1. Einführung
Auf einem der Werke des schwere Maschinenbaus in der Ukraine kam es zu einer Notstopp des Haupthydrauliktriebs eines schweren Presses. Während der geplanten Ölungsschicht stellten die Bediener einen plötzlichen Druckabfall in der Steuerungsleitung sowie metallische Schneidspäne im Sammelbehälter fest. Der erste Überblick zeigte ein vollständiges Zerstörung (Zusammenbruch) des Hochdruckfilters. Ein weiterer Risikofaktor entstand durch die Blockierung der Rückmeldungsleitungen der Verschiebungsantriebe mit einer Kabelsammlung des Typs Siemens 6FX8002-2EQ10-1BG0, die verzerrte Daten über elektromagnetische Störungen übermittelte, was aufgrund des Notüberhitzens benachbarter Hydraulikleitungen eintrat. Ähnliche Vorfälle führen zu Produktionsausfällen von 36 bis 72 Stunden sowie erheblichen finanziellen Verlusten. Das Ziel dieses Untersuchungsberichts ist es, die tatsächlichen Ursachen des Vorfalls anhand der Standards ISO und EN zu ermitteln.
2. Überblick über den Komponenten
Der Hochdruckfilter ist in der Druckleitung der Hydraulik vor empfindlichen Axialkolbenpumpen und proportionalen Ventilen angeordnet. Er dient dem Schutz präziser Komponenten vor Feststoffen entsprechend der Reinheitsklasse ISO 4406 (Zielwert 16/14/11).
Standardbedingungen der Betriebsbedingungen:
- Arbeitsdruck: bis 320 bar.
- Betriebstemperatur der Flüssigkeit: von +15 °C bis +65 °C (Mineralöl ISO VG 46).
- Maximal zulässiger Druckausgleich ($\Delta P$): 5,0 bar für Standardelemente mit Mikrofaser.
- Nominelle Filtergenauigkeit: 10 Mikron ($eta_{10} \ge 75$).
3. Nachweis der Ausfallursachen
Laboratoriums- und visueller Analyse des beschädigten Elements wurden folgende Daten ermittelt:
- Deformation der Wellen: Die zinkenartige Struktur der Faltungen ist innerhalb der tragen Perforationsrohre vollständig zerstört. Die Wellen haben sich zu einer dichten massiven Masse verschmolzen.
- Riss im Filtermaterial: Ein mehrschichtiges Material aus synthetischen Fasern weist längsverlaufende Risse entlang der Schweißnaht auf.
- Druckdifferenzmessung: SCADA-Sensoren haben eine Spitzen-Differenzdruck von 8,4 bar zwei Minuten vor der Stilllegung der Pumpstation festgehalten.
- Schwingungskontrolle: Die Schwingungssensoren am Filtergehäuse haben einen Anstieg des hochfrequenten Spektrums (von 1 bis 5 kHz) um 350 % gegenüber dem Basisniveau festgestellt, was auf Kavitation und Strömungspulsation hinweist.
4. Ursachenforschung
Zur Bestimmung der Ereigniskette wurde die Methode der Fehlertreemanalyse (Fault Tree Analysis) sowie die „5 Whys“-Analyse eingesetzt. Die Untersuchung eliminierte den Werkstofffehler am Werkstoff nach spektralen und mikroskopischen Tests gemäß den Normen der Serie ISO 2941 (Beständigkeit gegenüber Zerstörung unter Druckwechsel).
5. Gefundene Wurzelursachen
Aufgrund der Bewertung wurden drei Schlüsselmerkmale identifiziert, die nach der Wahrscheinlichkeit angeordnet sind:
- Erhöhte Viskosität der Flüssigkeit beim kalten Start (Wahrscheinlichkeit: 55%). Der Maschinenstart erfolgte bei einer Schmieröltemperatur von +5 °C. Die dynamische Viskosität des Öls ISO VG 46 lag über 900 cSt, was einen Durchflusswiderstand über 6,0 bar verursachte.
- Defekt des Durchflussklappens (Wahrscheinlichkeit: 30%). Die Feder des Bypassklappens ist durch Ablagerungen von Lackverunreinigungen blockiert. Der Klappen öffnete sich nicht bei der eingestellten Nennspannung von 5,0 bar und leitete den gesamten Durchfluss durch den verstopften Element.
- Plötzlicher Ausstoß von Verunreinigungen aus dem Hydraulikbehälter (Wahrscheinlichkeit: 15 %). Die Zerstörung des inneren Schutzschichts des Behälters führte zur Einbringung von abrasiven Partikeln mit einer Größe über 100 µm in das System, die sofort die Poren des Filters blockierten.
6. Korrekturmaßnahmen
Zur Beseitigung der identifizierten Mängel wurden Maßnahmen von kurzfristigem und langfristigem Charakter entwickelt:
| Ursachen der Problematik | Betriebsreparatur (Sofortwirkung) | Langfristige Wartung |
|---|---|---|
| Kalter Start | Einbau einer Startblockierung des Pumps bei einer Öltemperatur unter +18 °C. | Montage von Schmierölheizern mit einer Leistung von 4,5 kW in den Hydraulikbehälter. |
| Bypass-Sperre | Demontage, Ultraschallreinigung und Kalibrierung des Durchflussklappens gemäß ISO 3968. | Wechsel auf synthetische Öle mit hohem Viskositätsindex zur Verhinderung von Verkrustung. |
| Staubverunreinigung | Abfluss der Hydraulikleitung durch Offline-Filtration (Doppeltankvolumen). | Inspektion der inneren Oberflächen des Hydraulikbehälters mit einem Endoskop alle 6 Monate. |
7. Schnelle Diagnosekarte (Für Techniker auf Tablet)
Verwenden Sie diese Checkliste direkt in der Werkstatt am Gerät:
- [ ] Druckmesserwerte vor und nach dem Filter prüfen (normaler $\Delta P$ < 2,5 bar).
- [ ] Die aktuelle Öltemperatur auf der Bedienungsanzeige ablesen (sollte im Bereich +35...+55 °C liegen).
- [ ] Den Filterkörper auf Undichtigkeiten und Spuren mechanischer Schäden prüfen.
- [ ] Status des Verunreinigungsindikators prüfen (visueller und elektrischer Signal auf PLC).
- [ ] Schnelltest des Schmierfetts mit einem portablen Partikelfänger (Reinigungsstufe).
- [ ] Stellen Sie sicher, dass keine ungewöhnlichen Geräusche oder hohe Schwingungen der Pumpenkörper vorliegen.
- [ ] Die Funktion der Heizungssysteme prüfen, bevor der Hauptantrieb im Winterbetrieb eingeschaltet wird.
- [ ] Artikel des eingebauten Bauteils mit der Hersteller-Spezifikation abgleichen (Verbot der Verwendung nicht zertifizierter Alternativen).
8. Präventive Strategie
Um eine mittlere Betriebszeit bis zu einer Ausfallzeit (MTBF) von nicht weniger als 15 000 Stunden zu gewährleisten, werden auf dem Betrieb folgende Wartungsverfahren eingeführt:
- Zustandsüberwachung (Condition Monitoring): Installation von stationären Feuchte- und Partikelmesssensoren in Echtzeit (Kompatibilität mit dem IO-Link-Protokoll).
- Wechselintervall: Austausch der Filterelemente alle 2.500 Betriebsstunden oder bei Erreichen von $\Delta P = 4,0 ext{ bar}$, abhängig davon, was zuerst eintritt.
- Standardisierung von Ersatzteilen: Exklusives Verwenden von zertifizierten Komponenten, die den europäischen Qualitäts- und Sicherheitsstandards CE entsprechen.
9. Schlussfolgerung
Die Zerstörung der Filterelemente unter dem Einfluss von Druckstörungen ist eine Folge des komplexen Einflusses von niedrigen Temperaturen, der Schaden der Schutzventile sowie der Ansammlung schädlicher Verunreinigungen. Die Einhaltung des Wartungsplans, der Kontrolle der Reinheit des Arbeitsmediums gemäß den Standards ISO sowie die rechtzeitige Austausch von Verbrauchsmaterialien gewährleisten eine fehlerfreie Funktion industrieller Anlagen. Für die Auswahl qualifizierter zertifizierter Komponenten und Filterelemente verwenden Sie UNITEC-D E-Katalog.
10. Verweisung
Normen und technische Dokumentation:
- ISO 2941:2009 — Hydraulik. Filterelemente. Prüfung des Widerstands gegen Zerstörung bei Druckdifferenz.
- ISO 4406:2021 — Hydraulik. Verfahren zur Kennzeichnung des Schmutzgehalts an Feststoffen.
- ISO 3968:2017 — Hydraulik. Filter. Bestimmung der Druckabfallkennwerte in Abhängigkeit vom Durchfluss.
- EN 60204-1:2018 — Sicherheit von Maschinen. Elektrische Ausstattung von Industriemaschinen. Teil 1: Allgemeine Anforderungen.
- DS TU EN ISO 12100:2016 — Maschinen Sicherheit. Allgemeine Gestaltungsprinzipien. Risikobewertung und Risikominimierung.
