EN
Ein Hydrauliksystem kommt nicht ohne Kernkomponenten wie Hydraulikpumpen, Hydraulikventile, Hydromotoren und Hydraulikzylinder aus. Man könnte fragen: Da Wasser allgegenwärtig und kostengünstig ist, könnten wir Wasser stattdessen direkt anstelle von Hydrauliköl verwenden?
Die Antwort lautet: Theoretisch ist ein Betrieb möglich, doch die Folgen sind nicht ideal. Es ist vergleichbar damit, einen gewöhnlichen Fahrrad zu nutzen, um einen Lastwagen zu ziehen: Einige Male lässt sich bewegen, doch Leistung und Lebensdauer dürfen nicht erwartet werden. Im Folgenden betrachten wir die Gründe aus fünf Aspekten.
1. Unzureichende Schmierung
Prinzip: Hydrauliköl bildet einen stabilen Ölfilm auf der Metalloberfläche (Flüssigkeitschmierung / elastohydrodynamische Schmierung), wodurch der direkte Metall-Metall-Kontakt in eine "Öl-Öl"-Scherung umgewandelt wird und Verschleiß sowie Wärmeentwicklung stark reduziert werden. Wasser bildet kaum einen Film, und seine Grenzschmierfähigkeit ist nahezu null.
Referenzskala: Dynamische Viskosität von Wasser bei 20 ° C ≈ 1 MPa · s; Die dynamische Viskosität von ISO-VG-32-Hydrauliköl bei 40 ° °C beträgt etwa 25–30 mPa · s (leicht variierend je nach Dichte). Wasser ist 20–30-mal dünner als handelsübliches Hydrauliköl.
Problembehaftete Bereiche:
Abrieb, Verklemmung und Festfressen an der Seitenplatte bzw. Zahnfläche von Zahnradpumpen;
Kratzspuren und Blaufärbung an der Reibfläche zwischen den Schaufelspitzen einer Flügelzellenpumpe und dem feststehenden Ring;
Trockenreibung an der Paarungsfläche zwischen Kolbenpumpenkolben und Zylinderbohrung sowie an der Gleitsohle der schrägen Scheibe;
Der geringe Spalt zwischen Ventilkern und Ventilgehäuse (in der Größenordnung weniger Mikrometer) kann nach Verlust der Schmierung „ausfransen“ und verklemmen.
Beispiel
Testbetrieb einer 25-MPa-Niederstrom-Plungerpumpe mit sauberem Wasser: Selbst ohne Last kann es innerhalb weniger Minuten bis Stunden zu einem raschen Temperaturanstieg und lauten, ungewöhnlichen Geräuschen kommen; Bei der Inspektion stellte sich heraus, dass die Gleitschuh-Oberfläche zerkratzt war und die Plunger-Endfläche schwarze und bläuliche Verfärbungen aufwies.
Verliert die Schaufelpumpe den Ölfilm, so tritt nach einigen Betriebsstunden ein scharfes Pfeifen sowie ein Druck auf, der den Nennwert nicht erreicht. Nach dem Zerlegen sind deutliche „Rillen“ an den Kanten der Schaufeln erkennbar.
2. Korrosionsprobleme
Prinzip: Wasser enthält gelösten Sauerstoff und Elektrolyte, die elektrochemische Korrosion begünstigen; Gleichzeitig fördert es Lochfraß und Spaltkorrosion. Wasser kann zudem gängige Dichtungs- bzw. Elastomermaterialien (wie NBR, PU usw.) zur Wasseraufnahme und Quellung veranlassen und dadurch die Alterung beschleunigen.
Anfällig für Probleme: Lochfraß an der Anpressfläche von Ventilkern und Ventilgehäuse → haften und Kriechen; Die verchromte Schicht auf der Kolbenstange des Ölzylinders ist korrodiert, und die Dichtlippe ist scharf geworden; Korrosion an der Seitenplatte und der Innenwand des Zahnradpumpengehäuses → abrasive Partikel gelangen in den Kreislauf; Das Dichtelement (NBR/PU) nimmt Wasser auf, verliert an Härte und erfährt Größenänderungen, was zu einer erhöhten Leckage führt. Beispiel: Wird bei Außengeräten nach einem Wassereinbruch das Wasser nicht rechtzeitig abgelassen und getrocknet, kann sich innerhalb von drei bis fünf Tagen oberflächlicher Rost am Ventilkern bilden, was sich in verzögerter Reaktion und Ruckeln beim Start äußert. Bei einigen Spritzgießmaschinen wird versehentlich Kühlwasser in den hydraulischen Kreislauf eingeleitet, wodurch innerhalb weniger Tage Roststellen im Zylinderrohr entstehen; anschließend führt die Lochkorrosion zu Kratzern an der Dichtlippe und zu einem starken Anstieg der Ölleckage.
3. Kavitationsrisiko
Prinzip: Wasser hat einen niedrigen Siedepunkt und einen hohen Dampfdruck. Sobald der lokale Druck am Pumpeneinlass unter den Dampfdruck von Wasser fällt, verdampft es zu Blasen; diese kollabieren sofort im Hochdruckbereich, wodurch Mikrostrahlen und Stoßwellen entstehen, die wie beim Sandstrahlen Mulden (Kavitationsstellen) erzeugen. Referenzwert: Der Dampfdruck von Wasser bei 60 ° °C beträgt etwa 20 kPa, deutlich höher als der Dampfdruck von Hydrauliköl; daher tritt Kavitation unter denselben Ansaugbedingungen eher auf. Gefährdete Bereiche: Zahnspitzenbereich der Zahnradpumpe – Einlassbereich der Seitenplatte, Einlasskammer der Schaufelpumpe, Saugfenster der Kolbenpumpe in der Verteilerplatte; lokale Niederdruckbereiche an Drosselstellen und scharfen Kanten.
Beispiel
Eine Zahnradpumpe mit einem Förderstrom von 30 L/min erzeugt bei Betrieb mit Wasser bei 1500 min⁻¹ und bei Verwendung einer langen Saugleitung/eines feinen Filterelements ein „Schmirgelpapiergeräusch“ bzw. ein Brummgeräusch. Nach wenigen Tagen weist die Seitenplatte Lochfraß und halbmondförmige Vertiefungen auf, und der volumetrische Wirkungsgrad sinkt von 90 % auf 60–70 %.
Die kleine Öffnung des Ventils reduziert den Durchfluss des wässrigen Mediums. Unter Hochtemperaturbedingungen treten häufig nadelförmige Lochfraßstellen am Ventilkern und am Ventilsitz auf, was zu einer erhöhten inneren Undichtigkeit und zu Geräuschen führt.
4. Prinzip der unzureichenden Viskosität: Die Abdichtung und Undichtigkeitskontrolle hydraulischer Systeme beruht stark auf der Viskosität des Mediums. Vereinfacht ausgedrückt ist die laminare Undichtigkeitsströmung Q_{Leck} in der Spaltbreite annähernd proportional zu 1/μ μ 1/μ μ (bei festgelegter Geometrie und festem Druckunterschied). Wenn das Medium von 30 mPa·s auf 1 mPa·s gewechselt wird, kann die theoretische Undichtigkeit um das Mehrfache steigen. · s auf 1 mPa · s, kann die theoretische Undichtigkeit um das Mehrfache steigen.
5. Temperatur-Empfindlichkeits-Prinzip: Wenn Wasser bei 0 °C gefriert ° C expandiert sein Volumen um ca. 9 %, was zu Rissen an dünnwandigen Teilen/Rohrleitungen führt; Bei hohen Temperaturen verstärkt sich die Verdampfung und der Dampfdruck steigt, was zu häufigerem Kavitationsauftreten und Druckschwankungen führt. Hydrauliköl ist mit einem Viskositäts-Temperatur-Verbesserer und einem Antioxidans ausgestattet und weist einen breiten Einsatztemperaturbereich auf.
Auswirkungen vor Ort: Niedrige Temperatur: Einfrieren → pumpensaugseite/Gehäuseriss; Die Auswirkung ist zum Zeitpunkt des Anfahrens besonders stark und führt dazu, dass die Dichtlippe „aufgerissen“ wird; Hohe Temperatur: Häufige Kavitation und Kavitation am Pumpeneinlass; Druckschwankungen und Geräuschpegel steigen an, was zu schnellen Schwankungen der Stellglieder führt.
Beispiel
Die Außenausrüstung im Norden war über Nacht unter Null Grad Celsius, wodurch das Restwasser in der Rohrleitung gefror. Am nächsten Tag traten beim Anfahren des Zahnradpumpengehäuses feine Risse auf;
Am metallurgischen Stranggussplatz in einer Umgebung von 60–70 °C ° C: Die Prüfschaltung mit Wasser als Medium weist bei hohen Temperaturen häufig Pumpenendgeräusche und Druckabfälle auf. Erst nach dem Wechsel zurück auf Wasser-Ethylenglykol stabilisierte sich die Schaltung kaum.
Unmittelbare Folge: deutliche Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrads (besonders ausgeprägt bei höheren Drücken); langsames Druckaufbauverhalten und Lastkriechen; Die innere Leckage des Ventilkerns nimmt zu, was zu einer Differenz im statischen Systemdruck und einer Erhöhung der Wärmeentwicklung führt. Beispiel: Bei Verwendung von Wasser als Medium kann eine Zahnradpumpe mit einem Nenndruck von 20 MPa im unbelasteten Zustand noch drehen, erreicht jedoch unter einer Last von 8–10 MPa keinen höheren Druck; Nach Austausch der gleichen Pumpe gegen VG46-Öl kann der Druck wieder auf 18–20 MPa gesteigert werden. Komponenten wie Servoproportionalventile, die äußerst empfindlich auf kleine Spalte reagieren, zeigen bei Verwendung eines niedrigviskosen Mediums erhebliche Nullstellenleckage und -drift, wodurch die Stabilisierung der Positionsregelschleife erschwert wird.
Aufgrund der von mir dargestellten Standpunkte sind Hydromotoren nach wie vor besser mit Hydrauliköl kompatibel.
Es ist jedoch zu beachten, dass es in der Industrie wässrige Hydraulikflüssigkeiten (HFA/HFB/HFC, beispielsweise Wasser-Ethylenglykol) gibt, sowie Pumpen-/Ventil-/Dichtungs- und Materialsysteme, die speziell für diese entwickelt wurden (Edelstahl/Nickelplattierung, Keramik, EPDM/PTFE usw.). Dies gehört jedoch der Spezialgebiet der Systemtechnik an, und es reicht nicht aus, das bestehende Ölsystem einfach durch Wasser zu ersetzen.