Hydraulikglossar Band 5: Probleme und Phänomene – Systemdiagnose

In den vorangegangenen Bänden unseres Hydraulikglossars haben wir ein System Stück für Stück aufgebaut: die Hauptkomponenten (Vol 1), die Steuerventile (Vol 2), Gesundheitsparameter (Vol 3) und dem vorbeugenden Wartungsplan (Vol 4).

In diesem Buch ändern wir unsere Perspektive. Wenn Parameter Blutwerte sind, stellen Probleme und physikalische Phänomene Systempathologien dar. Ein Hydrauliksystem, das plötzlich ausfällt, tut dies selten ohne Vorwarnung: Es hat fast immer sehr spezifische Warnsignale ausgesendet. Wer lernt, diese zu interpretieren, vermeidet katastrophale Ausfallzeiten und kostspielige Reparaturen.

 Kritische physikalische Phänomene

1. Kavitation

Kavitation entsteht, wenn der lokale Druck einer Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck sinkt. Es bilden sich Mikrobläschen aus Gas, die sich in Richtung höherer Druckbereiche bewegen, heftig implodieren und dabei Metalloberflächen erodieren.

So erkennt man es: Kontinuierliches, trockenes Knistern in der Nähe der Pumpe, starke Vibrationen, unvorhersehbarer Abfall der Fördermenge und lokale Überhitzung.

Hauptursachen: Ansauggeschwindigkeit größer als 1 m/s, verstopfter Ansaugfilter, zu langes oder eng gekrümmtes Rohr, kaltes und zu zähflüssiges Öl, zu großer Höhenunterschied zwischen Tank und Pumpe.

Folgen: kumulative und irreversible Schäden an den Innenflächen der Pumpe, Zusammenbruch des volumetrischen Wirkungsgrades und unmittelbare Gefahr eines Fressens.

Heilmittel: Vergrößern Sie den Durchmesser der Saugleitung, reinigen oder ersetzen Sie den Filter, wärmen Sie das Öl vor dem Zyklus vor und vergewissern Sie sich, dass der verfügbare NPSH-Wert den von der Pumpe geforderten Wert übersteigt.

2. Belüftung

Im Gegensatz zur Kavitation besteht die Belüftung aus dem Ansaugen oder Einbringen von Außenluft in den Hydraulikkreislauf.

So erkennt man es: dumpfe, unregelmäßige Geräusche, anhaltender Schaum im Tank, ruckartige Bewegungen der Aktuatoren und trübes oder milchig aussehendes Öl.

Hauptursachen: Ölstand im Tank zu niedrig, Saugdichtungen verschlissen, Rücklaufschlauch über dem Flüssigkeitsspiegel positioniert, lose Anschlüsse oder Tank ohne Schwallblech.

Folgen: Die Luft wird komprimiert und dehnt sich aus, wodurch sich das Ansprechverhalten der Steuerung ändert; das Öl verliert seine Schmierfähigkeit und beschleunigt die Oxidation des Kreislaufs.

Heilmittel: Stellen Sie den korrekten Ölstand wieder her, ersetzen Sie die Dichtungen, verlängern Sie den Rücklaufschlauch unter die Flüssigkeitsoberfläche und montieren Sie Schwallbleche.

3. Wasserschlag

Es handelt sich um eine pulsierende Druckwelle, die durch einen plötzlichen Stopp oder eine Umkehrung der Flüssigkeitsströmung entsteht und deren Spitzen den nominalen Betriebsdruck um ein Vielfaches überschreiten können.

So erkennt man es: scharfe, metallische Schläge auf Rohre, oft begleitet von sichtbarem „Hüpfen“ oder Rucken der Schläuche.

Hauptursachen: Zu schnelles Schließen der Ein-/Aus-Ventile, Zylinder, die ohne Dämpfung an mechanischen Anschlägen stoppen, plötzliche Richtungswechsel ohne Verzögerungsrampen in der SPS, frei fallende Flüssigkeitssäulen.

Folgen: Mechanische Ermüdung von Armaturen, Mikrorisse an Metallkonstruktionen, Versagen der Dichtungsmasse an flexiblen Schläuchen und plötzlicher Flüssigkeitsverlust.

Heilmittel: Programmierung von Beschleunigungs-/Verzögerungsrampen über SPS, Installation hydropneumatischer Dämpfungsspeicher, Verwendung von progressiven Schließventilen und vorgesteuerten Rückschlagventilen.

Die Phänomene der Systemverschlechterung

1. Zeichnung

Es handelt sich dabei um den unerwünschten Flüssigkeitsdurchtritt zwischen Kammern mit unterschiedlichem Druck. Dieser kann intern (zwischen Kammern desselben Bauteils, von außen unsichtbar, aber leistungsbeeinträchtigend) oder extern (vom System aus sichtbares Leck) auftreten.

So erkennt man es: Zylinderpositionsdrift unter Last, tatsächlicher Durchfluss geringer als theoretisch, Anstieg der Öltemperatur und Flüssigkeitsschleier auf der Maschine.

Hauptursachen: verschlissene Dichtungen, Kupplungstoleranzen außerhalb der Spezifikation, verunreinigte oder niedrigviskose Flüssigkeit, anhaltender Überdruck.

Heilmittel: planmäßiger Austausch verschlissener Dichtungen durch kundenspezifische Profile, Überwachung der volumetrischen Effizienz und Aufrechterhaltung der Fluidqualität innerhalb der erwarteten Viskositäts- und Reinheitsparameter (ISO 4406).

2. Flüssigkeitskontamination

Es ist die Hauptursache für vorzeitiges Versagen bei etwa 70-80 % von industriellen Rohrleitungssystemen. Die gefährlichsten Partikel sind die mikroskopisch kleinen (zwischen 5 und 15 µm), von der gleichen Größenordnung wie die inneren Spielräume der Proportionalventile.

So erkennt man es: trübes Öl, intermittierende Ventilbetätigung, vorzeitige Filterverstopfung und durch Verwendung eines Partikelzählers gemäß ISO 4406.

Eingangsquellen: innerer Verschleiß von Bauteilen, eindringender Staub und Feuchtigkeit durch ungefilterte Lüftungsöffnungen, Montagerückstände, Oxidationsschlamm.

Heilmittel: Zielklasse ISO 4406 für den Kreislauf, Filter mit visuellen oder elektrischen Verstopfungsanzeigen verwenden, Trockenmittelentlüftungen am Tank installieren, nach jedem Wartungseinsatz spülen und alle 6 Monate eine Ölanalyse durchführen.

3. Verschlechterung der Hydraulikflüssigkeit

Es ist die chemisch-physikalische Alterung des Öls, die zum Verlust der Schmiereigenschaften, der viskosimetrischen Stabilität und des Korrosionsschutzes führt.

So erkennt man es: Dunkle Farbe, stechender, beißender Geruch, abnorme Viskosität und anhaltender Schaum. Die Diagnose wird durch eine TAN-Analyse bestätigt.

Auslösemechanismen: Thermische Oxidation (jede Erhöhung um 10°C über die ideale Temperatur halbiert die Nutzungsdauer des Öls), Kondensationshydrolyse, bakterielle Verunreinigung und mechanische Scherkräfte.

Heilmittel: Beachten Sie die Wechselintervalle, halten Sie die Betriebstemperatur zwischen 40°C und 60°C, verwenden Sie Trockenfilter und mischen Sie niemals Öle unterschiedlicher Spezifikationen oder Marken.

Komponentenausfälle

1. Überhitzung der Pumpe oder des Motors

Dies tritt auf, wenn die Temperatur des Bauteilkörpers die vom Hersteller festgelegten Auslegungsgrenzen überschreitet.

So erkennt man es: Das Pumpengehäuse ist sehr heiß (über 70°C an der Oberfläche ist ein rotes Warnsignal) und die Abflussleitung ist deutlich wärmer als die Saugleitung.

Hauptursachen: falsche Ölviskosität, chronische Kavitation, hohe interne Leckage, Druck außerhalb der Nenngrenzen oder unterdimensionierter/verstopfter Wärmetauscher.

Heilmittel: Zuerst muss die Ursache behoben werden (Viskosität, Saugleitung und Leckagen prüfen), erst dann sollte die Verstärkung des Luft-Öl- oder Wasser-Öl-Wärmetauschers in Betracht gezogen werden.

2. Pumpenblockierung

Es handelt sich um den endgültigen Ausfall des Pumpenelements: Die gleitenden Metalloberflächen verschweißen sich aufgrund von Reibung und übermäßiger Hitze.

So erkennt man es: Plötzliche Verstopfung des Schachts, oft begleitet von einem lauten, metallischen Kreischen. Sie ist stets die Folge einer zugrunde liegenden, nicht diagnostizierten Erkrankung.

Hauptursachen: Trockenstart ohne Vorpumpen, anhaltende Kavitation, starke Partikelverunreinigung, völliger Mangel an Schmierung.

Heilmittel: Das Bauteil ist nicht reparabel. Sollte es ausgetauscht werden müssen, ist es zwingend erforderlich, den Kreislauf vollständig zu spülen, alle Filter zu ersetzen und das Öl zu analysieren, bevor das neue Bauteil in Betrieb genommen wird, um zu verhindern, dass Metallpartikel die neue Pumpe beschädigen.

Betriebsabläufe und Prävention

1. Luftspülung

Dies ist eine grundlegende Maßnahme, die bei jeder ersten Inbetriebnahme, nach invasiven Wartungseingriffen oder nach einem kompletten Ölwechsel durchgeführt werden muss.

Verfahren: 

1. Den Tank bis zum maximalen Füllstand füllen.
2. Starten Sie die Pumpe im Leerlauf oder zyklisch.
3. Die Aktuatoren sollen mehrmals ihren vollen Hub bei niedrigem Druck durchlaufen.
4. Öffnen Sie die Entlüftungsventile an den höchsten Punkten des Kreislaufs.
5. Überprüfen Sie den Ölstand erneut. 
6. Bringen Sie das System auf den Nenndruck.

Häufiger Fehler: Das System muss sofort ohne Entlüftung auf maximalen Druck gebracht werden, wodurch die Gefahr eines Wasserschlags besteht.

2. Innere Korrosion

So erkennt man es: Vorhandensein von Rostpartikeln in der Flüssigkeitsanalyse, dunkle Metalloberflächen, steife, aufgequollene oder degenerierte Dichtungen.

Hauptursachen: Kondenswasserbildung im Tank, Leckagen im Wasser-Öl-Wärmetauscher, hoher TAN-Wert von Öl oder Verwendung von wasserbasierten Flüssigkeiten auf nicht vorbereiteten Kreisläufen.

Heilmittel: Installieren Sie Entfeuchtungsfilter an den Lüftungsöffnungen, lassen Sie regelmäßig das Wasser vom Boden des Tanks ab und überwachen Sie den Wasseranteil in der Flüssigkeit (Alarmschwelle >0,1%).

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Häufig gestellte Fragen zu Problemen und Phänomenen – Systemdiagnose

Wenn die Pumpe Geräusche macht, handelt es sich dann immer um Kavitation?

Nein: Die Art des Geräusches, seine Dauer und der Zeitpunkt seines Auftretens (Anfahren, Belasten, Entlasten) sind für die Diagnose entscheidend. Ein trockenes Knistern deutet in der Regel auf Kavitation hin, ein dumpfes, schäumendes Summen auf Lufteinschlüsse, während ein hoher Pfiff oder ein anhaltendes Quietschen auf verschlissene Lager oder ein undichtes Überdruckventil hindeuten kann.

Kann ich eine Pumpe nach einem Stillstand wieder in Betrieb nehmen, ohne den Kreislauf zu spülen?

Nein, niemals: Metallpartikel zerstören das neue Bauteil schnell. Spülung, Filterwechsel und Flüssigkeitsanalyse sind unerlässlich.

Wie oft sollte ich Ölproben entnehmen?

Stationäre Systeme im Dauerbetrieb: alle 6 Monate oder nach 2000–3000 Betriebsstunden. Mobile Systeme oder Systeme unter extremen Bedingungen: alle 3 Monate oder nach 1000 Betriebsstunden. Nach jedem Störfall: stets vor der Wiederinbetriebnahme.

Lässt sich das Problem der Belüftung durch Hinzufügen von Öl zum Tank beheben?

Nur wenn die Ursache ein niedriger Füllstand ist; wenn es an einer verschlissenen Dichtung oder einer lockeren Verbindung liegt, bleibt die Diagnose der Ursache der erste Schritt.

Kann ein Wasserschlag auch Schläuche beschädigen?

Ja: Die Druckwelle verformt sie radial und führt zu einer Ermüdung der inneren Verstärkung, was zu Schwellungen oder zum Versagen in der Nähe der Verpressungen führt.