Diagnosehandbuch: Kavitation der Hydraulikpumpe – Fehlerbehebung

1. Problembeschreibung und Anwendungsbereich

Kavitation einer Hydraulikpumpe ist eine kritische Fehlfunktion, die mit der Bildung und anschließenden Zerstörung von Dampfblasen im Hydraulikflüssigkeitsstrom einhergeht. Dieses Phänomen tritt auf, wenn der Druck in bestimmten Bereichen der Pumpe (normalerweise am Einlass) unter den Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit fällt. Der Zusammenbruch dieser Blasen erzeugt örtlich begrenzte Stoßwellen hoher Intensität, die erhebliche Schäden an den Innenflächen der Pumpe und anderen Komponenten des Hydrauliksystems verursachen.

Symptome der Kavitation:

• Geräusch: Ein charakteristisches Geräusch, das an das Knistern von Kies, das Schleifen von Metall oder das Klappern im Inneren der Pumpe erinnert.
• Vibration: Erhöhte Vibration des Pumpengehäuses und angrenzender Rohrleitungen.
• Verringerte Leistung: Abfall des Drucks und der Durchflussrate der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit, Verringerung der Systemeffizienz.
• Überhitzung: Lokaler Temperaturanstieg der Flüssigkeits- und Pumpenkomponenten.
• Erosionsschäden: Lochfraß, Schlaglöcher, Metallerosion an den Arbeitsflächen der Laufräder, Zahnräder, Kolben und Pumpengehäuse.

Dieses Handbuch gilt für alle Arten von Hydraulikpumpen, die in der Industrie eingesetzt werden (Zahnrad-, Flügelzellen-, Kolbenpumpen) und dient der systematischen Identifizierung und Beseitigung der Ursachen von Kavitation.

Schweregradklassifizierung:

• Kritisch: Schnelles Fortschreiten des Schadens, Risiko eines plötzlichen Pumpenausfalls und Produktionsstopps. Erfordert sofortiges Eingreifen.
• Erheblich: Deutlicher Rückgang der Effizienz, erhöhte Geräusche und Vibrationen, beschleunigter Verschleiß. Erfordert die Planung von Reparaturarbeiten.
• Geringfügig: Erste Symptome (intermittierendes Geräusch, leichte Vibration), die auf ein potenzielles Problem hinweisen. Benötigt Überwachung und Diagnose.

2. Vorsichtsmaßnahmen

WARNUNG! Bevor Sie mit Diagnose- oder Reparaturarbeiten an hydraulischen Geräten beginnen, befolgen Sie strikt die Sicherheitsregeln:

• LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Stellen Sie immer sicher, dass die Stromquellen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) vollständig stromlos sind und gesperrt/tagout sind, um ein versehentliches Starten der Ausrüstung zu verhindern.
• ENTLASTUNG DES RESTDRUCKS: Stellen Sie sicher, dass der gesamte Druck des Hydrauliksystems entlastet ist, bevor Sie Komponenten demontieren. Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit kann schwere Verletzungen verursachen.
• PERSÖNLICHE SCHUTZAUSRÜSTUNG (PSA): Verwenden Sie geeignete PSA: Schutzbrille/Schutzschilde, Handschuhe, Arbeitskleidung, Sicherheitsschuhe. Heiße Hydraulikflüssigkeit kann Verbrennungen verursachen und unter Druck stehende Flüssigkeit kann Stichwunden verursachen.
• OBERFLÄCHEN MIT HOHER TEMPERATUR: Seien Sie vorsichtig, da einige Komponenten des Hydrauliksystems während oder nach dem Betrieb heiß sein können.

3. Notwendige Diagnosewerkzeuge

4. Checkliste für die Erstbewertung

Bevor Sie mit der detaillierten Diagnose beginnen, führen Sie die folgenden Schritte aus, um Informationen zu sammeln und Ausfallzeiten zu minimieren:

5. Systematischer Ablauf der Diagnostik

Die Diagnose einer Kavitation beginnt mit der Beobachtung der Symptome und dem anschließenden sequenziellen Ausschluss möglicher Ursachen:

1. Gibt es ein charakteristisches Geräusch (Knacken, Kreischen) und/oder Vibrationen von der Pumpe?
   
   • JA: Setzen Sie die Diagnose fort.
   • NEIN: Das Problem hängt wahrscheinlich nicht mit Kavitation zusammen. Weitere Informationen finden Sie in anderen Handbüchern zur Diagnose des Hydrauliksystems.
2. Überprüfen Sie den Hydraulikflüssigkeitsstand im Tank.
   
   • WENN der Füllstand unter der MIN-Marke liegt:
     
     1. Ursache: Niedriger Flüssigkeitsstand.
     2. Maßnahme: Hydraulikflüssigkeit der entsprechenden Art und Reinheitsklasse nachfüllen (z. B. ISO VG 46, Reinheitsklasse NAS 6-8).
     3. Überprüfen: Starten Sie das System und untersuchen Sie es auf Kavitationssymptome.
   • WENN der Pegel normal ist: Weiter.
3. Überprüfung der Hydraulikflüssigkeitstemperatur.
   
   • Messen Sie die Temperatur mit einem Infrarot-Thermometer.
   • WENN die Temperatur viel niedriger ist als empfohlen (<20°C):
     
     1. Ursache: Flüssigkeitsviskosität zu hoch.
     2. Maßnahme: Verwenden Sie ein Flüssigkeitsheizsystem oder lassen Sie das System aufwärmen. Erwägen Sie die Verwendung einer Flüssigkeit mit einem niedrigeren Viskositätsindex für kalte Bedingungen (gemäß ISO 3448).
     3. Überprüfung: Starten Sie das System nach dem Aufwärmen und untersuchen Sie es auf Symptome.
   • WENN die Temperatur viel höher ist als empfohlen (>70°C):
     
     1. Ursache: Flüssigkeitsviskosität zu niedrig / Systemüberhitzung.
     2. Aktion: Überprüfen Sie die Effizienz des Kühlsystems. Erwägen Sie die Verwendung einer Flüssigkeit mit höherer Viskosität oder höherem Kühlindex.
     3. Prüfung: Starten Sie das System, nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat.
   • WENN die Temperatur normal ist (40–60 °C): Fahren Sie fort.
4. Messen Sie den Einlassdruck/das Vakuum der Pumpe.
   
   • Schließen Sie ein Druck-/Vakuummessgerät an einen Testpunkt an der Einlassleitung so nah wie möglich an der Pumpe an.
   • WENN das Vakuum die zulässigen Werte überschreitet (< -0,4 bar):
     
     1. Wahrscheinliche Ursachen: Einschränkungen bei Ansaugung oder Luftansaugung.
     2. Fahren Sie mit der Überprüfung der Einschränkungen fort.
   • WENN der Druck normal ist (0 ... -0,3 bar):
     
     1. Ursache: Kavitation durch die Ansaugleitung unwahrscheinlich. Berücksichtigen Sie interne Schäden an der Pumpe oder andere Faktoren (z. B. Druckstöße).
5. Diagnostiziert Verstopfungen der Ansaugleitung.
   
   • Sichtprüfung: Ansaugfilter/Sieb auf Verstopfung (Staub, Schmutz, Ablagerungen) prüfen.
   • IF-Filter verstopft:
     
     1. Ursache: Ansaugfilter verstopft.
     2. Aktion: Reinigen oder ersetzen Sie den Filter.
     3. Prüfung: Starten Sie das System, prüfen Sie den Ansaugdruck und das Vorhandensein von Geräuschen.
   • Sichtkontrolle: Überprüfen Sie das Ansaugrohr auf Knicke, Verformungen, Überlänge, falschen Durchmesser.
   • WENN Verformungen/Bögen erkannt wurden:
     
     1. Ursache: Mechanische Verstopfung der Ansaugleitung.
     2. Aktion: Ersetzen oder reparieren Sie die Rohrleitung und prüfen Sie den freien Durchfluss.
     3. Prüfung: Starten Sie das System, prüfen Sie den Ansaugdruck und das Vorhandensein von Geräuschen.
6. Luftansaugdiagnose.
   
   • Verwenden Sie das Stethoskop eines Mechanikers oder einen Ultraschalldetektor, um alle Verbindungen, Dichtungen und Dichtungen an der Ansaugleitung (vom Tank zur Pumpe) abzuhören.
   • Seifenwasser-Methode: Tragen Sie eine Seifenlösung auf verdächtige Verbindungen auf und achten Sie auf Blasen, während das System läuft.
   • IF erkannter Lufteinlass:
     
     1. Ursache: Leck in der Ansaugleitung.
     2. Maßnahme: Verbindungen festziehen, beschädigte Dichtungen, Schläuche oder Flansche ersetzen.
     3. Überprüfen: Überprüfen Sie erneut, ob Lecks vorhanden sind, starten Sie das System und beurteilen Sie die Symptome.

6. Störungs- und Ursachenmatrix

7. Ursachenanalyse für jede Fehlfunktion

7.1. Niedriger Hydraulikflüssigkeitsstand im Tank

Warum das passiert: Ein unzureichendes Flüssigkeitsvolumen im Tank führt dazu, dass die Pumpe zusammen mit der Flüssigkeit Luft ansaugt. Dies kann durch Undichtigkeiten im System, unzureichendes Nachfüllen von Flüssigkeit während der Wartung oder Flüssigkeitsverdunstung bei hohen Temperaturen verursacht werden. Wenn der Flüssigkeitsspiegel sinkt, reicht die Eintauchtiefe der Saugleitung nicht mehr aus und der Oberflächenfilm der Flüssigkeit wird aufgebrochen, sodass Luft in die Pumpe eindringen kann.

So bestätigen Sie: Sichtprüfung der Flüssigkeitsstandanzeige am Hydrauliktank. Der Füllstand sollte zwischen den Markierungen MIN und MAX liegen, wenn das System ausgeschaltet und abgekühlt ist (gemäß DSTU EN ISO 4413).

Welchen Schaden verursacht es:

• Beschleunigter Verschleiß der Pumpe durch hydraulische Stöße und Erosion interner Komponenten.
• Schäumen der Hydraulikflüssigkeit, was zu deren Oxidation und Verschlechterung der Schmiereigenschaften führt.
• Überhitzung des Systems aufgrund einer Abnahme der Wärmeaustauschkapazität der Flüssigkeit.
• Möglicher Pumpenausfall.

7.2. Verstopfung des Ansaugfilters/Netzes

Warum das passiert: Einlassfilter oder Siebe sollen die Pumpe vor großen mechanischen Partikeln schützen. Mit der Zeit können sie sich durch Ablagerungen, Schmutz oder Verschleißprodukte zusetzen. Ein verstopfter Filter erzeugt einen erheblichen hydraulischen Widerstand gegen den Flüssigkeitsstrom, was dazu führt, dass der Druck am Pumpeneinlass unter den zulässigen Wert sinkt und Kavitation hervorgerufen wird.

So bestätigen Sie:

• Messen Sie den Unterdruck an der Einlassleitung der Pumpe: Ein Wert < -0,4 bar weist auf einen zu hohen Widerstand hin.
• Sichtprüfung des Ansaugfilters nach der Demontage.

Welchen Schaden verursacht es:

• Erhöhte Verdünnung am Einlass, was direkt zu Kavitation führt.
• Verschlechterung der Pumpenfüllung, Verringerung ihrer Produktivität und Effizienz.
• Beschleunigter Verschleiß der Innenteile der Pumpe.

7.3. Luftansaugung an der Ansaugleitung

Warum das passiert: Undichte Verbindungen, Risse in Schläuchen oder Rohrleitungen, beschädigte Dichtungen oder fehlerhafte Pumpenwellendichtungen können dazu führen, dass atmosphärische Luft in die Saugleitung gelangt. In die Pumpe eindringende Luftblasen verhalten sich ähnlich wie Kavitationsblasen und verursachen Lärm, Vibrationen und Schäden.

So bestätigen Sie:

• Verwenden Sie das Stethoskop eines Mechanikers oder einen Ultraschalldetektor, um zischende Geräusche an Gelenken zu erkennen.
• Tragen Sie bei laufendem System eine Seifenlösung auf potenziell undichte Stellen der Ansaugleitung auf – die Bildung von Blasen bestätigt die Luftansaugung.
• Sichtprüfung der Flüssigkeit im Tank: deutliche Schaumbildung.

Welchen Schaden verursacht es:

• Kavitationsartiger Pumpenschaden durch Kompression und Expansion von Luftblasen.
• Schäumen der Hydraulikflüssigkeit, was zu deren Zersetzung und Oxidation führt.
• Verringerung der Steifigkeit des Hydrauliksystems, ungenaue Funktion der Führungsmechanismen.

7.4. Falsche Viskosität der Hydraulikflüssigkeit

Warum das passiert: Die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit ist ein äußerst wichtiger Parameter. Bei zu hoher Viskosität (z. B. bei niedrigen Temperaturen) kann die Flüssigkeit den Saugraum der Pumpe nicht schnell genug füllen, es kommt zu Verdünnung und Kavitation. Bei zu niedriger Viskosität (z. B. bei übermäßiger Überhitzung) bietet die Flüssigkeit keine ausreichende Schmierung und kann leichter Dampfblasen bilden als bei optimaler Viskosität.

So bestätigen Sie:

• Messung der tatsächlichen Temperatur der Flüssigkeit im System.
• Messung der kinematischen Viskosität einer Flüssigkeit mit einem tragbaren Viskosimeter oder Laboranalyse.
• Vergleich der erhaltenen Werte mit den vom Hersteller der Pumpe und Hydraulikflüssigkeit empfohlenen Werten (gemäß ISO VG und DSTU EN ISO 3448).

Welchen Schaden verursacht es:

• Bei hoher Viskosität: Überlastung des Pumpenantriebs, Kavitation, verminderte Produktivität.
• Bei niedriger Viskosität: unzureichende Schmierung, erhöhter Verschleiß, Überhitzung, verringerter Wirkungsgrad, Möglichkeit der Bildung von Dampfblasen.

8. Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Fehlerbehebung

8.1. Einstellen des Hydraulikflüssigkeitsstands

1. Sicherheit: Führen Sie den LOCKOUT/TAG OUT (LOTO)-Vorgang durch und machen Sie das System drucklos.
2. Überprüfung des Füllstands: Sehen Sie sich die Füllstandsanzeige am Hydrauliktank an.
3. Flüssigkeitsnachfüllung: Hydraulikflüssigkeit nachfüllen, die den Spezifikationen des Pumpenherstellers entspricht (z. B. DIN 51524 HLP 46, Reinheitsklasse nicht schlechter als NAS 7 nach ISO 4406). Verwenden Sie einen Filterwagen, um zusätzliche Kontamination zu vermeiden. Bringen Sie den Füllstand auf die obere MAX-Marke.
4. Wichtig: Überfüllen Sie den Tank nicht, um Schaumbildung zu vermeiden.
5. Starten und testen: Starten Sie das System, lassen Sie es einige Minuten ohne Last laufen, dann unter Last. Überprüfen Sie, dass keine Geräusche und Vibrationen auftreten und dass der Flüssigkeitsstand stabil ist.

8.2. Reinigen/Ersetzen des Ansaugfilters/Netzes

1. Sicherheit: LOTO durchführen und drucklos machen.
2. Filterzugang: Suchen Sie den Einlassfilter oder das Sieb (normalerweise im Tank, am Ende der Saugleitung).
3. Demontage: Filter vorsichtig demontieren. Seien Sie darauf vorbereitet, eine kleine Menge Flüssigkeit abzulassen.
4. Zustandsbeurteilung: Beurteilen Sie visuell den Grad der Filterverschmutzung.
5. Reinigung/Austausch:
• Reinigung: Wenn der Filter wiederverwendbar ist (Netz), waschen Sie ihn gründlich mit einem geeigneten Lösungsmittel und blasen Sie ihn mit Druckluft aus. Stellen Sie sicher, dass sämtlicher Schmutz entfernt ist.
• Austausch: Wenn der Filter wegwerfbar oder beschädigt ist, ersetzen Sie ihn durch ein neues Element, das den ursprünglichen Spezifikationen entspricht (Größe, Material, Nennfiltrationsgröße, z. B. 125 µm).
6. Montage: Installieren Sie einen gereinigten oder neuen Filter und achten Sie darauf, dass sich alle Dichtungen in der richtigen Position befinden. Ziehen Sie die Verbindung mit dem empfohlenen Drehmoment an (gemäß DSTU EN ISO 4759-1).
7. Inbetriebnahme und Kontrolle: Starten Sie das System, prüfen Sie die Dichtheit der Anschlüsse, überwachen Sie den Eingangsdruck (sollte im Bereich von 0 ... -0,2 bar liegen) und das Fehlen von Kavitationssymptomen.

8.3. Eliminierung der Luftansaugung

1. Sicherheit: LOTO durchführen und drucklos machen.
2. Sichtprüfung: Untersuchen Sie sorgfältig die gesamte Saugleitung vom Hydrauliktank bis zur Pumpe: Schläuche (auf Risse, Abrieb, Knicke), Metallrohre, Flansch- und Gewindeverbindungen, Pumpenwellendichtungen, Filterabdeckungen.
3. Seifenwassertest: Tragen Sie eine Seifenlösung auf die verdächtigen Gelenke auf. Lassen Sie das System laufen (bei Bedarf kurz) und achten Sie auf Blasen, die auf eine Luftansaugung hinweisen.
4. Korrekturmaßnahmen:
• Lockere Verbindungen: Gewinde- oder Flanschverbindungen mit den empfohlenen Drehmomenten festziehen.
• Beschädigte Dichtungen: Durch neue aus geeignetem Material ersetzen (z. B. NBR für mineralische Hydrauliköle).
• Beschädigte Schläuche/Rohre: Verformte, gerissene oder ausgefranste Schläuche/Rohre ersetzen. Stellen Sie sicher, dass das neue Rohr den richtigen Durchmesser und die Mindestanzahl an Biegungen hat.
5. Überprüfen: Überprüfen Sie nach der Fehlerbehebung erneut den festen Sitz der Verbindungen. Starten Sie das System und achten Sie darauf, dass keine Geräusche, Vibrationen und Schaumbildung der Flüssigkeit auftreten.

8.4. Einstellen der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit

1. Temperaturprüfung: Messen Sie mit einem Infrarot-Thermometer die Temperatur der Flüssigkeit im Tank und am Pumpeneinlass. Der optimale Temperaturbereich liegt normalerweise bei 40–60 °C.
2. Wenn die Temperatur zu niedrig ist (<20°C):
   
   • Grund: Hohe Viskosität der Flüssigkeit, die das Fließen erschwert.
   • Maßnahme: Verwenden Sie den serienmäßigen Flüssigkeitsheizer (falls verfügbar) oder lassen Sie das System ohne Last aufwärmen. Erwägen Sie den Austausch der Flüssigkeit durch eine Flüssigkeit mit einem niedrigeren Viskositätsindex oder besseren Tieftemperatureigenschaften gemäß DSTU EN ISO 3448.
3. Wenn die Temperatur zu hoch ist (>70°C):
   
   • Grund: Geringe Viskosität der Flüssigkeit, Gefahr der Bildung von Dampfblasen und Verschlechterung der Schmierung. Überprüfen Sie das Kühlsystem (Kühler, Lüfter).
   • Aktion: Kühlsystemeffizienz wiederherstellen. Wenn sich die Flüssigkeit aufgrund von Überhitzung verschlechtert hat (Laboranalyse), ersetzen Sie sie durch eine neue, die den Anforderungen des Herstellers entspricht. Erwägen Sie die Verwendung einer Flüssigkeit mit höherem Viskositätsindex für Hochtemperaturanwendungen.
4. Inbetriebnahme und Prüfung: Nach der Temperaturstabilisierung und/oder dem Austausch der Flüssigkeit starten Sie das System und prüfen es auf Kavitationssymptome.

9. Vorbeugende Maßnahmen

10. Ersatzteile und Komponenten

Für eine schnelle und effiziente Fehlerbehebung bei Kavitationsproblemen wird empfohlen, die folgenden Ersatzteile immer auf Lager zu haben:

Alle notwendigen Komponenten und Flüssigkeiten können Sie im UNITEC-D-Katalog bestellen: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Links

• DSTU EN ISO 4406: Fluidhydraulik. Kodifizierung des Verschmutzungsgrades durch feste Partikel.
• DSTU EN ISO 4413: Hydrauliksysteme. Allgemeine Sicherheitsregeln und Anforderungen für Systeme und deren Komponenten.
• DSTU EN ISO 3448: Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte. Viskositätsklassifizierung (ISO VG).
• DSTU ISO 6789-1: Montagewerkzeug für Gewindeverbindungen. Manuelles dynamometrisches Werkzeug. Teil 1: Anforderungen und Prüfmethoden für strukturelle Konformität, Konformitätsüberprüfung und Rekalibrierung.
• Betriebs- und Wartungshandbücher von Hydraulikpumpenherstellern (z. B. Bosch Rexroth, Eaton, Parker).
• Interne Handbücher von UNITEC-D: „Grundlagen der Wartung hydraulischer Anlagen“, „Analyse hydraulischer Flüssigkeiten“.