Kavitation in hydraulischen Systemen: Zerstörung von Innen
Die Kavitation ist nach der Verunreinigung des Öls eine der häufigsten Ursachen für Schäden in hydraulischen Systemen. Sie entsteht, wenn hydraulische Baugruppen nicht optimal aufeinander abgestimmt sind oder die Grenzwerte von Modulen nicht beachtet werden.Was ist Kavitation?
Im Wort "Kavitation" steckt "Kaverne" oder "Kavität", was so viel wie "Hohlraum" bedeutet. Unter Kavitation bezeichnet man die spontane Bildung von Hohlräumen in dem hydraulischen Medium. Diese Hohlräume treten blasenförmig auf. Da diese Blasen in ihrem Inneren ein Vakuum besitzen, kollabieren sie sofort wieder. Dabei werden schlagartig große Kräfte frei, die sich in Form von Schockwellen rund um die kollabierende Blase ausbreiten. Diese Schockwellen sind die Ursache für die zerstörerische Wirkung der Kavitation.
Ursachen von Kavitation
Die Hydraulik ist die Lehre von der Übertragung von Kräften durch eine Flüssigkeit. Für den optimalen Betrieb des hydraulischen Systems darf die Leitung der Flüssigkeit an keiner Stelle unterbrochen sein. Die Grundlage der Hydraulik ist die Inkompressibilität von Flüssigkeiten. Damit die Flüssigkeit, in der Regel Hydrauliköl, auch stets blasenfrei bleibt, braucht sie möglichst sanfte, strömungsoptimierte Übergänge. Dort, wo das fließende Medium mit zu hohem Druck an nicht strömungsoptimierten Übergängen vorbei fließt, kann es zu einer Kavitationsbildung kommen: Der Flüssigkeitsstrom reißt auf und Blasen bilden sich, die sofort wieder kollabieren. Von der Kavitationsbildung sind Propeller, Düsen, Blenden und Pumpen besonders betroffen.
Folgen der Kavitation
Eine Kavitation hat zwei unmittelbare und eine mittelbare Folge. Diese sind
- Geräuschbildung an der Stelle der Kavitätsbildung
- Veränderung des Fließverhaltens des Mediums, beispielsweise oszillierender Druck
- Zerstörung an den Bauelementen oder der Leitung
Die ständig entstehenden und kollabierenden Blasen erzeugen permanente Knallgeräusche. In der Praxis wird dies als "prasselndes Rauschen" wahrgenommen. Dieses Geräusch ist gut lokalisierbar. Die Blasenbildung verändert das Fließverhalten, indem sie die Inkompressibiltät des Mediums herab setzt. Der Druck wird im Hydrauliköl nicht mehr zuverlässig und gleichmäßig übertragen. Diese Druckschwankungen können an Ventilen und Sensoren Fehlfunktionen auslösen. Wesentlich gravierender ist jedoch die Erosion, die von den Druckwellen der kollabierenden Blasen ausgeht. Diese können die inneren Bauteile so stark schädigen, dass es zum Ausfall der gesamten Anlage führt.
Gegenmaßnahmen zur Kavitationsbildung
Hydraulische Systeme stehen unter einem hohen Arbeitsdruck. Um diesen aufrecht zu erhalten, sind leistungsstarke Pumpen mit ebenso starken Antrieben erforderlich. Die eingesetzten Motoren sind ihrerseits meistens so laut, dass eine Kavitationsbildung nicht sofort bemerkt wird. Um auch in lauten Umgebungen eine Kaviationsbildung schnellstmöglich zu bemerken, hat die Industrie spezielle Kaviations-Sensoren entwickelt. Diese bestehen aus einem Schall- und einem Schwingungssensor. Der Sensor lässt sich über eine moderne Steuerungstechnik auch gut mit einem Regelsystem verbinden. So kann beispielsweise die Pumpleistung bei einer Kavitationsbildung herab gefahren werden, um Folgeschäden schnellstmöglich zu vermeiden.
Hydrauliksysteme erfordern eine leistungsstarke Filtration und einen regelmäßigen Wechsel des Öls. Es ist empfehlenswert, bei jedem Wechsel eine Probe zur Analyse zu geben. Je nachdem, welche Partikel sich im Öl befinden, kann damit ebenfalls auf eine Kavitationsbildung geschlossen werden.
Grundsätzlich bedeutet die Bildung einer Kavitation aber immer, dass ein System falsch ausgelegt oder außerhalb seiner technischen Parameter betrieben wurde. Sollte sich die Kavitationsproblematik nicht durch Einstellarbeiten lösen lassen, muss das System ganz oder teilweise überarbeitet werden.