Ungewöhnliche Pumpengeräusche, schaumiges Hydrauliköl, Druckschwankungen und ruckartige Bewegungen der Stellantriebe sind oft Anzeichen dafür, dass sich im Hydrauliksystem Probleme aufgrund von Lufteinschlüssen entwickeln. Zwei der häufigsten Probleme sind Kavitation und Belüftung.
Auch wenn die Symptome manchmal ähnlich aussehen mögen, handelt es sich bei Kavitation und Belüftung nicht um denselben Fehler.
Kavitation tritt auf, wenn das Hydrauliköl den Pumpeneinlass nicht ausreichend füllen kann, wodurch der lokale Druck so weit absinkt, dass sich Dampfblasen bilden. Wenn diese Blasen in einen Bereich mit höherem Druck gelangen, brechen sie schnell zusammen und können die Oberflächen der Pumpe beschädigen.
Eine Luftanreicherung tritt auf, wenn Außenluft in das Hydrauliköl eindringt und in der Flüssigkeit mitgerissen wird. Die Luft strömt in Form von Blasen durch das System und beeinträchtigt dadurch die Druckstabilität, die Schmierung und das Ansprechverhalten des Stellantriebs.
Es ist wichtig, den jeweiligen Zustand korrekt zu identifizieren, da die Ursachen und Abhilfemaßnahmen unterschiedlich sind.
Kavitation vs. Belüftung in einem Hydrauliksystem
Am einfachsten lässt sich der Unterschied verstehen, wenn man sich ansieht, woher die Blasen kommen.
Bei der Kavitation bilden sich Blasen in der Hydraulikflüssigkeit da der Druck am Pumpeneinlass zu niedrig wird. Das Öl verdampft teilweise und es entstehen Dampfblasen. Diese Blasen brechen zusammen, sobald sie Bereiche mit höherem Druck im Inneren der Pumpe erreichen.
Bei der Belüftung stammen die Blasen aus in den Hydraulikkreislauf eindringende Außenluft, meist über die Saugseite der Pumpe, einen niedrigen Füllstand im Vorratsbehälter oder einen schlecht geregelten Ölrücklauf.
| Zustand | Kavitation | Belüftung |
|---|---|---|
| Blasenquelle | Öldampf aufgrund eines niedrigen Einlassdrucks | In das Hydrauliköl eindringende Außenluft |
| Gemeinsamer Standort | Pumpeneinlass | Ansaugleitung, Vorratsbehälter, Anschlüsse |
| Typischer Klang | Scharfes Klopfen oder ein geräusch, das an Kies erinnert | Quietschende, klappernde oder unregelmäßige Geräusche |
| Aussehen des Öls | Muss nicht immer schaumig aussehen | Oft schaumig oder trüb |
| Hauptrisiko | Erosion der Pumpe und Beschädigungen an der Oberfläche | Mangelhafte Schmierung, instabile Bewegung und Hitze |
Beide Zustände können die Leistung des Hydrauliksystems beeinträchtigen und sollten behoben werden, bevor es zu langfristigen Schäden an den Bauteilen kommt.
Was verursacht Kavitation in Hydrauliksystemen?
Kavitation in einer Hydraulikpumpe tritt in der Regel auf, wenn die Pumpe versucht, mehr Öl anzusaugen, als die Einlassseite liefern kann.
Eingeschränkte Pumpensaugleistung
Ein verstopftes Ansaugsieb, ein zu kleiner Ansaugschlauch, ein eingeklemmter Schlauch oder eine den Durchfluss einschränkende Armatur können den Ölfluss in die Pumpe verringern. Da sich die Pumpe weiterdreht, sinkt der Einlassdruck, und es können sich Kavitationen bilden.
Die Saugleitungen sollten daher so dimensioniert sein, dass sie einen widerstandsarmen Strömungsweg zwischen dem Vorratsbehälter und der Pumpe gewährleisten.
Hydrauliköl mit zu hoher Viskosität
Kaltes Hydrauliköl kann deutlich zähflüssiger als normal werden. Wenn die Pumpe mit hoher Drehzahl anläuft, bevor das Öl eine geeignete Viskosität erreicht hat, kann es sein, dass die Saugleitung nicht schnell genug Flüssigkeit zuführt.
Dies ist ein Grund dafür, dass Hydrauliksysteme, die in kalten Umgebungen betrieben werden, unter Umständen eine geeignete Ölauswahl, Aufwärmverfahren oder andere Maßnahmen zum Temperaturmanagement erfordern.
Niedriger Ölstand im Vorratsbehälter
Ist der Ölstand im Vorratsbehälter zu niedrig, wird der Pumpeneinlass möglicherweise nicht kontinuierlich mit Hydrauliköl versorgt. Dies kann je nach den tatsächlichen Gegebenheiten sowohl zu Kavitation als auch zu Luftblasenbildung führen.
Der Ölstand sollte bei korrekter Zylinderposition überprüft werden, da sich das Ölvolumen im System beim Aus- und Einfahren der Hydraulikzylinder ändern kann.
Zu hohe Pumpendrehzahl
Eine Pumpe, die schneller als vorgesehen läuft, benötigt möglicherweise mehr Zulauf, als der Ansaugkreis bereitstellen kann. Selbst ein richtig dimensionierter Ansaugschlauch kann unzureichend werden, wenn die Pumpendrehzahl deutlich erhöht wird.
Pumpendrehzahl, Fördermenge und Einlassbedingungen sollten daher gemeinsam bewertet werden.
Was verursacht Luftblasenbildung in Hydrauliksystemen?
Es kommt zu einer Porenbildung, wenn Außenluft in die Hydraulikflüssigkeit gesaugt wird.
Eine der häufigsten Ursachen ist ein Leck an der Saugseite der Pumpe. Da die Saugleitung unter Atmosphärendruck arbeitet, kann ein locker sitzender oder beschädigter Schlauch Luft ansaugen, ohne dass Hydrauliköl nach außen austritt. Daher sind Luftlecks auf der Saugseite schwerer zu erkennen als normale äußere Ölleckagen.
Ein zu niedriger Ölstand im Vorratsbehälter kann ebenfalls dazu führen, dass Luft in den Pumpeneinlass gesaugt wird. Zudem kann Rücklauföl, das oberhalb des Flüssigkeitsspiegels oder zu nahe am Pumpeneinlass in den Vorratsbehälter gelangt, Turbulenzen verursachen und dazu führen, dass sich Luft mit dem Hydrauliköl vermischt.
Eine weitere mögliche Ursache ist eine unzureichende Entlüftung des Systems nach Wartungsarbeiten. In Zylindern, Schläuchen oder Verteilerblöcken eingeschlossene Luft kann im Kreislauf verbleiben und zu instabilen Bewegungen führen, bis sie ordnungsgemäß entfernt wird.
Häufige Symptome von Kavitation und Belüftung
Kavitation und Belüftung wirken sich oft zuerst auf die Hydraulikpumpe aus, ihre Auswirkungen können jedoch im gesamten System auftreten.
Eine Hydraulikpumpe, bei der Kavitation auftritt, kann ein scharfes Klopfen, Klappern oder ein kiesartiges Geräusch verursachen. Mit der Zeit kann das Zerplatzen der Dampfblasen zu Erosion an den Metalloberflächen im Inneren der Pumpe führen.
Bei einer Luftansaugung ist häufig ein heulendes oder unregelmäßiges Pumpengeräusch zu hören, und das Öl im Vorratsbehälter erscheint trüb oder schaumig. Da Luft komprimierbar ist, kann sich das Hydrauliksystem zudem weniger reaktionsfreudig anfühlen.
Zu den weiteren Symptomen können Druckschwankungen, eine langsame Reaktion des Stellantriebs, ruckartige Zylinderbewegungen, eine verminderte Hydraulikkraft, eine erhöhte Öltemperatur sowie eine ungleichmäßige Maschinenleistung gehören.
Das Geräusch allein sollte nicht als alleiniges Kriterium zur Identifizierung des Problems herangezogen werden. Pumpenverschleiß, mechanische Schwingungen und die Betätigung des Überdruckventils können ähnliche Geräusche verursachen, daher sollten auch der Ölzustand und die Einlassbedingungen überprüft werden.
So diagnostizieren Sie Kavitation und Belüftung Schritt für Schritt
Eine systematische Überprüfung kann Aufschluss darüber geben, ob im Hydrauliksystem Kavitation, Luftbildung oder ein anderes Problem vorliegt.
Schritt 1: Hydraulikölstand und -aussehen prüfen
Überprüfen Sie zunächst den Ölstand im Vorratsbehälter unter den korrekten Betriebsbedingungen. Ist der Füllstand zu niedrig, stellen Sie fest, ob das System ein äußeres Leck aufweist oder ob der Vorratsbehälter falsch befüllt wurde.
Überprüfen Sie auch das Aussehen des Öls. Anhaltender Schaum oder ein trübes Aussehen können darauf hindeuten, dass Luft in die Flüssigkeit eingedrungen ist.
Schritt 2: Überprüfen Sie die Saugleitung der Pumpe
Überprüfen Sie die gesamte Leitung zwischen dem Vorratsbehälter und der Hydraulikpumpe. Achten Sie auf lose Anschlüsse, rissige Schläuche, beschädigte Dichtungen, eingeklemmte Schläuche oder übermäßige Durchflussbehinderungen.
Achten Sie besonders auf die Anschlüsse auf der Saugseite. Eine Armatur kann Luft ansaugen, ohne dass dabei ein offensichtliches Ölleck zu erkennen ist.
Schritt 3: Filter und Siebe überprüfen
Ein verstopftes Ansaugsieb oder ein stark verschmutzter Filter kann den Durchfluss am Pumpeneinlass einschränken. Überprüfen Sie den Zustand des Filters und vergleichen Sie die angezeigten Druck- oder Unterdruckswerte mit dem vom Hersteller angegebenen zulässigen Betriebsbereich.
Das Auswechseln eines Filters, ohne die Ursache der Verunreinigung zu ermitteln, kann das Problem möglicherweise nur vorübergehend beheben.
Schritt 4: Öltemperatur und Viskosität prüfen
Tritt das Problem vor allem beim Kaltstart auf, ist das Hydrauliköl möglicherweise zu zähflüssig für die Einlassbedingungen der Pumpe. Tritt das Problem nach längerem Betrieb auf, haben möglicherweise zu hohe Temperaturen die Viskosität des Öls und die Leckageeigenschaften des Systems verändert.
Das ausgewählte Hydrauliköl sollte daher für den zu erwartenden Betriebstemperaturbereich geeignet sein.
Schritt 5: Pumpendrehzahl und Systemauslegung prüfen
Stellen Sie sicher, dass die Pumpe innerhalb des empfohlenen Drehzahlbereichs betrieben wird und dass die Saugleitung die richtige Dimensionierung aufweist. Wenn die Pumpe kürzlich durch ein Modell mit größerem Hubraum ersetzt wurde oder mit einer höheren Drehzahl als zuvor läuft, ist der vorhandene Ansaugkreis möglicherweise nicht mehr ausreichend dimensioniert.
Eine hilfreiche Vorgehensweise bei der Fehlersuche ist:
Ölstand → Aussehen des Öls → Saugleitung → Filter → Ölviskosität → Pumpendrehzahl → Systemauslegung
So beugen Sie Kavitation und Belüftung vor
Diesen Problemen vorzubeugen ist in der Regel einfacher, als eine beschädigte Hydraulikpumpe zu reparieren.
Der Saugkreislauf sollte mit einem ausreichenden Schlauchdurchmesser, möglichst wenigen unnötigen Engpässen und ordnungsgemäß abgedichteten Anschlüssen ausgelegt sein. Die Pumpe sollte unter allen normalen Betriebsbedingungen über eine zuverlässige Ölversorgung verfügen.
Auch die Konstruktion des Vorratsbehälters spielt eine Rolle. Das Rücklauföl sollte so in den Tank gelangen, dass Turbulenzen minimiert werden und die mitgeführte Luft genügend Zeit hat, sich abzuscheiden, bevor das Öl wieder den Pumpeneinlass erreicht.
Das Hydrauliköl sollte entsprechend der Betriebstemperatur, den Anforderungen an die Pumpe und den Umgebungsbedingungen der Anlage ausgewählt werden. Filter und Siebe sollten in angemessenen Intervallen gewartet werden, anstatt zuzulassen, dass sie stark verstopfen.
Nach Wartungsarbeiten oder dem Austausch von Bauteilen sollte der Hydraulikkreislauf ebenfalls entsprechend der Systemauslegung ordnungsgemäß befüllt und entlüftet werden.
Häufige Fehler bei der Diagnose von Geräuschen an Hydraulikpumpen
Ein häufiger Fehler ist die Annahme, dass jede laut laufende Hydraulikpumpe Kavitationserscheinungen aufweist. Belüftung, Pumpenverschleiß, Lagerprobleme und mechanische Schwingungen können ähnliche Symptome hervorrufen.
Ein weiterer Fehler besteht darin, die Pumpe auszutauschen, ohne zuvor den Saugkreislauf zu überprüfen. Eine neue Pumpe, die an derselben verstopften oder undichten Saugleitung installiert wird, kann schnell das gleiche Problem entwickeln.
Es ist außerdem wichtig, schäumendes Öl nicht zu ignorieren. Luftverunreinigungen beeinträchtigen die Schmierung und können zu Oxidation, Wärmeentwicklung und einer instabilen Regelung führen, selbst wenn die Maschine noch in Betrieb ist.
Es ist sinnvoller, zunächst den gesamten Zustand des Einlasses und des Vorratsbehälters zu überprüfen, bevor man davon ausgeht, dass die Pumpe selbst ausgefallen ist.
Fazit: Schützen Sie das Hydrauliksystem vor Kavitation und Luftbildung
Kavitation und Belüftung sind beides luftbedingte hydraulische Probleme, entstehen jedoch aus unterschiedlichen Gründen.
Kavitation ist hauptsächlich auf eine unzureichende Ölzufuhr und einen niedrigen Druck am Pumpeneinlass zurückzuführen, während Belüftung tritt auf, wenn Außenluft eindringt und sich mit der Hydraulikflüssigkeit vermischt.
Verstopfte Saugleitungen, verschmutzte Siebe, hohe Ölviskosität, ein niedriger Ölstand im Vorratsbehälter und eine zu hohe Pumpendrehzahl können zur Kavitation beitragen. Lose Sauganschlüsse, beschädigte Schläuche, eine ungeeignete Auslegung des Vorratsbehälters und unvollständige Entlüftung sind häufige Ursachen für Luftansammlungen.
Wenn Symptome wie Pumpengeräusche, schaumiges Öl, Druckschwankungen oder ruckartige Bewegungen des Stellantriebs auftreten, sollte das Hydrauliksystem systematisch überprüft werden, anstatt die Pumpe sofort auszutauschen.
Eine korrekte Auslegung des Ansaugsystems, geeignetes Hydrauliköl, angemessene Bedingungen im Vorratsbehälter und regelmäßige Wartung können das Risiko sowohl von Kavitation als auch von Luftblasenbildung erheblich verringern.
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