert hat.

Kriterium 2 – Veränderung gegenüber dem Ausgangswert

Vergleichen Sie die aktuelle Vibration mit einem festgelegten Referenzwert (Basiswert). Der Basiswert wird typischerweise nach der Inbetriebnahme, nach Wartungsarbeiten oder als statistischer Mittelwert über einen stabilen Betriebszeitraum gemessen.

• Verwendungszweck: Trendbasierte vorausschauende Instandhaltung, frühzeitige Fehlererkennung, Erkennung von Verschlechterungen unabhängig vom absoluten Ausmaß.
• Wichtigste Erkenntnis: Ein bedeutender ändern bei Schwingungen – selbst wenn der Absolutwert noch in Zone A oder B liegt – ist oft die frühester und zuverlässigster Indikator einer sich entwickelnden Störung.

Maschinengruppen (ISO 20816-3)

ISO 20816-3 (und sein Vorgänger ISO 10816-3) klassifiziert Maschinen in vier Gruppen basierend auf Nennleistung und Fundamenttyp. Die Zonengrenzen sind für jede Gruppe unterschiedlich, da größere Maschinen auf flexiblen Fundamenten naturgemäß stärkere Vibrationen aufweisen als kleine Maschinen auf starren Fundamenten.

Alarm- und Auslöseschwellenwerte

Die praktische Anwendung von ISO 20816 in Überwachungssystemen erfordert die Festlegung von Alarm (Alarm) und Gefahr (Auslöse-)Sollwerte. Die Norm bietet Richtlinien sowohl für absolute als auch für relative Sollwerte.

Absolute Sollwerte (aus Kriterium 1)

• Alarm = Grenzwert der B/C-Zone. Bei Überschreitung dieses Wertes der Vibrationsschwelle ist die Überwachung zu intensivieren, die Ursache zu ermitteln und Korrekturmaßnahmen zu planen.
• Reise = Grenzwert der C/D-Zone. Bei Überschreitung dieses Grenzwerts durch die Vibration erfolgt eine automatische Abschaltung (sofern verfügbar) oder ein sofortiges manuelles Eingreifen zur Schadensverhütung.

Relative Sollwerte (aus Kriterium 2)

• Relative Alarm = Basiswert × Multiplikator (typischerweise 2,0–2,5×). Eine Verdopplung oder mehr der Vibration gegenüber dem Basiswert deutet auf eine sich entwickelnde Störung hin.
• Die effektiver Alarm-Sollwert sollte dasjenige sein, welches auch immer untere zwischen dem absoluten und dem relativen Alarm. Dadurch wird sichergestellt, dass das erste verletzte Kriterium den Alarm auslöst.

Abnahmeprüfung vs. Betriebsüberwachung

ISO 20816-1 unterscheidet klar zwischen zwei Bewertungskontexten:

Abnahmetests

Wird bei der Inbetriebnahme neuer Maschinen oder der Abnahme von Maschinen nach einer Überholung verwendet. Die Anforderung ist typischerweise, dass die Vibrationen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Zone A oder Zone B. Dies ist ein striktes Bestehen/Nichtbestehen-Kriterium – eine neue Maschine, die in Zone C geliefert wird, würde normalerweise abgelehnt werden.

• Die Messbedingungen müssen streng kontrolliert werden (stabile Drehzahl, Volllast, thermisches Gleichgewicht).
• Mehrere Messwerte an jedem Messpunkt.
• Die Ergebnisse wurden in einem formellen Abnahmebericht dokumentiert.

Betriebsüberwachung

Wird zur laufenden Zustandsbewertung von Maschinen im Betrieb verwendet. Der Fokus verschiebt sich von Bestanden/Nicht bestanden zu Trend- und Veränderungserkennung (Kriterium 2). Alarm- und Auslöseschwellenwerte sind die wichtigsten Instrumente.

• Tragbare, routenbasierte Datenerfassung (Balanset-1A) oder permanente Online-Überwachung.
• Einheitliche Messpunkte, -bedingungen und -verfahren für einen validen Trendvergleich.
• Handlungsentscheidungen basieren sowohl auf der absoluten Zone als auch auf der Trendrichtung.

Migration von ISO 10816 zu ISO 20816

Viele Betriebe beziehen sich in ihren Verfahren, Überwachungsdatenbanken und Spezifikationen weiterhin auf ISO 10816. Hier erfahren Sie, was Sie über den Übergang wissen müssen.

Praktische Anwendung mit Balanset-1A

Die Balanset-1A Der tragbare Schwingungsanalysator unterstützt die Schwingungsbewertung von Gehäusen gemäß ISO 20816 direkt durch seine integrierten Messmodi.

Vibrometer-Modus (F5)

Maßnahmen Breitband-RMS-Geschwindigkeit — der in ISO 20816 für Gehäuseschwingungen festgelegte genaue Parameter. Anzeige:

• V1s (Gesamtschwingung) — direkter Vergleich mit den Zonengrenzen
• V1o (1× Drehzahlkomponente) – gibt an, welcher Anteil der Gesamtschwingung auf Unwucht zurückzuführen ist.
• Beide Kanäle gleichzeitig – Nah- und Fernpeilung in einer Messung

Spektrumanalysator (F1 / F8)

Zeigt das FFT-Frequenzspektrum an, sodass Sie die Quelle von starken Vibrationen (Unwucht bei 1×, Fluchtungsfehler bei 2×, Lagerschäden bei charakteristischen Frequenzen). Siehe die Leitfaden zur Schwingungsanalyse zur Spektruminterpretation.

Ausgleichsmodus

Wird eine Vibration als Unwucht (dominanter 1×-RPM-Peak) diagnostiziert, kann das Balanset-1A sofort mit dem Auswuchten vor Ort beginnen, um diese zu beheben und die Vibration von Zone C oder D wieder in Zone A oder B zu reduzieren. Siehe … Leitfaden für die dynamische Feldauswuchtung für die vollständige Vorgehensweise.

Häufig gestellte Fragen

Worin besteht der Unterschied zwischen ISO 20816 und ISO 10816?

ISO 20816 ersetzt ISO 10816 durch die Zusammenführung von Gehäuseschwingungen (ehemals ISO 10816) und Wellenschwingungen (ehemals ISO 7919) in einem einheitlichen Standard. Die Zonengrenzwerte für Gehäuseschwingungen in ISO 20816-3 ähneln stark denen in ISO 10816-3. Die wichtigste Verbesserung besteht in der Integration beider Messverfahren in einem Dokument.

Ist ISO 10816 noch gültig?

Die Teile der ISO 10816 wurden formell zurückgezogen, da sie durch entsprechende Teile der ISO 20816 ersetzt wurden. Die Schwingungsgrenzwerte sind jedoch weiterhin in bestehenden Überwachungssystemen und Verträgen verankert. Die numerischen Werte für Gehäuseschwingungen bleiben im Wesentlichen unverändert, sodass bestehende, auf ISO 10816 basierende Programme in der Praxis weiterhin ihre technische Gültigkeit besitzen.

Welchen Parameter sollte ich messen – Geschwindigkeit oder Verschiebung?

Für allgemeine Industriemaschinen mit Wälzlagern, die extern gemessen werden (tragbare Messgeräte): Effektivwert der Geschwindigkeit in mm/s. Für große Turbomaschinen mit Gleitlagern und installierten Näherungssensoren: Spitze-zu-Spitze-Wellenverschiebung in μm. Falls beide verfügbar sind, sollten Sie beide auswerten – sie liefern sich ergänzende Informationen.

Wie bestimme ich die Maschinengruppe?

Zwei Faktoren sind ausschlaggebend: die Nennleistung (über oder unter 300 kW) und die Fundamentart (starr oder flexibel). Ein 75-kW-Motor auf einem Betonfundament gehört zur Gruppe 2. Ein 500-kW-Kompressor auf einer Stahlplattform gehört zur Gruppe 3. Siehe dazu den Abschnitt „Maschinengruppen“ weiter oben.

Kann eine Maschine in Zone B noch einen sich entwickelnden Fehler aufweisen?

Ja – genau deshalb gibt es Kriterium 2. Wenn die Ausgangsgeschwindigkeit einer Maschine 0,8 mm/s betrug und auf 2,2 mm/s ansteigt, befindet sie sich zwar noch in Zone B der Gruppe 2 (unter 2,8 mm/s), aber der Anstieg um das 2,75-Fache gegenüber dem Ausgangswert deutet auf ein sich entwickelndes, signifikantes Problem hin.

Welches Schwingungsniveau sollte ich nach dem Auswuchten anstreben?

Nach der Feldausbalancierung sollte man Folgendes anstreben: Zone A (unterhalb der A/B-Grenze für Ihre Maschinengruppe). Für eine Maschine der Gruppe 2 bedeutet dies unter 1,4 mm/s. Balance-Leitfaden beschreibt das Verfahren im Detail.

Welchen Frequenzbereich deckt die Breitband-RMS-Geschwindigkeit ab?

Der Standardfrequenzbereich liegt gemäß ISO 20816-1 bei 10–1000 Hz. Damit werden die häufigsten Fehlersignale erfasst: 1× bis ca. 60× bei einer Maschine mit 1000 U/min (ca. 17 Hz) bzw. 1× bis ca. 20× bei einer Maschine mit 3000 U/min (50 Hz). Langsamlaufende Maschinen (< 120 U/min) nutzen einen erweiterten Frequenzbereich von 2–1000 Hz.

Muss ich das ISO 20816-1-Dokument kaufen, um die Zonenwerte verwenden zu können?

ISO 20816-1 selbst enthält keine spezifischen Zonenwerte – sie definiert lediglich die Methodik. Die Zonengrenzennummern sind in ISO 20816-3 (Für allgemeine Industriemaschinen). Die vollständigen offiziellen Dokumente mit allen Verfahren und Anhängen erhalten Sie bei ISO-Speicher. Die in diesem Leitfaden veröffentlichten Zonenwerte stammen aus öffentlich zugänglichen Quellen und sind in der Industrie weit verbreitet.

Verwandte Artikel

← Zurück zum Glossar-Index