Trillingsanalyse (ISO 10816/20816) — predictief onderhoud aan lagers van motoren

De gids over thermografische camera's behandelt één predictief-onderhoudstechniek voor elektrische verbindingen. Roterende machines — motoren, pompen, ventilatoren — hebben hun eigen, specifieke predictief-onderhoudstechniek: trillingsanalyse, gestandaardiseerd in de reeks ISO 10816 / ISO 20816. Dit artikel behandelt hoe de beoordelingszones van die norm werken, en waarom de specifieke lagerconditie achter een oplopende trillingswaarde meer vraagt dan alleen één totaalgetal.

Wat er eigenlijk wordt gemeten

Een trillingssensor (doorgaans een accelerometer, gemonteerd op of nabij het lagerhuis) meet mechanische trilling, en voor de algemene beoordeling in ISO 10816/20816 wordt het signaal meestal uitgedrukt als RMS-trillingssnelheid in mm/s, over een gedefinieerde frequentieband (doorgaans grofweg 10–1000 Hz). Snelheid wordt gebruikt in plaats van ruwe versnelling of verplaatsing omdat deze, over een breed bereik aan machinegroottes en -toerentallen, goed correleert met de vermoeiingsrelevante mechanische belasting in de machine.

ISO 10816 → ISO 20816: hetzelfde concept, hernummerde norm

ISO 10816 (algemene richtlijnen plus machinespecifieke delen) is sinds ongeveer 2016–2017 geleidelijk vervangen door de reeks ISO 20816, zonder dat het onderliggende concept verandert: de totale trillingsintensiteit wordt beoordeeld tegen zonegrenzen die afhangen van de machineklasse (grofweg naar vermogen en stijfheid van de fundering) in plaats van één universeel getal voor alle machines.

De vier beoordelingszones

Let op: de specifieke mm/s-RMS-grenzen tussen deze zones verschillen per machineklasse (kleine machines, middelgrote machines op een stijve fundering, grote machines, machines op een flexibele/zachte fundering) — dit artikel behandelt het concept, niet één getal dat op elke machine van toepassing is; het geldende machinespecifieke deel van ISO 20816 (of de eigen grenswaarden van de fabrikant) geeft de juiste grens voor een specifieke installatie.

Absoluut niveau versus trend: waarom een momentopname niet volstaat

Eén trillingsmeting, alleen vergeleken met de zonetabel, vertelt waar de machine vandaag staat ten opzichte van een nieuw in bedrijf gestelde machine — maar zegt weinig over hoe snel de toestand verandert. Hetzelfde praktische principe dat wordt gebruikt bij lekstroomtrending en thermografische delta-T-beoordeling geldt evengoed voor trilling: een machine die jarenlang stabiel in zone B heeft gedraaid en plotseling een stijgende trend vertoont, is een sterker en vroeger waarschuwingssignaal dan het enkel passeren van de absolute zone-B/C-grens. Een gedocumenteerde nulmeting, kort na ingebruikname uitgevoerd terwijl de machine aantoonbaar gezond is, maakt een latere trend pas betekenisvol.

De oorzaak vaststellen: karakteristieke lagerstoringsfrequenties

Een totale trillingssnelheid signaleert dat er iets is veranderd, maar niet automatisch wat. Een frequentie-analyse (FFT) van hetzelfde trillingssignaal maakt onderscheid tussen fundamenteel verschillende grondoorzaken:

• 1× toerental — dominante piek wijst doorgaans op rotoronbalans.
• 2× toerental — wijst vaak op uitlijnfout (in combinatie met 1×).
• Karakteristieke lagerstoringsfrequenties — ball-pass frequency outer race (BPFO), ball-pass frequency inner race (BPFI), ball spin frequency (BSF) en fundamental train frequency (FTF), elk berekend uit de eigen geometrie van het lager en het astoerental — een piek op één van deze specifieke frequenties wijst op een defect aan dat specifieke lageronderdeel (buitenring, binnenring, rolelement of kooi), ruim voordat de storing groot genoeg is om het brede, totaaltrillingsniveau te laten stijgen.

Verhouding tot elektrische lagerschade (een ander storingsmechanisme)

Lagerschade is niet altijd mechanisch van oorsprong. De gids over lagerstromen bij frequentieomvormers behandelt elektro-erosie (EDM) van lagerbanen door gelijktaktspanning van een frequentieomvormer — een apart storingsmechanisme, gedetecteerd met een andere techniek (asspanning- of lagerstroommeting, geen trillingsanalyse). Tegen de tijd dat EDM-gerelateerde riffelvorming (fluting) duidelijk zichtbaar wordt in het trillingsspectrum, is de elektrische grondoorzaak doorgaans al enige tijd actief; beide technieken zijn aanvullend, niet uitwisselbaar.

Praktische relevantie

Voor een predictief-onderhoudsprogramma op kritieke roterende apparatuur (pompen, ventilatoren, motoren) geeft een nulmeting bij ingebruikname, een periodieke trendmeting ten opzichte van de eigen nulmeting van de machine, en een FFT-gebaseerde diagnose zodra de trend zone C binnengaat, een aanmerkelijk vroegere en specifiekere waarschuwing dan wachten op een absoluut trillingsalarm alleen — vergelijkbaar met hoe een delta-T-trend bij thermografische inspectie een vroegere waarschuwing geeft dan één enkele absolute temperatuurmeting.

Veelgemaakte fouten

1. De toestand beoordelen op basis van één absolute meting zonder nulmeting of trend — een machine kan al gestaag achteruitgaan terwijl elke individuele meting nog in zone B valt.
2. De accelerometer inconsistent monteren tussen metingen (magneetvoet in een andere hoek of op een andere plaats, losse contactvlak) — dit verandert de hoogfrequente respons van de meting en maakt een trendvergelijking ongeldig.
3. De zonegrenzen voor een stijf gemonteerde machineklasse toepassen op een machine met een flexibele/zachte fundering — de juiste grens voor die klasse ligt meetbaar anders, en de verkeerde tabel gebruiken levert een onterechte goedkeuring of een onterecht alarm op.
4. 1×/2×-toerentaltrilling (onbalans, uitlijnfout) verwarren met een lagerspecifieke storingsfrequentie — deze wijzen op volledig verschillende corrigerende maatregelen (balanceren/uitlijnen versus lagervervanging) en een verkeerde diagnose leidt tot de verkeerde reparatie.

Gerelateerd

• Thermografische camera — emissiviteit en gereflecteerde temperatuur
• Thermografie delta-T-beoordelingscriteria en urgentie
• Lekstroomtrending als predictief onderhoud
• Lagerstromen bij frequentieomvormers en elektrisch geïsoleerde lagers
• Motor-aanloopstroom (locked-rotor current) meten