Ein gewisser Temperaturanstieg ist normal, wenn ein hydraulisches System betrieben wird.
Hydraulikpumpen, Regelventile, Rohre, Schläuche und Aktuatoren erzeugen Reibung, interne Leckagen und Druckverluste, während sie Druck und Durchfluss übertragen. Ein Teil der von dem Elektromotor oder Motor gelieferten Leistung wird daher in Wärme umgewandelt.
Die eigentliche Sorge ist, ob das System mehr Wärme erzeugt, als das Reservoir, die Rohrleitungen und der Kühler abführen können.
Wenn die Wärmeentwicklung höher bleibt als die Wärmeabfuhr, steigt die Temperatur des Hydrauliköls weiter an. Die Maschine kann dann Hochtemperaturewarnungen, langsamere Bewegungen, verringerte Effizienz, instabilen Druck, beschleunigte Ölalterung oder eine automatische Abschaltung erleben.
Die meisten Überhitzungsprobleme in hydraulischen Systemen können in drei Kategorien unterteilt werden:
- Übermäßige Wärmeentwicklung im System
- Unzureichende Wärmeabfuhr
- Falsche Auswahl des Hydrauliköls oder schlechte Ölqualität
Zu verstehen, welche Kategorie verantwortlich ist, ist der erste Schritt zu einer effektiven Lösung.
Das Überdruckventil arbeitet ständig
Ein Druckentlastungsventil ist eine der häufigsten Quellen für Wärme in einem hydraulischen System.
Wenn der Systemdruck den Druckeinstellwert des Druckentlastungsventils erreicht, fließt der überschüssige Pumpenstrom von der Hochdruckseite zurück zum Reservoir. Der große Druckabfall über dem Ventil wandelt hydraulische Energie in Wärme um.
Unter normalen Bedingungen sollte das Druckentlastungsventil hauptsächlich das System vor übermäßigem Druck schützen. Es sollte nicht kontinuierlich den gesamten Pumpenstrom regeln oder entlasten.
Kontinuierlicher Entlastungsfluss kann auftreten, wenn:
- Der Zylinder das Ende seines Hubes erreicht, während die Pumpe weiterhin Öl liefert.
- Die Last die Systemkapazität überschreitet.
- Der Entlastungsdruck zu niedrig eingestellt ist.
- Das Ventilsteuerteil kontaminiert, abgenutzt oder nicht mehr vollständig schließt.
- Ein Feststoffpumpensystem kein effektives Entlastungssystem hat.
- Der Bediener das Steuerventil zu lange in einer Betriebsposition hält.
Wenn das Druckentlastungsventil und der nahegelegene Rücklauf erheblich heißer sind als der Rest des Systems, sollte der kontinuierliche Entlastungsfluss untersucht werden.
Übermäßiges Drosseln erzeugt Wärme
Hydraulische Systeme regeln häufig die Antriebsgeschwindigkeit über Drosselventile, Durchflussregelventile, Proportionalventile oder kleine Steuerbohrungen.
Wann immer Öl durch eine eingeschränkte Öffnung fließt, geht Druck verloren. Wenn der Fluss hoch ist, die Ventilöffnung klein ist oder der Druckunterschied groß ist, wird ein erheblicher Teil der hydraulischen Energie in Wärme umgewandelt.
Wenn die Pumpe beispielsweise viel mehr Fördermenge liefert, als der Antrieb benötigt, muss der überschüssige Fluss durch ein Drosselventil oder Druckentlastungsventil fließen. Die Antriebsgeschwindigkeit kann geregelt werden, aber die Gesamteffizienz des Systems wird schlecht.
Häufige Ursachen sind:
- Eine überdimensionierte hydraulische Pumpe.
- Ein zu stark geschlossenes Durchflussregelventil.
- Ein Proportionalventil, das großen Fluss durch eine kleine Öffnung reguliert.
- Mehrere Ventileinschränkungen, die in Serie wirken.
- Mangel an einer variablen Verdrängungspumpe oder einem lastensensierenden Regelungssystem.
Wenn ein Ventilblock viel heißer als die umgebenden Komponenten ist, kann er einen kontinuierlichen Drosselpunkt enthalten.
Interne Leckagen in Pumpen und Ventilen
Hydraulikpumpen und Regelventile enthalten kontrollierte interne Spalte.
Wenn Komponenten abnutzen oder das Hydrauliköl bei hohen Temperaturen dünnflüssiger wird, kann mehr Öl intern von Hochdruckbereichen zu Niederdruckbereichen entweichen.
Die Pumpe kann weiterhin Motor- oder Motorleistung verbrauchen, während sie weniger effektiven Förderstrom erzeugt. Die verlorene Energie wird in Wärme innerhalb der Pumpe oder des Ventils umgewandelt.
Typische Symptome sind:
- Normale Funktion bei Kälte, aber langsamere Bewegung bei Hitze
- Abnorm hoch temperatur des Pumpengehäuses oder des Ventilblocks
- Schlechte Druckhaltungsleistung
- Schwache Aktuatorbewegung trotz kontinuierlichem Pumpenbetrieb
- Tatsächlicher Pumpenoutput unter dem erwarteten Durchfluss
Wenn der Pumpenfluss signifikant abnimmt, nachdem das System aufgeheizt ist, sollten Pumpeneffizienz und Ventilleckage überprüft werden.
Übermäßiger Druckabfall in Rohren und Rückdruck
Hydrauliköl erfährt Widerstand, während es durch Rohre, Schläuche, Armaturen, Filter, Schnellkupplungen, Ventile und Kühler fließt.
Wenn eine Leitung zu klein, zu lang, stark gebogen oder teilweise blockiert ist, muss die Pumpe zusätzlichen Druck erzeugen, um den erforderlichen Durchfluss aufrechtzuerhalten. Dieser zusätzliche Druckverlust wird zu Wärme.
Problembereiche können umfassen:
- Unzureichend dimensionierte Druck- oder Rücklaufleitungen
- Lange oder stark gebogene Schläuche
- Schnellkupplungen mit unzureichender Durchflusskapazität
- Blockierte oder überlastete Filter
- Kühler mit übermäßigem Strömungswiderstand
- Abgeflachte oder intern beschädigte Schläuche
- Einschränkende Armaturen oder Adapter
Hoher Rücklaufdruck kann auch den Widerstand von Aktuatoren erhöhen und den Betrieb von Hydraulikmotoren, Ventilen und Zylindern beeinträchtigen.
Der Rückdruck und der Differenzdruck am Filter sollten unter dem tatsächlichen Arbeitsfluss der Maschine gemessen werden.
Hohe Zyklusfrequenz oder kontinuierlicher Hochdruckbetrieb
Je häufiger ein Hydrauliksystem betrieben wird, desto mehr hydraulische Energie überträgt es pro Zeiteinheit.
Die folgenden Betriebsbedingungen können dazu führen, dass die Öltemperatur kontinuierlich ansteigt:
- Häufige Zylinderausdehnungen und -rückzüge
- Mehrere Aktuatoren, die gleichzeitig betrieben werden
- Lange Druckhaltedauern
- Ständige Maschinenbetriebszeiten
- Häufige Beschleunigungen und Verzögerungen
- Zyklusfrequenzen, die höher sind als die ursprünglich festgelegten Anforderungen
- Erhöhte Aktuatorgeschwindigkeit ohne Upgrade des Kühlsystems
Einige Hydrauliksysteme bleiben während eines kurzen Tests kühl, überhitzen jedoch nach kontinuierlichem Betrieb.
Dies bedeutet in der Regel, dass das System die momentanen Druck- und Durchflussanforderungen erfüllen kann, aber das langfristige thermische Gleichgewicht nicht ausreicht.
Größe oder Design des Reservoirs ist unzureichend
Ein Hydraulikbehälter dient nicht nur zur Öllagerung. Er hilft auch, Wärme abzuführen, Luft zu trennen, Verunreinigungen zu sedimentieren und stabile Pumpensaugbedingungen bereitzustellen.
Wenn der Behälter zu klein ist, zirkuliert das Öl zu schnell und bleibt nicht lange genug im Behälter, um Wärme oder eingeschlossene Luft abzugeben.
Ein schlechtes internes Design kann es ebenfalls ermöglichen, dass heißes Rücklauföl direkt zum Pumpensaugbereich strömt.
Häufige Probleme mit Behältern sind:
- Unzureichendes effektives Ölvolumen
- Rücklauf- und Sauganschlüsse zu nah beieinander positioniert
- Schlecht gestaltete interne Trennwände
- Niedriger Ölstand
- Installation in der Nähe eines Motors oder einer externen Wärmequelle
- Staub oder Öl, die die Behälteroberfläche abdecken
Allein das Hinzufügen von mehr Öl löst möglicherweise nicht das Problem. Der Rückflussweg, die Saugkonfiguration, die Lufttrennung und die Belüftung des Behälters sollten ebenfalls überprüft werden.
Kühlkapazität ist unzureichend
Wenn die natürliche Wärmeableitung vom Behälter und der Rohrleitung nicht ausreicht, benötigt das System einen luft- oder wassergekühlten Wärmeübertrager.
Im Sommer wird der Temperaturunterschied zwischen dem Öl und der umgebenden Luft kleiner, was die Leistung des Luftkühlers verringert.
Die Kühlleistung kann auch aus folgenden Gründen abnehmen:
- Ein zu kleiner Ölkühler
- Staub oder Öl, die die Kühlrippen blockieren
- Falsche Lüfterdrehung
- Unzureichender Luftstrom
- Fehler im Ventilatorenmotor oder Temperaturregler
- Schlechte Belüftung um den Kühler
- Heiße Abluft, die zum Kühler-Einlass zurückkehrt
- Kalkablagerungen in einem wassergekühlten Wärmeübertrager
- Hohe Kühlwassertemperatur oder unzureichender Wasserfluss
Ein Kühler kann nur Wärme abführen, die bereits erzeugt wurde.
Wenn das System kontinuierlichen Entlastungsfluss, schwere interne Leckagen oder übermäßige Drosselung enthält, kann die Installation eines größeren Kühlers die Temperatur senken, aber das zugrunde liegende Effizienzproblem nicht beheben.
Hydrauliköl ist falsch oder verschlechtert
Sowohl übermäßig hohe als auch übermäßig niedrige Ölviskosität können zur Überhitzung beitragen.
Öl, das zu dick ist, erzeugt zusätzlichen Widerstand in Saugleitungen, Filtern, Ventilen und Rücklaufrohren. Öl, das zu dünn ist, erhöht die interne Leckage in Pumpen, Ventilen, Motoren und Zylindern.
Häufige ölbezogene Probleme sind:
- Falsche Viskositätsklasse für die Umgebungstemperatur
- Mischung verschiedener Hydrauliköltypen oder -klassen
- Oxidiertes oder gealtertes Öl
- Wasser-, Kraftstoff- oder chemische Verunreinigung
- Ein ungeeigneter Viskositätsindex für große Temperaturänderungen
- Schlechte Filtration oder übermäßige Partikelverunreinigung
Das Hydrauliköl sollte entsprechend dem Pumpentyp, der erwarteten Betriebstemperatur, den Umgebungsbedingungen, dem Arbeitsdruck und den Empfehlungen des Geräteherstellers ausgewählt werden.
Das Öl sollte nicht nur saisonal gewechselt werden, ohne die vollständigen Systemanforderungen zu berücksichtigen.
Äußere Wärmequellen beeinflussen das System
Hohe Umgebungstemperaturen verringern die Fähigkeit des Reservoirs und des Kühlers, Wärme abzugeben.
Die tatsächliche Temperatur rund um das hydraulische System kann viel höher sein als die Außentemperatur, wenn die Ausrüstung in einem geschlossenen Raum oder in der Nähe einer Wärmequelle installiert ist.
Häufige externe Wärmequellen sind:
- Motoren und Auspuffrohre
- Öfen und Heizgeräte
- Heiße Materialien oder Produktionsprozesse
- Direktes Sonnenlicht
- Eingeschlossene heiße Luft in geschlossener Maschine
- Heiße Luft, die aus dem Kühler abgegeben wird
Mögliche Lösungen umfassen die Verbesserung der Belüftung, die Installation von Wärmeschutzschilden, die Verlagerung von Komponenten, das Hinzufügen von Isolierung oder das Neugestalten des Luftstromwegs.
Wie man die Hauptwärmequelle identifiziert
Eine praktische Untersuchung der Überhitzung sollte Temperatur, Druck, Durchfluss und Maschinenleistung vergleichen.
Temperatur
Messen Sie die Temperaturen im Reservoir, Gehäuse der Pumpe, Ventilblock, Druckleitung, Rücklaufleitung sowie am Kühler-Ein- und -Auslass. Ein lokaler Hotspot weist oft auf interne Leckagen, Drosselung oder übermäßigen Druckverlust hin.
Druck
Überprüfen Sie den Pumpenausgangsdruck, den tatsächlichen Lastdruck, den Rücklaufleitungsdruck und den Differenzdruck des Filters. Dies kann kontinuierliche Reliefströme, übermäßige Drosselung, hohen Rückdruck oder Blockierungen aufdecken.
Strömung
Messen Sie den tatsächlichen Pumpenausstoß und vergleichen Sie Kalt- und Warmdurchflussraten. Eine signifikante Reduzierung nach dem Aufheizen kann auf Pumpenverschleiß oder Ventilleckage hindeuten.
Leistung
Vergleichen Sie die Aktuatorgeschwindigkeit, die Zykluszeit, die Druckhaltefähigkeit, den Geräuschpegel und den Motorstrom vor und nach dem Aufheizen des Öls.
Wenn der Pumpendruck viel höher ist als der Druck, der von der Last benötigt wird, überprüfen Sie die Drosselung, den Gegendruck und Verluste durch Entlastungsventile.
Wenn Durchfluss, Geschwindigkeit oder Halteleistung nach dem Aufheizen abfallen, überprüfen Sie die Ölviskosität, die Pumpeneffizienz und interne Leckagen in den Ventilen und Aktuatoren.
Schlussfolgerung
Eine Überhitzung des hydraulischen Systems wird selten durch ein einzelnes Bauteil verursacht.
Ein kontinuierlicher Entlastungsfluss, übermäßige Drosselung, Pumpen- und Ventilleckagen, einschränkende Rohrleitungen, hoher Rückdruck und unzureichende Reservoirkapazität, schlechte Kühlleistung und verschlechtertes Hydrauliköl können alle übermäßige Wärme erzeugen oder halten.
Hohe Sommertemperaturen verringern die Wärmeabfuhr weiter, wodurch Systeme, die bereits nahe an ihren Entwurfslimits arbeiten, eher überhitzen.
Die richtige Lösung besteht nicht einfach darin, die Reservoirtemperatur zu überwachen oder einen größeren Kühler zu installieren.
Eine effektive Fehlersuche sollte zunächst feststellen, wo Wärme erzeugt wird, bestimmen, warum sie nicht abgeleitet werden kann, und Druck, Durchfluss und Aktuatorleistung unter kalten und warmen Betriebsbedingungen vergleichen.
Sobald die Hauptwärmequelle identifiziert wurde, können die Pumpe, die Ventile, die Rohrleitungen, das Reservoir, das Hydrauliköl und das Kühlsystem optimiert werden, um die Betriebstemperatur zu senken und die langfristige Zuverlässigkeit zu verbessern.
AiSoar Hydraulics bietet hydraulische Energieeinheiten, Ventilblöcke, hydraulische Zylinder und umfassende Dienstleistungen zur Planung und Optimierung hydraulischer Systeme für mobile und industrielle Ausrüstungen an.
Für die technische Bewertung können die Kunden das hydraulische Schema, den Arbeitsdruck, den Pumpendurchfluss, die Motorleistung, die Reservoirkapazität, den Betriebszyklus, die Umgebungstemperatur, die normale Öltemperatur, die maximale Öltemperatur und eine Beschreibung der Überhitzungssymptome bereitstellen.
