1. Einleitung
Während einer planmäßigen Inspektion der Warmumformungsstrecke in einem der metallurgischen Unternehmen der Ukraine wurde ein kritisches Austreten der Arbeitsflüssigkeit am Vorschubkolben des Hydraulikzylinders Bosch 200737119 festgestellt. Der Nennarbeitsdruck im System beträgt 210 bar, Spitzenwerte erreichen 315 bar. Die mittlere Ausfallzeit (MTBF) für dieses Bauteil ist in der Herstellerspezifikation mit 15 000 Stunden angegeben. Dennoch trat ein Ausfall bereits nach 4 200 Stunden seit der letzten Großwartung ein. Derartige Vorfälle führen zu Produktionsstillstand, Druckverlust in der Hauptleitung und zur Umweltverschmutzung durch das Mineralöl‑Hydraulikfluid HLP ISO VG 46.
2. Überblick über den Komponenten
Hydraulischer Zylinder Bosch 200737119 ist ein zweistufiger Ausführungsmechanismus mit Kolbenart, einseitigem Stift. Er wird im schweren Maschinenbau für Kräfte bis zu 250 kN verwendet.
- Betriebsmedium: Mineralöl gemäß ISO 11158 (HLP 46)
- Temperaturbereich des Öls: von -20°C bis +80°C
- Maximale Stangengeschwindigkeit: 0,5 m/s
- Dichtungssystem: mehrkomponentige System mit Polyurethan-Beschichtungen, Kolbenmanschetten und Führungsringen aus bronziertem Fluoroplast (PTFE)
Die Betriebsbedingungen auf ukrainischen Werken sind oft von einem hohen Staubgehalt ababrasiver Schlickpartikel und zyklischen Überlastungen begleitet.
3. Nachweis der Ausfallursachen
Visueller und metrológischer Oberflächencheck des zerlegten Bauteils in der Werkstatt zeigte folgende Mängel:
- Abnutzung der Kante des primären Dichtungsringes des Stiftes mit asymmetrischem Profil über 360 Grad mit Schrägung der Abnutzung nach oben um 0,15 mm.
- Anwesenheit von Längsrillen auf der Arbeitsfläche des Stifts mit chromiertem Schutzschicht bis zu einer Tiefe von 0,02 mm.
- Kennzeichen der Extrusion (Auspressung) des Ringstifts in den Spalt zwischen Kolben und Kolbenring von der Seite des hohen Drucks.
- Analyse des Öls nach ISO 4406 zeigte eine Reinheitsklasse 21/19/16, was den zulässigen Grenzwert 18/16/13 für Hochdruckhydraulik überschreitet.
4. Ursachenforschung
Zur Bestimmung der Fehlerursache wurde die Methode der Fehlertreediagnostik (Fault Tree Analysis) angewendet. Drei Haupthypothesen wurden betrachtet: abrasives Verunreinigung, mechanische Verkippung und hydraulische Schläge (Druckstöße).
| Hypothese | Wahrscheinlichkeit | Bestätigende Nachweise | Beweise für die Einfachheit |
|---|---|---|---|
| Verunreinigung der Arbeitsflüssigkeit | Hoch | Erhöhter Feststoffgehalt bei ISO 4406, Mikrorillen auf dem Kolbenstangenteil | Unregelmäßiger Verschleiß am Umfang |
| Mechanischer Kolbenhub | Hoch | Asymmetrischer Verschleiß der Führungsringe, Spuren von Frettingkorrosion | Fehlen des Axialschlupfs am Prüfstand |
| Hydraulische Drucksprünge | Mittlere | Extrusion von polymeren Dichtungsringen, Druckspitzen am Manometer | Fehlen eines Korpusbruchs des Zylinders |
5. Gefundene Wurzelursachen
- Abrieb durch Degradation des Schutzscheibenverschleifers (Wahrscheinlichkeit: 85%): Eintritt von Staub und Schleifstaub durch beschädigte Schutzmanschette führte zur Ansammlung von abrasivem Material unter dem Dichtungssitz.
- Radialer Auskragung des Lagerknotens (Wahrscheinlichkeit: 70%): Die Nichtzusammenfallung zwischen dem Kolbenstiftschnitt und den Führungsschienen verursachte einen lokalen Druck auf die Dichtungskante über 15 N/mm².
- Hydraulische Schläge (Wahrscheinlichkeit: 45%): Schnelles Umstellen proportionaler Verteiler erzeugte Druckwellen bis zu 340 bar, was eine zyklische Deformation des Polymers verursachte.
- Demontage des Zylinders Bosch 200737119 und Austausch der Dichtungssatz auf DIN ISO 3601. zugelassen
- Schleifen und erneutes Chromieren des Stiftes oder seine Ersetzung mit Einhaltung des Toleranzbereichs f7.
- Spülen des Hydraulikbehälters und Austausch von Filterelementen mit Filtergenauigkeit β10 >= 75.
- Montage zusätzlicher telescopischer Schutzhüllen zur Vermeidung von Schutzschichtablagerungen auf den Kolben.
- Laserprüfung der Axialität des Zylinders gemäß den Anforderungen ISO 10720 (Toleranz der Parallelität nicht größer als 0,05 mm pro Meter).
- Modernisierung der hydraulischen Druckspitzenabsorptionsanlage.
- [ ] Den äußeren Zustand des chromierten Stangenmantels auf Schäden und Korrosion überprüfen.
- [ ] Die Temperatur des Zylinderkörpers mit einem Pyrometer messen (Grenzwert bis +65°C).
- [ ] Vibrationsniveau an den Kolbenringen bewerten (Vibrationsgeschwindigkeit nicht höher als 2,8 mm/s gemäß ISO 10816-3).
- [ ] Den Zustand des Saugstöpsels und des Luftfilters des Hydraulikbehälters prüfen.
- [ ] Schnelltest der Ölprobe auf Anwesenheit von freiem Wasser und mechanischen Verunreinigungen.
- [ ] Die Drucksensorwerte auf Pulsstöße prüfen.
- [ ] Die Schraubkraft der Flansch- und Zapfenschrauben des Zylinders mit einem Drehmomentmessschlüssel prüfen.
- [ ] Den Zustand des Schmierstoffs auf Elastizität und Dichtheit beim Anschlag an den Stift prüfen.
- Monatlicher Monitoring: Analyse von Ölschmierstoffproben nach ISO 4406; Austausch von Filterelementen bei Druckabfall über 2,5 Bar.
- Quartalskontrolle: Prüfung der Dichtungen auf Mikroverluste; Prüfung der Befestigungen auf Schwingungsfestigkeit.
- Jährliche Prüfung: Vollständige Geometrieprüfung des Kolbenlaufs und Messung der radialen Spielräume in Gleitlagern.
- ISO 4406: Hydraulikflüssigkeitskraft - Flüssigkeiten - Verfahren zur Kennzeichnung des Kontaminationseins von festen Partikeln.
- ISO 10720: Hydraulikflüssigkeitskraft - Zylinder - Montagegrößen.
- DIN ISO 3601: Fluidkraftsysteme und Komponenten – O-Ringe.
- Bosch Rexroth Technische Dokumentation: RE 17038 / 05.11 - Hydraulische Zylinder für industrielle Anwendungen.
6. Korrekturmaßnahmen
Dringende Maßnahmen
Langfristige Wartung
7. Schnell-diagnostischer Check-Liste für den Auslandstechniker
Dieser Check-Liste ist zum Einsatz auf einem Tablet direkt am Equipment vorgesehen:
8. Strategie zur Vermeidung von Ausfällen
Um das projektierte MTBF von 15.000 Stunden auf ukrainischen Produktionsstätten zu erreichen, ist die Einführung der folgenden Wartungsprogramm notwendig:
9. Schlussfolgerung
Frühzeitige Ausfälle von hydraulischen Zylindern in der Schwerindustrie sind das Ergebnis einer komplexen Wechselwirkung von abrasivem Verunreinigungen und mechanischen Verschiebungen, die durch Druckstöße verstärkt werden. Die Verwendung von qualitativ hochwertigen Komponenten und das Einhalten von Wartungsplänen gewährleisten eine stabile Funktion der Anlage. Originale Ersatzteile, Dichtungen und hydraulische Komponenten können über UNITEC-D E-Catalog ausgewählt werden.
