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Warum vibriert die Hydraulikpumpe heftig?
Starke Vibrationen von Hydraulikpumpen in Hydrauliksystemen sind ein häufiges und dennoch herausforderndes Problem bei der Wartung von Anlagen. Diese starken Vibrationen verursachen nicht nur lästige Geräusche, sondern beschleunigen auch den Verschleiß von Bauteilen, führen zu Lockerungen oder sogar Rissen an Rohrverbindungen und können im Extremfall Ausfälle von Hydraulikkomponenten verursachen, wodurch die Produktionssicherheit und -effizienz beeinträchtigt werden. Pumpenvibrationen sind auf Baustellen keine Seltenheit, und ihre negativen Auswirkungen sollten nicht unterschätzt werden. Daher ist es für Ingenieure von Hydrauliksystemen und Wartungspersonal besonders wichtig, die Ursachen starker Pumpenvibrationen zu verstehen und diese umgehend zu beheben. Im Folgenden analysieren wir die Gründe für starke Pumpenvibrationen aus technisch-prinzipieller Sicht unter Einbeziehung der praktischen Anwendung von Zahnrad-, Flügel- und Kolbenpumpen.
- Luftansaugung und Kavitationserscheinung
Wenn Luft in ein Hydrauliksystem gelangt, nimmt die Inkompressibilität des Hydrauliköls ab, wodurch häufig Kavitation entsteht und während des Betriebs der Hydraulikpumpe unregelmäßige, intensive Vibrationen verursacht werden. Kavitation bezeichnet das schnelle Zusammenbrechen von im Öl gebildeten Blasen, wenn diese in einen Hochdruckbereich gelangen, wodurch lokalisierte Stöße entstehen. Kavitation führt nicht nur dazu, dass die Pumpe laute Geräusche erzeugt, sondern verursacht auch eine Erosion der Metalloberflächen, die schwammartige Vertiefungen hinterlässt, was Vibrationen und Schäden an der Ausrüstung weiter verschärft. Die Eintrittspfade für Luft umfassen: Leckagen in der Saugölleitung, niedrigen Ölstand im Hydrauliköltank, das Ende der Rücklaufölleitung, das nicht unter der Öloberfläche steht, sowie eine schlechte Abdichtung des Pumpengehäuses. Wenn die Flachheit des Gehäuses oder der Endabdeckung einer Zahnradpumpe unzureichend ist oder die Öldichtung altert, wird während des Betriebs Luft angesaugt. Flügelzellenpumpen benötigen im Vergleich zu Zahnradpumpen (insbesondere kleine Verdrängerpumpen) aufgrund ihrer geringeren Selbstansaugfähigkeit besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich einer reibungslosen Ölanbindung und intakter Dichtung. Kolbenpumpen sind ebenfalls empfindlich gegenüber Luftansaugung auf der Saugseite unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen; sobald Luft eindringt und zu einer Unterbrechung der Ölzufuhr führt, kann dies zu schweren kavitierenden Stößen und Vibrationen führen. Daher ist es entscheidend, eine gute Dichtigkeit und den korrekten Ölstand im Hydrauliksystem sicherzustellen. Falls Kavitation vermutet wird, kann dies anhand von Geräusch und Druckmessgerät beurteilt werden: Zeigt der Druckmesser ungewöhnlich starke Ausschläge, begleitet von einem "schrägenden" Geräusch, deutet dies oft auf Kavitation infolge schlechter Ölanbindung hin, und der Saugstutzen der Pumpe sowie der Filter sollten sofort auf Verstopfung oder Luftleckage überprüft werden.
- Schwierigkeiten bei der Öladsorption und ungeeignete Arbeitsbedingungen.
Unzulässige Betriebsbedingungen von Hydraulikpumpen können ebenfalls zu starkem Schütteln führen, wobei zwei häufige Situationen auftreten: Die Pumpe kann nicht genügend Öl aufnehmen oder arbeitet im Überlastbetrieb. Wenn die Drehzahl der Hydraulikpumpe zu hoch ist, kann der Ölaufnahmeprozess möglicherweise nicht mit dem Ölabgaberhythmus mithalten, was zu unzureichender Ölaufnahme führt, eine Teilvakuumbildung am Pumpeneinlass verursacht und mit Druckschwankungen einhergeht, was letztendlich zu starkem Pumpenschütteln führt. Einfach ausgedrückt: Wenn sich die Pumpe zu schnell dreht, aber kein Öl nachliefern kann, läuft sie leer und verursacht Vibrationen. Dies gilt insbesondere für Zahnradpumpen: Bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird der dazwischen liegende Zahnkammerdichtungsraum wiederholt schnellen Druckanstiegen und plötzlichen Vakuumzuständen ausgesetzt, was starke Vibrationen und Geräusche verursacht. Aus diesem Grund werden an der Konstruktion von Zahnradpumpen üblicherweise Entlastungsnuten eingefräst, um den durch eingeschlossenes Getriebeöl verursachten Stoß abzumildern. Ein weiterer Fall ist der Überlastbetrieb des Hydrauliksystems, bei dem die Pumpe über längere Zeit hinweg über der konstruktiv vorgesehenen Druck- oder Durchflussleistung betrieben wird, was zu abnormalen Belastungen der internen Bauteile führt und eine Gesamtvibration der Maschine verursacht. Wenn sich eine Kolbenpumpe unter hohem Druck und hohem Durchfluss schnell ändert, kann es bei unzureichender Saugleistung ebenfalls zu einer transienten „Flüssigkeitssäulentrennung“ kommen, die schwere stoßartige Vibrationen verursacht. Außerdem können Temperatur- und Viskositätsänderungen des Hydrauliköls die Ölaufnahmeeigenschaften beeinträchtigen: Hohe Ölviskosität bei tiefen Temperaturen erhöht den Ölaufnahmewiderstand, wodurch es für die Pumpe schwierig wird, rechtzeitig genügend Öl anzusaugen; ist das Öl bei hohen Temperaturen zu dünnflüssig, kann dies zur Versprühung (vorzeitige Verdampfung des Öls) führen. All dies erschwert die Ölaufnahme durch die Pumpe und führt zu Vibrationen. In der Praxis sollte vermieden werden, dass Pumpen über längere Zeiträume hinaus über ihrer Nenndrehzahl oder -last betrieben werden. Falls erforderlich, kann die Drehzahl gesenkt oder die Ölzufuhr umgeleitet werden, und die Temperatur des Hydrauliköls sollte angemessen gehalten werden. Bei Flügelzellen- und Kolbenpumpensystemen werden manchmal Hilfspumpen oder Druckspeicher installiert, um den Ölaufnahmebedarf der Pumpe beim Hochfrequenzbetrieb sicherzustellen und Schütteln aufgrund unzureichender Ölzufuhr zu verhindern.
- Ölviskosität und Verschmutzungsfaktoren.
Eine zu hohe oder zu niedrige Viskosität des Hydrauliköls kann eine unerwünschte Vibration beim Betrieb der Hydraulikpumpe verursachen. Wenn die Viskosität zu hoch ist (z. B. beim Start bei tiefen Temperaturen oder durch Verwendung eines Öls mit hohem Viskositätsgrad), steigt der Strömungswiderstand des Öls, und das Ansaugen am Pumpeneinlass verläuft nicht reibungslos, was zu einem lokalen Vakuum führen kann, das Kavitation und Vibrationen verursacht. Umgekehrt kann eine niedrige Viskosität (z. B. bei hoher Öltemperatur oder durch Verwendung eines zu dünnflüssigen Öls) dazu führen, dass der Schmierölfilm dünner wird, die innere Reibung in der Pumpe zunimmt und eine schlechte Schmierung der Bauteile vorliegt, was zu Verschleiß und abnormalen Vibrationen führt. Daher sollte je nach Arbeitsumgebung der Anlage ein Hydrauliköl mit geeignetem Viskositätsgrad ausgewählt werden, und es ist sicherzustellen, dass die Systemtemperatur im normalen Bereich bleibt. Außerdem ist die Sauberkeit des Öls entscheidend für einen störungsfreien Pumpenbetrieb. Verunreinigungen können den Pumpenverschleiß verstärken und sogar zur Blockade beweglicher Teile führen, was Vibrationen und Geräusche verursacht. Der Nutenpumpen hat aufgrund seiner geringen Passsitzspiele eine besondere Empfindlichkeit gegenüber Ölverunreinigungen; Sobald Verunreinigungen die Bewegung der Nuten behindern, führt dies zu instabilen Ausgangsdrücken und Vibrationen. Falls Partikel wie Eisenfeilspäne in die Zahnradpumpe gelangen, können sie Kratzer an den Zahnflanken verursachen, exzentrischen Zahnradverschleiß hervorrufen und während des Betriebs geräuschvolle, zahnstockartige Vibrationen erzeugen. Die Kolbenpumpe stellt die höchsten Anforderungen an die Ölreinheit, wobei bereits kleinste Partikel den Verschleiß von Kolben und Zylinderbohrung beschleunigen und Druckpulsationen sowie Vibrationsstörungen verursachen können. Die Gewährleistung einer sauberen Hydraulikölqualität reduziert solche Risiken erheblich. Die regelmäßige Ersetzung von Filtereinsätzen sowie die Überwachung der Ölqualität, um Viskositätsverschlechterung und übermäßige Verschmutzung zu verhindern, gehören zu den täglichen Aufgaben des Wartungspersonals.
- Mechanische Installation und strukturelle Probleme:
Die Montage und internen strukturellen Faktoren von Hydraulikpumpen können ebenfalls starke Vibrationen verursachen. Erstens: unsachgemäße Installation. Wenn die Antriebswelle der Hydraulikpumpe nicht mit der Motorachse ausgerichtet ist oder die Kupplung schlecht montiert wurde, entstehen während des Pumpenbetriebs zusätzliche mechanische Spannungen und exzentrische Kräfte, was zu starken Rahmenerschütterungen führt. Zahlreiche Praxisfälle haben gezeigt, dass bereits eine geringfügige Achsverschiebung dazu führen kann, dass die Pumpe bei Hochgeschwindigkeitsdrehung wackelt, was zu vorzeitigem Verschleiß der Dichtungen und Lager führt. Bei korrekter Montage sollte eine Kupplung verwendet werden, um die Achse auszurichten, und die Pumpenhalterung festgezogen werden. Gegebenenfalls sollten Schwingungsdämpfermatten hinzugefügt werden. Zweitens kann die Herstellung oder Abnutzung interner Bauteile der Pumpe die Ursache für Vibrationen sein. Beispielsweise können bei Zahnradpumpen ungenaue Verzahnung, geringer Zahnspielausgleich oder Lagerabnutzung das Betriebsgleichgewicht stören und erhebliche Vibrationen sowie Geräusche verursachen. Die Zahnradpumpe weist von sich aus einen inhärenten Nachteil durch radiale Ungleichkraft auf, wodurch Wechsellasten an den Lagern und am Gehäuse entstehen, wobei bei ungeeigneter Konstruktion und Montage eine erhöhte Neigung zu Erschütterungen besteht. Ist bei einer Flügelzellenpumpe die Innenfläche des Stators lokal abgenutzt oder zeigen die Flügel ungenügende Elastizität, so kann dies zu einer unausgeglichenen Belastung der Flügel führen und während der Rotation Vibrationen verursachen. Eine Kolbenpumpe enthält mehrere schnell hin- und herbewegte Komponenten. Gibt es einzelne verschlissene oder lose Kolben oder Gleitschuhe, kann dies zu Schlägen und Strömungspulsationen führen, sichtbar als Gesamtvibration. Außerdem können lose Befestigungsschrauben der Pumpe und Leitungen sowie eine unzureichende Steifigkeit der Fundamentstützen feine Vibrationen im Normalbetrieb verstärken und so mit bloßem Auge sichtbare „starke Erschütterungen“ verursachen. Daher sollten bei der Wartung der Anlage Zustand der Kupplungen, Verbindungselemente und inneren Pumpenteile überprüft und defekte Bauteile umgehend korrigiert oder ersetzt werden.
Vorschlag des Ingenieurs
Bezüglich des Problems starker Vibrationen von Hydraulikpumpen geben Ingenieure die folgenden Vorschläge zur Referenz weiter:
Rechtzeitige Überprüfung auf Kavitation und Luftleckagen: Bei ungewöhnlichen Geräuschen oder starken Schwankungen der Druckmessanzeige sollte zunächst geprüft werden, ob das Saugfilterelement verstopft ist, ob die Dichtung der Saugrohrverbindung intakt ist, ob der Ölstand im Tank niedrig ist und ob das Rücklaufrohr unter den Ölspiegel eingetaucht ist. Die Beseitigung von Luftansaugungsproblemen kann Vibrationen der Hydraulikpumpe wirksam reduzieren. Gegebenenfalls ist ein ausreichender Öldruck am Pumpeneingang sicherzustellen (z. B. durch Einbau einer Förderpumpe oder Erhöhung der Höhe des Öltanks), um Kavitation zu vermeiden.
Betriebsparameter angemessen steuern: Die Nenndrehzahl und Druckvorgaben der Hydraulikpumpe einhalten und langfristigen Betrieb mit Überdrehzahl und Überlast vermeiden. Bei Pumpen mit begrenzter Selbstansaugleistung, wie Zahnradpumpen, sollte die Maschine bei tiefen Temperaturen durch Leerlaufbetrieb vorgewärmt werden, um die Viskosität des Öls zu verringern, bevor der Volllastbetrieb aufgenommen wird, um Vibrationen infolge erschwerter Ölanbindung zu verhindern. In einem Mehrpumpensystem kann ein paralleler Akkumulator in Betracht gezogen werden, um Druckpulsationen zu stabilisieren und die Auswirkungen schneller Bewegungen auf die Pumpe zu reduzieren.
Wählen Sie das geeignete Öl und führen Sie regelmäßige Wartungsarbeiten durch: Verwenden Sie Hydrauliköl mit der entsprechenden Viskositätsklasse gemäß der Umgebungstemperatur, um zu vermeiden, dass das Öl zu viskos oder zu dünn ist, was die Saugleistung und Schmierung der Pumpe beeinträchtigen könnte. Ersetzen oder filtern Sie das Öl regelmäßig, um seine Sauberkeit zu gewährleisten. Bei Geräten mit Flügelzellenpumpen und Kolbenpumpen sollte insbesondere der Plan für die Ölfiltration und -wechsel strikt eingehalten werden, um zu verhindern, dass Verunreinigungen eindringen und Vibrationsschäden verursachen.
Überprüfen Sie die Installation und den Zustand der Komponenten: Stellen Sie sicher, dass die Wellen der Hydraulikpumpe und des Hydromotors gut ausgerichtet sind, dass die Kupplungsinstallation den Anforderungen entspricht und dass die Fundamentbolzen der Pumpe sowie die Rohrleitungshalterungen regelmäßig nachgezogen werden. Falls im Inneren der Pumpe ungewöhnlicher Verschleiß oder lose Teile festgestellt werden, sind diese umgehend zu reparieren oder auszutauschen. Bei Zahnradpumpen kann der Verschleiß von Zahnrädern und Lagern überprüft werden; bei Flügelzellenpumpen ist zu prüfen, ob Flügel und Stator korrekt sitzen; bei Kolbenpumpen ist besonders auf den Verschleiß von Kolben, Gleitschuhen und Schrägscheibe zu achten. Die Fehlersuche an der Anlage sollte schrittweise von außen nach innen und von einfach nach schwierig erfolgen, um Probleme frühzeitig zu erkennen und sie bereits im Vorfeld zu verhindern.
Aus der obigen Analyse geht hervor, dass das Phänomen „warum Hydraulikpumpen heftig vibrieren“ kein unlösbares Rätsel ist. Kavitation, Probleme bei der Ölaufnahme, ungeeignete Betriebsbedingungen, Ölprobleme sowie mechanische Installationsfaktoren sind häufige Ursachen. Für Fachkräfte in der Hydraulikbranche ist es notwendig, diese Prinzipien zu beherrschen und vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, um Lärm und Vibrationen von Zahnradpumpen wirksam zu reduzieren, die Lebensdauer der Ausrüstung zu verlängern und einen stabilen sowie effizienten Betrieb hydraulischer Systeme sicherzustellen. Wenn eine ungewöhnliche Vibration an der Hydraulikpumpe auftritt, empfiehlt es sich, die oben genannten Punkte zur Fehlerdiagnose durchzugehen. Wir sind überzeugt, dass dies Ihnen helfen wird, die Ursache schnell zu identifizieren, gezielt gegenzusteuern und das Problem zu lösen.