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Schäden an der Hydraulik

01. Wo finden hydraulische Systeme ihre Anwendung?

Hydraulische Anlagen sollten nach DIN EN ISO 4413 ausgeführt sein. Sie sind in der Technik weit verbreitet und finden z. B. Anwendung im

  • Werkzeugmaschinenbau (Pressen, Hobel-/Flachschleifmaschinen)

    • für Vorschubantriebe von Aufbaueinheiten und Automaten

    • für Hilfs- und Spannbewegungen in Vorrichtungen.

  • Anlagenbau

  • Fahrzeugbau:

    • Lenkung

    • Bremsen

    • Spezialausrüstungen.

  • Flugzeugbau:

    • Steuerungssysteme

  • Schiffbau.

02. Was versteht man unter „Hydraulik“?

Hydraulik ist die Übertragung und Steuerung von Bewegungen und Kräften mithilfe von Flüssigkeiten.

Hydraulikanlagen arbeiten nach folgendem Prinzip:

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Beispiel Hydraulikpresse: Für das Verhältnis der Kräfte, Flächen und Wege gilt:

$$\frac{F_{1}}{A_{1}} = \frac{F_{2}}{A2\; }$$

$$\frac{F_{1}}{F_{2}} = \frac{A_{1}}{A_{2}} = \frac{s2\; }{s1}$$

F1, F2Kraft an den Kolben in N
A1, A2Fläche der Kolben in cm2
s1, s2Weg der Kolben in mm

03. Was sind die Vor- und Nachteile von Hydraulikanlagen?

Hydraulikanlagen
VorteileNachteile
  • Erzeugung und Übertragung großer Kräfte bei kleinem Bauvolumen.
  • Gute Steuer- und Regelbarkeit → stoßfreie Richtungsumkehr möglich.
  • Anfahren aus dem Stillstand unter Höchstlast (Hydrozylinder, Hydromotor) möglich.
  • Druck, Kraft, Geschwindigkeit und Drehmoment sind stufenlos regelbar.
  • Hohe Lebensdauer der Hydraulikbauteile durch Selbstschmierung mittels Hydraulikflüssigkeit.
  • Mögliche Umweltverschmutzung bei Leckagen.
  • Regelmäßiger Ölwechsel wegen Verschleiß notwendig.
  • Verletzungsgefahr durch unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit.

04. Wie erfolgt die Energieumwandlung in hydraulischen und pneumatischen Anlagen?

Die Umwandlung kann auf folgende Art erfolgen:

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Die Energie wird mithilfe eines strömenden Fluids (Flüssigkeit oder Gas) übertragen.

05. Wie arbeiten Hydraulikanlagen?

  • Der Energiefluss verläuft in folgenden Abschnitten:

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  • Eine einfache Hydraulikanlage besteht somit aus folgenden Bauteilen:

    1. Das Antriebsaggregat (Hydropumpe) erzeugt einen Volumenstrom (z. B. Zahnradpumpe).

    2. Das Druckbegrenzungsventil regelt den Druck und damit die Kraft z. B. von Arbeitszylindern oder Hydromotoren.

    3. Hydraulikbehälter (Tank) und Filter.

    4. Das Wegeventil steuert die Richtung des Volumenstromes.

    5. Das Sperrventil gibt den Volumenstrom frei bzw. sperrt ihn.

    6. Das Stromventil verändert den Volumenstrom und damit die Geschwindigkeit z. B. von Arbeitszylindern oder verändert die Drehzahl von Hydromotoren.

    7. Hydraulische Arbeitszylinder sowie Hydromotoren wandeln die hydraulische Energie wieder in mechanische Energie um.

06. Welche Anforderungen werden an die Druckflüssigkeit (Hydrauliköl) gestellt?

  • Die Druckflüssigkeit muss den Anforderungen der VDMA 24317 und VDMA 24318 entsprechen.

  • Die Lebensdauer der Hydraulikanlage hängt entscheidend vom Verschmutzungsgrad der Hydraulikflüssigkeit ab. Verunreinigungen, metallischer und nichtmetallischer Abrieb, Luftfeuchtigkeit und Staub sowie Ölalterung führen zu erhöhtem Verschleiß und ggf. zum Ausfall der Hydraulikanlage.

  • Durch den Einsatz von effizienten Filtersystemen werden Schmutzteilchen zurückgehalten und der Verschleiß gemindert.

07. Welche Betriebsflüssigkeiten werden in Hydraulikanlagen verwendet?

Die Wahl des Flüssigkeitstyps hängt von den Anforderungen für den jeweiligen Anwendungsfall ab. Es kommen folgende Flüssigkeiten zum Einsatz:

  • Mineralöle mit Additiven:

    • HLP-Öle, DIN 51524-1;

      mit Wirkstoffen zur Erhöhung des Korrosionsschutzes und der Alterungsbeständigkeit;

    • HL-Öle, DIN 51524-2;

      mit zusätzlichen Wirkstoffen, die den Verschleiß im Mischreibungsbereich mindern; bei Hydropumpen und Hydromotoren mit mehr als 200 bar.

  • Biologisch schnell abbaubare Öle:

    pflanzliche Öle, Raps, synthetische Ester, Polyglykole (entsprechend VDMA 24568).

  • Synthetische Flüssigkeiten.

  • Wasser und Wasser-/Öl-Emulsionen.

08. Welche Aufgaben haben Hydraulikölflüssigkeiten zu erfüllen?

Hydraulikölflüssigkeiten haben die Aufgaben,

  • die Kraftübertragung in hydrostatischen und hydrodynamischen Systemen zu ermöglichen

  • die aufeinander gleitenden Teile zu schmieren

  • die Hydraulikbauteile vor Korrosion, Verschleiß und Ablagerungen/Verklebungen zu schützen

  • durch eine hohe Alterungsstabilität für lange Ölverweilzeiten zu sorgen

  • dichtungsverträglich zu sein

  • das optimale Viskositäts-Temperatur-Verhalten für eine einwandfreie Funktion in kaltem und heißem Zustand zu gewährleisten

  • schädliche Schaumbildungen zu verhindern

  • eine optimale Wärmeabführung zu ermöglichen.

Merke

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Die Einhaltung der vorgeschriebenen Ölwechselfristen laut Betriebsanleitung ist deshalb eine wesentliche Voraussetzung zur Verhinderung von Verschleiß und plötzlichem Funktionsausfall von Hydraulikanlagen.

09. Welche Funktionsstörungen und Ausfälle treten häufig an Hydraulikanlagen auf?

Die größten Störfaktoren im Hydrauliksystem sind verschmutztes Öl und innere und äußere Leckagen sowie Funktionsausfälle durch Verschleiß von Dichtungen und Bauteilen mit hoher Oberflächengüte.

Mögliche Betriebsstörungen der Hydraulikanlage können sein:

  1. Betriebsstörungen an Pumpen:

    • Verschmutztes Öl ist der größte Störfaktor und führt zu erhöhtem Verschleiß, zu inneren und äußeren Ölverlusten und somit zur Verringerung des Pumpenwirkungsgrades.

    • Betriebsstörung durch Kavitation; der Pumpe wird nicht genügend Öl zugeführt; Luftbläschen füllen die Hohlräume in Saugleitung und Pumpe und führen in der Folge zu schweren Pumpenschäden.

  2. Betriebsstörungen an Ventilen:

    Ventile regeln den Druck (Druckventile), steuern die Fließrichtung (Wegeventile) und regeln die Fördermenge (Stromventile) in Hydrauliksystemen. Sie sind Präzisionserzeugnisse und müssen bei der Steuerung des Hydrauliksystems sehr genau arbeiten.

    Funktionsstörungen treten zum Beispiel durch mechanischen Verschleiß, Federbruch, Korrosion, Ablagerungen an den Dichtflächen und beschädigte Dichtelemente auf.

  3. Betriebsstörungen an Arbeitszylindern (Linearmotoren):

    • Defekte Dichtungen von Kolbenstange und Kolben können zu äußeren und inneren Leckagen führen. Die Folgen können Ölaustritt oder bei innerer Leckage eine Minderleistung und Verlangsamung der Kolbenbewegung sein.

    • Als Ursachen kommen vor allem mechanischer Verschleiß, verschmutztes Öl, beschädigte Kolbenstangen und Dichtungen sowie Korrosion infrage.

  4. Weitere mögliche Ursachen für Funktionsausfälle von Hydraulikanlagen sind:

    • Schmutzeintrag während des Instandhaltungsprozesses

    • Luft in der Hydraulikanlage

    • Überschreitung der Ölwechselfristen

    • falsche oder schlechte Ölqualität

    • Verstopfungen der Filter

    • erhöhte Öltemperatur

    • ungeeignete Ersatzteile

    • Ölaustritt an sich lösenden Verschraubungen und Schlauchverbindungen

    • beschädigte Schläuche

    • Störungen in der Reihenfolge oder Richtung der Arbeitsbewegungen (meist fehlerhafte Steuerelemente wie Steuerschieber, Steuermagnete, Druckschalter)

    • Störungen der Geschwindigkeit und Stetigkeit der Arbeitsbewegungen (fehlerhafter Pumpenstrom oder Stromregler).

Durch Hydraulikpläne und Stücklisten werden ölhydraulische Anlagen beschrieben. In der DIN ISO 1219 sind die verwendeten Symbole erläutert.

10. Welche Verunreinigungen können in Hydrauliksystemen auftreten?

Verunreinigungen können von innerhalb und von außerhalb des Hydrauliksystems kommen. Filter sollen Verunreinigungen zurückhalten. Ihre volle Funktion muss immer gewährleistet sein.

  • Luft ist die Hauptursache für Verunreinigungen. Sie enthält Feuchtigkeit und Staub; sie kann über den Ausgleichsbehälter und bei Instandhaltungsarbeiten in die Anlage eindringen.

  • Schmutzeintrag bei Reparaturen und Wartungsarbeiten, z. B. unsaubere Behälter, Trichter oder schmutzige, fusslige Wischtücher.

  • Metallabrieb, Dichtungsteilchen, Farbteilchen können die Hydraulikanlage verunreinigen.

  • Aufgrund chemischer Reaktionen mit Wasser/Luft, unter dem Einfluss von Wärme und Druck, bilden sich Ölschlamm und Säuren, die in der Folge zu Verstopfungen, Korrosionsschäden und Störungen führen.