Diagnose und Kavitationserkennung bei Hydraulikpumpen: Handbuch zur Fehleranalyse

1. Beschreibung der Problemstellung und Anwendungsbereich

Kavitation in industriellen Hydrauliksystemen ist ein kritischer zerstörerischer Prozess, der durch die Bildung und den sofortigen Zusammenbruch von Dampfblasen in der Flüssigkeitsströmung entsteht, wenn der Druck unter den Sättigungsdampfdruck des Arbeitsmediums fällt. Dieser Leitfaden umfasst die Diagnose und Beseitigung kavitierender Prozesse in Zahnrad-, Platten- und axialen Kolbenpumpen, die in Pressen, Gießmaschinen, metallurgischem Equipment und energietechnischen Anlagen ukrainischer industrieller Unternehmen eingesetzt werden.

Klassifizierung der Schwere: Kritischer Zustand (Severity Level 1). Das Ignorieren der Kavitationssymptome führt zu katastrophalen Schäden an den Arbeitsorganen der Pumpe (Metallermäßigung der Kolben, Platten, Gehäuse), plötzlichem Abfall des volumetrischen Wirkungsgrades, Überhitzung des Öls und vollständigem Blockieren des Aggregats innerhalb von 50–200 Betriebsstunden.

2. Schutzmaßnahmen und Sicherheit

ACHTUNG! HOHER DRUCK UND HEIßE UMGEWELT:

• Abschaltung/Markierung (LOTO): Bevor Sie jede mechanische Arbeit oder eine Überprüfung der Saugleitung durchführen, schalten Sie das elektrische Antriebsstromversorgung der Pumpe vollständig ab und blockieren Sie den Hauptschalter (Lockout/Tagout).
• Entleeren des Restdrucks: Stellen Sie sicher, dass kein Restdruck in der Hydrauliksystem vorhanden ist, indem Sie Sicherheitsklappen oder Rücklaufleitungen öffnen. Der Betriebsdruck im System kann bis zu 350 bar erreichen.
• Individuelle Schutzmaßnahmen (ISZ): Verpflichtender Einsatz von Schutzbrillen, ölbeständigen Handschuhen, schutzschuhartigen Schuhen mit metallischem Zehenstiefel und hiterezistentem Schutzkleidung. Die Betriebstemperatur des Öls im Tank kann bis zu +80 °C erreichen.
• Flüssigkeitsinjektionsgefahr: Prüfen Sie niemals die Dichtheit der Saug- und Druckschläuche mit der Hand. Ein dünner Flüssigkeitsstrahl unter hohem Druck kann die Haut durchdringen und schwere Vergiftungen verursachen.

3. Notwendige Diagnosegeräte

4. Checkliste für die erste Inspektion

5. Systematische Diagnose-Schema (Entscheidungsbaum)

1. Symptom: Auftreten eines charakteristischen metallischen Geräuschs („Kieselgeräusch“ oder Knacken) in der Pumpenzone.
   • Ölstand im Hydraulikbehälter prüfen, wenn Spitzenlasten auftreten.
     • IF der Ölstand unter dem kritischen Minimum liegt → Ursache: Zu niedriger Ölstand oder Bildung einer Luftblase über dem Auslass → Maßnahmen: System ausschalten, qualifiziertes Hydrauliköl gemäß ISO VG nachfüllen.
     • IF Niveau im Normalbereich → Zu Punkt 2 wechseln.
2. Widerstandsprüfung der Saugleitung (Filter, Armaturen).
   • Den Vakuometer an den Sauganschluss der Pumpe anschließen.
     • Wenn der Unterdruck über -0,25 bar (absoluter Druck < 0,75 bar) liegt → Ursache: Verstopfung des Saugfilters oder geschlossener Schieberhahn → Maßnahmen: Filterelement reinigen/ersetzen, den Kugelhahn am Tank vollständig öffnen.
     • Wenn der Druck im Normbereich (-0,05 ... -0,2 bar) liegt → Zurück zu Abschnitt 3.
3. Prüfung der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit und der Temperatur.
   • Die Temperatur der Schmierflüssigkeit messen und die kinematische Viskosität berechnen.
     • Wenn die Temperatur höher als +75 °C oder die Viskosität unter 10 cSt liegt → Ursache: Überhitzung des Systems, Zerstörung des Additivpaketes, zu flüssige Schmierflüssigkeit → Maßnahmen: Die Funktion des Wärmeaustauschers (Kühlers) prüfen, die Schmierflüssigkeit durch eine höhere Viskositätsklasse ersetzen (z. B. ISO VG 46 anstelle von ISO VG 32).
     • Wenn die Temperatur unter +15 °C oder die Viskosität höher als 150 cSt ist → Ursache: Kaltstart, zu dichte Schmierstoffe → Maßnahmen: Die Vorwärmsysteme für den Schmierstoff einschalten, um die Betriebstemperatur auf mindestens +25 °C zu erreichen, bevor der Pumpenstart erfolgt.
     • Viskosität im Normbereich (16–100 cSt) → Zurück zu Abschnitt 4.
4. Diagnose von Luftansaugung an der Saugleitung.
   • Ultraschall-Schallmessung oder Sprühen von technischem Alkohol auf die Rohrverbindungen verwenden.
     • IF ein Geräuschabfall oder Veränderung der Tonhöhe beim Sprühen von Alkohol auf die Verbindung/Flansch festgestellt wird → Ursache: Undichtigkeit der Saugleitung, Verschleiß der Flanschdichtung oder des Pumpenwellendichtungsringes → Maßnahmen: Schraubverbindungen nachziehen, Gummidichtungen oder Dichtungsring austauschen.
     • Wenn ein Durchgang durch die Verbindung nicht erkannt wird → Weitergehen zu Punkt 5.
5. Prüfung der Drehzahl und des Zustands des Antriebsmotors.
   • Die tatsächliche Drehzahl der Pumpenwelle mit einem Tachometer messen.
     • Wenn die Drehzahl um mehr als 5 % über der nominalen Kennzeichnung der Pumpe liegt → Ursache: Nichtübereinstimmung der Frequenz des Frequenzumrichters oder des Übersetzungsverhältnisses → Maßnahmen: Die Drehzahl des Antriebs auf den nominalen Wert reduzieren.
     • Wenn der Betrieb normal ist, aber Kavitation besteht → Ursache: interner Defekt der Pumpe (Schaden am Verteiler, Verschleiß des Schiebertriebs) → Maßnahmen: Die Pumpe demontieren, um die Defekte zu überprüfen.

6. Fehlermatrix und Ursachen

7. Ursachenanalyse (Root Cause Analysis)

Ursache A: Sauganschlussbegrenzung (Inlet Restriction)

Warum tritt das auf: Verstopfung der gesiebten Filter auf der Saugleitung durch Verschleißprodukte des Systems, zu lange Saugleitung, Anwesenheit von unnötigen Biegungen und Verengungen oder teilweise geschlossener Kugelhahn zwischen dem Tank und der Pumpe. Gemäß der Norm ISO 4406, überschreitet die Schmutzklassifizierung der Öl schneller die Filterelemente der feinen und groben Reinigung.

Wie bestätigen: Die Installation des Vakuummessers direkt vor dem Einlassflansch der Pumpe. Wenn der Vakuumschlag über -0,25 bar (für Mineralöle) liegt, werden Bedingungen geschaffen, bei denen gelöste Luft entweicht und leichtere Fraktionen des Öls kochen.

Konsequenzen: Zerstörung der Stirnseiten der Schaufeln von Plattenpumpen, Schäden an den Kolben von axialen Kolbenmaschinen, Materialermüdung durch Kavitation um die Fenster der Verteilplatte (Entstehung von Hohlräumen bis zu mehreren Millimetern Tiefe).

Ursache B: Luftleckage durch Saugleitung (Air Leaks)

Warum es auftritt: Verlust der Elastizität der Gummidichtungen an Flanschverbindungen, Abschwächung der Schraubklemmung an Saugrohren, Risse in den Schweissnähten der Saugrohrleitung unterhalb des Ölstands, oder Defekt des Antriebswellendichtung (falls die Saugkammer unter Vakuum im Vergleich zur Atmosphäre liegt).

Wie bestätigen: Die Verwendung eines Ultraschall-Schleifgeräts oder die Behandlung verdächtiger Stellen mit Seifenlauge oder technischem Alkohol. Bei Eintritt von Alkohol in eine Mikrorisse unter dem Einfluss von Vakuum oder Geräusch des Motors ändern sich die Umdrehungen oder der Schall des Motors sofort.

Konsequenzen: Dieseleffekt (Mikroexplosionen des komprimierten Luftdrucks in den Zylindern bei hohem Druck), Verbrannung der Dichtungen, Degradation der Schmierflüssigkeit, thermische Schäden an den Arbeitsflächen durch Verlust der Schmierfähigkeit der Schäume.

Ursache B: Ungeeignete Viskosität der Arbeitsflüssigkeit (Fluid Viscosity Issues)

Warum tritt das auf: Betrieb des Systems bei Temperaturen unterhalb der zulässigen Werte (kalter Start mit einer Viskosität > 150 cSt) oder Betrieb mit überhitztem Öl (> +75 °C) mit kritischem Viskositätsabfall unter 10 cSt, was den hydrodynamischen Schmierfilm im Reibungspaar stört.

Wie bestätigen: Ablesen der Temperaturmesswerte des Ölmessensors im Tank und Vergleich mit dem Viskositätsdiagramm der Schmiermittelmarke (z. B. HLPD oder HLP gemäß DIN 51524).

Konsequenzen: Schäden an den Kolbenstangen, Verschleiß des Zylinderblocks, vollständige Blockierung der Pumpe beim Start im Winterzeitraum.

8. Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Fehlerbehebung

Prozedur 1: Entfernen von Einschränkungen in der Saugleitung und Austausch des Filters

1. Führen Sie die LOTO-Prozedur durch: Entstömen Sie den Elektromotor der Pumpe, setzen Sie Warnschilder an.
2. Überbrücken Sie den manuellen Schließventil auf der Saugleitung zwischen dem Hydraulikbehälter und der Pumpe (falls es unter der Ölstandsfläche installiert ist – bereiten Sie eine Sammelbehälter für die Restflüssigkeit vor).
3. Entfernen Sie den Saugfilter oder den Filterelement. Führen Sie eine visuelle und mikroskopische Untersuchung der Verunreinigungen durch.
4. Spülen Sie den Filterkörper aus und installieren Sie einen neuen Filterelement mit der Filtrationsklasse entsprechend den Empfehlungen des Pumpenherstellers (in der Regel 10–25 Mikron für die Druckleitung und eine metallene Maschenkette 100–140 Maschen für die Saugleitung).
5. Prüfen Sie den inneren Durchmesser des Saugrohres: Er darf nicht kleiner sein als der Einlassanschluss des Pumps. Die Länge der Leitung muss minimal sein.
6. Öffnen Sie den Schieber vollständig.
7. Füllen Sie den Pumpen mit reinem Arbeitsmedium über den Ablass- oder Oberdruckanschluss vor dem ersten Einschalten (Trockenlauf ist ausdrücklich verboten!).
8. Starten Sie den Antrieb im „Sitz-Modus“ (coast-to-coast / kurzzeitige Impulsansteuerung) für 10–15 Sekunden, um Luft aus dem System zu entfernen, und wechseln Sie anschließend in den Betriebsmodus.
9. Prüfen Sie den Vakuumwert beim Saugen: Das normale Wert im stationären Betrieb darf nicht mehr als -0,15 ... -0,2 bar betragen.

Prozedur 2: Beseitigung der Luftansaugung und Austausch der Dichtungen

1. Deaktivieren Sie die Hydraulikanlage (LOTO).
2. Leeren Sie die Arbeitsflüssigkeit aus der Saugseite oder die gesamte Öle aus dem Tank, wenn der Stand über der Reparaturstelle liegt.
3. Entfernen Sie die Flanschverbindungen der Saugleitung. Reinigen Sie die Verschraubungsoberflächen von Resten des Dichtstoffs und Schmutz.
4. Ersetzen Sie alle gummiartigen Dichtungsringe (es wird empfohlen, Material FKM / Viton für Beständigkeit gegen Schmierstoffe und Temperatur zu verwenden) durch neue gemäß der O-Ring-Spezifikation.
5. Prüfen Sie den Zustand des gummierten Saugrohres auf Mikrorisse oder Schichtenbrüche im inneren Verstärkungsschicht. Bei Bedarf ersetzen Sie das Rohr durch ein zuverlässiges, ölbeständiges, verstärktes Rohr gemäß ISO 3862.
6. Schrauben Sie die Flanschbolzen mit gleichmäßiger Kreuzschraubkraft mit einem Drehmomentmessschlüssel an (für Schraubengröße M8 Drehmoment 25 Nm, für M10 — 49 Nm).
7. Prüfen Sie den Wellendichtung des Pumpenrades. Falls bei stehendem Pumpenrad Ölspuren auf der Vorderkappe festgestellt werden oder bei Betrieb Luftsaugung auftritt, entfernen Sie die Wellendichtung und installieren Sie einen neuen originalen Dichtungsring.
8. Führen Sie einen Prüftest mit der Hilfe eines Ultraschall-Schallkopfes durch.

9. Präventive Maßnahmen

Erstursache	Präventive Strategie	Monitoring-Verfahren	Empfohlener Intervall
Saugleistungseinschränkung (Filterverstopfung)	Regelmäßiger Druckdifferenzkontrolle und planmäßige Austausch von Filterelementen	Differenzierter Verunreinigungsindikator / Drucksensor ΔP	Jede 500 Stunden oder bei Auslösung des Indikators
Luftansaugung durch Verbindung	Kontrolle des Drehmoment beim Verschrauben von Flanschen, Prüfung der Integrität der Schläuche	Visueller Oberflächencheck, Ultraschallprüfung	Jede 1000 Stunden (oder alle 6 Monate)
Ungeeigntheit von Viskosität und Temperatur	Verwendung von Ölheizsystemen im Winter und leistungsstarker Kühler im Sommer	Thermostat, Temperatursensorüberwachung im Tank	Ständiger Monitor (SCADA / Controller)
Niedriger Ölstand im Tank	Einbau einer Startblockierung bei kritischen Niveauabfällen	Schwimmkörper-Sensor für minimalen Ölvorrat	Tägliche Prüfung vor Inbetriebnahme

10. Ersatzteile und Komponenten

Beschreibung des Teils	Spezifikation	Wann austauschen	Kategorie UNITEC
Saugfilterelement	Feinheit der Filtration 100–125 µm, robuste Metallgitter	Bei ΔP > 0,3 bar oder alle 2000 Stunden	Hydraulische Filter
Kompaktionsset für Wellen- und Flanschdichtungen der Pumpe	Material FKM (Viton), beständig bis -20...+120 °C	Beim jeweiligen Hauptreparatur oder bei Auftreten von Anzeichen von Unterdruckbildung	Hydraulische Dichtungen
Saugrohr mit Armierung	Ölbeständig, mit innenliegender Schraube, ISO 3862	Bei Auftreten von Mikrorissen, Schichten oder alle 4 Jahre	Hydraulikschläuche und Anschlussstücke
Arbeitsflüssigkeit für Hydraulik	HLP / HVLP gemäß DIN 51524, Klasse ISO VG 32 / 46	Gemäß den Ergebnissen des Laboranalysen des Öls (in der Regel alle 4000–5000 Stunden)	Industrielle Öle und Schmierstoffe

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11. Verweisungen und normative Grundlagen

• DSTU ISO 4406:2003 — Hydraulik. Methode zur Kennzeichnung der Reinheitsstufe fester Partikel.
• DSTU EN ISO 4413:2014 — Hydraulik. Allgemeine Regeln und Sicherheitsanforderungen an Systeme und ihre Komponenten.
• DIN 51524 Teile 1-3 — Hydraulische Flüssigkeiten. Eigenschaften und Anforderungen an Schmierstoffe der Typen HL, HLP, HVLP.
• ISO 3019-1/2 — Hydraulische Pumpen und Motoren. Anschlussflansche und Wellenenden.
• Technische Dokumentation und Bedienungsanleitungen führender OEM-Hersteller hydraulischer Anlagen (Bosch Rexroth, Parker Hannifin, Danfoss Hydraulics).
• Zusätzliche Unterlagen UNITEC-D: „Diagnose von Überhitzung von Hydrauliksystemen und Auswahl der Ölschmierung“, „Prävention von Ausfällen von Axialkolbenpumpen“.