Leitfaden zum Testen von Hydraulikpumpen und zu Vickers-Hydrauliksystemen

Das Testen von Hydraulikpumpen ist die zuverlässigste Methode zur Diagnose von Systemleistungsverlusten

Ein Hydrauliksystem, das an Leistung verloren hat, langsam reagiert oder übermäßige Wärme erzeugt, leidet fast immer unter internem Pumpenverschleiß oder mechanischem Versagen – und die einzige Möglichkeit, dies mit Sicherheit zu bestätigen, sind systematische Pumpentests. Ein volumetrischer Wirkungsgrad von unter 85 % bei einer Pumpe, die bei 90–95 % arbeiten sollte, ist ein klarer Indikator dafür, dass eine Sanierung oder ein Austausch erforderlich ist , unabhängig davon, wie neu das Gerät äußerlich erscheint. Schätzungen anhand der Symptome verschwenden Zeit und führen zu unnötigem Austausch von Teilen.

Vickers-Hydraulikpumpen – mittlerweile Teil des Portfolios der Eaton Corporation – sind seit Jahrzehnten ein Maßstab für industrielle und mobile Hydrauliksysteme. Ihre Kolben-, Flügelzellen- und Zahnradpumpenkonstruktionen gehören zu den am häufigsten getesteten und dokumentierten in der Praxis und sind daher ein idealer Bezugspunkt für das Verständnis der Diagnose von Hydraulikpumpen im Allgemeinen. Dieser Leitfaden behandelt die Testmethodik, wichtige Kennzahlen, Vickers-spezifische Überlegungen und die genaue Interpretation der Ergebnisse.

Kernmetriken beim Testen von Hydraulikpumpen

Bei effektiven Pumpentests werden drei voneinander abhängige Leistungsparameter gemessen. Die isolierte Beurteilung einzelner Faktoren führt zu einem unvollständigen und möglicherweise irreführenden Bild des Pumpenzustands.

Volumetrischer Wirkungsgrad

Der volumetrische Wirkungsgrad (Ev) vergleicht den tatsächlichen Ausgangsstrom mit dem theoretischen Verdrängungsstrom bei einer bestimmten Geschwindigkeit. Es wird wie folgt berechnet:

Ev = (tatsächlicher Durchflussausgang ÷ theoretischer Durchfluss) × 100 %

Eine neue Vickers-Flügelzellenpumpe arbeitet normalerweise bei 92–96 % volumetrischer Wirkungsgrad bei Nenndruck. Wenn Ev unter 85 % fällt, ist die interne Leckage – durch verschlissene Flügelspitzen, Seitenplatten oder Anschlussplatten – so groß, dass sie zu einer Verschlechterung der Systemleistung führt. Unter 80 % ist die Pumpe bei den meisten industriellen Anwendungen praktisch am Ende ihrer Lebensdauer angelangt.

Gesamteffizienz

Der Gesamtwirkungsgrad berücksichtigt sowohl Volumenverluste als auch mechanische Verluste (Reibung innerhalb der Pumpe). Es ist das Produkt aus volumetrischem Wirkungsgrad und mechanischem Wirkungsgrad. Gesunde Industriepumpen sollten einen Gesamtwirkungsgrad zwischen 85 und 92 % aufweisen. . Eine Pumpe mit guter volumetrischer Effizienz, aber schlechter mechanischer Effizienz weist typischerweise Lagerverschleiß, Fehlausrichtung oder Wellendichtungswiderstand auf, der die Anforderungen an das Eingangsdrehmoment erhöht.

Gehäuseentleerungsdurchflussrate

Bei Kolbenpumpen und Konstruktionen mit variabler Verdrängung – einschließlich der Serien PVB und PVH von Vickers – ist der Leckflüssigkeitsfluss ein wichtiger Diagnoseindikator. Der normale Leckflüssigkeitsdurchfluss beträgt typischerweise 1–3 % der Nennleistung der Pumpe . Wenn der Gehäuseabflussstrom 10 % der Nennleistung übersteigt, hat der innere Verschleiß ein Ausmaß erreicht, das sofortige Aufmerksamkeit erfordert. Für die Messung des Gehäuseabflussdurchflusses ist ein spezieller Durchflussmesser erforderlich, der in die Abflussleitung eingebaut ist – er kann nicht allein anhand des Systemverhaltens abgeschätzt werden.

Standardverfahren zum Testen von Hydraulikpumpen

Pumpentests können im System (bei installierter Pumpe) oder nach dem Ausbau auf einem speziellen Prüfstand durchgeführt werden. Prüfstandstests liefern genauere und reproduzierbarere Daten, während systeminterne Tests schneller sind und keinen Ausbau der Pumpe erfordern. Beide Ansätze folgen den gleichen Messprinzipien.

Durchfluss- und Druckprüfung im System

1. Installieren Sie einen Durchflussmesser und ein Manometer in der Pumpenausgangsleitung, hinter der Pumpe, aber vor dem Wegeventil. Verwenden Sie ein T-Stück, das für den maximalen Betriebsdruck des Systems ausgelegt ist.
2. Erwärmen Sie das System auf normale Betriebstemperatur – typischerweise 120–140 °F (49–60 °C) für die meisten Mineralöl-Hydrauliksysteme. Kalttests erzeugen aufgrund der erhöhten Flüssigkeitsviskosität künstlich hohe Durchflusswerte; Ergebnisse unter 100 °F sind für Effizienzberechnungen nicht zuverlässig.
3. Zeichnen Sie den Grunddurchfluss (ohne Last) auf bei minimalem Systemdruck, wobei sich das System auf Betriebstemperatur befindet. Dadurch wird die Freiflusskapazität der Pumpe festgelegt.
4. Kontrollierten Lastdruck aufbringen Verwenden Sie ein Durchflussregelventil oder ein Lastventil nachgeschaltet und erhöhen Sie den Druck schrittweise (z. B. in Schritten von 500 psi) bis zum Nennarbeitsdruck. Zeichnen Sie den Durchfluss bei jeder Druckstufe auf.
5. Berechnen Sie den volumetrischen Wirkungsgrad bei Nenndruck unter Verwendung der obigen Formel unter Bezugnahme auf die Verdrängungsspezifikation der Pumpe aus dem Datenblatt des Herstellers.
6. Messen Sie den Leckflüssigkeitsfluss separat, wenn es sich bei der Pumpe um eine Kolbenpumpe oder eine Pumpe mit variabler Verdrängung handelt. Einen Durchflussmesser in die Abflussleitung einbauen und den Durchfluss bei Nennbetriebsdruck aufzeichnen.

Prüfprotokoll

Beim Prüfstandstest läuft die Pumpe auf einem speziellen Prüfstand mit Antriebsmotor, Flüssigkeitsbehälter, Wärmetauscher und kalibrierter Durchfluss- und Druckinstrumentierung. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung von Geschwindigkeit, Temperatur und Last – wodurch die bei systeminternen Tests auftretenden Variablen eliminiert werden. ISO 4409 ist der internationale Standard für die Methodik zur Leistungsprüfung von Hydraulikpumpen und -motoren und spezifiziert Messgenauigkeitsanforderungen, Testflüssigkeitseigenschaften und Berichtsformate. Die Werksabnahmetests von Vickers/Eaton folgen diesem Standard, und auch unabhängige Testeinrichtungen sollten dies tun.

Wichtige Prüfstandparameter, die mindestens aufgezeichnet werden müssen:

• Eingangswellendrehzahl (U/min) – gemessen mit einem Drehzahlmesser oder Encoder
• Einlassdruck (Saugdruck) – muss über dem Flüssigkeitsdampfdruck bleiben, um Kavitation zu verhindern
• Ausgangsdruck an mehreren Lastpunkten
• Ausgangsdurchfluss bei jeder Druckstufe
• Eingangsdrehmoment oder Stromverbrauch
• Flüssigkeitstemperatur am Einlass und Auslass
• Leckflüssigkeitsfluss (für anwendbare Pumpentypen)
• Geräuschpegel in dB(A) bei Nenngeschwindigkeit und Nenndruck

Vickers-Hydraulikpumpenserie: Wichtige Spezifikationen und Testreferenzen

Vickers (Eaton Vickers) stellt mehrere unterschiedliche Pumpenfamilien her, jede mit unterschiedlicher Innengeometrie, Leistungsmerkmalen und Testüberlegungen. Um die richtigen Testparameter anzuwenden und die Ergebnisse anhand der richtigen Spezifikationen zu interpretieren, müssen Sie wissen, mit welcher Serie Sie arbeiten.

Testen von Vickers-Verstellpumpen: Zusätzliche Prüfungen

Modelle mit variabler Verdrängung (PVB, PVH) erfordern über die Durchfluss- und Effizienzmessung hinaus zusätzliche Funktionstests. Der Druckkompensator – der die Verdrängung reduziert, um einen eingestellten Druck aufrechtzuerhalten – muss überprüft werden, um richtig zu reagieren und den Sollwert stabil zu halten. Das Totband des Kompensators sollte bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Pumpe der PVH-Serie ±75 psi (5 bar) vom Sollwert nicht überschreiten . Eine träge oder oszillierende Reaktion des Kompensators weist auf verschlissene Spulendichtungen, Federermüdung oder verschmutzte Steuerkanäle hin.

Testergebnisse interpretieren: Was die Zahlen in der Praxis bedeuten

Rohe Testdaten werden nur dann verwertbar, wenn sie anhand definierter Akzeptanzkriterien interpretiert werden. Die folgenden Referenzbereiche gelten im Großen und Ganzen für gut gewartete Hydraulikpumpengruppen und stimmen mit den Servicedokumentationsrichtlinien von Vickers/Eaton überein.

Häufige Fehlermodi, die beim Testen von Hydraulikpumpen gefunden werden

Tests bestätigen selten nur, dass eine Pumpe gut oder schlecht ist – sie weisen auch auf bestimmte Fehlermechanismen hin. Das Erkennen dieser Muster verkürzt die Diagnosezeit und leitet Reparaturentscheidungen.

Kavitation

Kavitation occurs when fluid pressure at the pump inlet drops below the fluid's vapor pressure, causing vapor bubbles to form and then collapse violently as pressure recovers. Testing signatures include elevated noise (a characteristic grinding or rattling sound), erratic flow readings, and rapid performance degradation. Ein Einlassvakuum über 5 in Hg (17 kPa absolut) stellt für die meisten Vickers-Pumpenkonstruktionen einen primären Kavitationsrisikogrenzwert dar. Zu den Grundursachen gehören verstopfte Saugsiebe, zu kleine Saugleitungen oder Flüssigkeit mit übermäßig gelöster Luft.

Interner Verschleiß (Flügel- und Anschlussplattenerosion)

Bei Vickers-Flügelzellenpumpen verschleißen die Flügelspitzen und die Nockenringoberfläche mit der Zeit. Tests zeigen einen fortschreitenden volumetrischen Effizienzverlust, der sich mit steigendem Druck verschlimmert – eine flache Effizienzkurve, die oberhalb des mittleren Druckbereichs steil abfällt, ist charakteristisch für den Verschleiß der Schaufelspitzen. Der Verschleiß der Anschlussplatte bei Kolbenpumpen zeigt ein ähnliches Muster. Beide Bedingungen werden durch Demontage und direkte Messung der Spiele anhand der Herstellertoleranzen bestätigt.

Kontaminationsbedingte Schäden

Verantwortlich dafür ist die Partikelverschmutzung über 70 % der Ausfälle hydraulischer Komponenten laut Branchenstudien. Abrasiver Verschleiß durch Partikel im Bereich von 5–15 Mikrometern – für das bloße Auge unsichtbar – beschleunigt das Spielwachstum in der gesamten Pumpe. Tests zeigen, dass dies einen allgemeinen Effizienzverlust in Kombination mit einem zunehmenden Leckflüssigkeitsfluss zur Folge hat. Bei Verdacht auf Kontamination sollte die Ölanalyse (Partikelzählung gemäß ISO 4406) immer mit der Pumpenprüfung einhergehen. Vickers-Spezifikationen für die meisten Pumpenserien erfordern ISO 4406-Reinheitsgrad 16/14/11 oder besser für eine zuverlässige Lebensdauer.

Wellendichtungs- und Lagerschaden

Ein Ausfall der Wellendichtung wird bei Tests häufig durch externe Leckage am Wellenaustrittspunkt in Kombination mit einem erhöhten Gehäuseabfluss festgestellt. Ein Lagerschaden führt zu einem erhöhten Eingangsdrehmoment (verringerter mechanischer Wirkungsgrad) und oft zu einem deutlichen niederfrequenten Rumpeln, das sich vom höheren Kavitationsgeräusch unterscheidet. Lagerausfälle bei Vickers-Kolbenpumpen sind häufig auf eine Fehlausrichtung zwischen Pumpe und Antriebsmotor zurückzuführen – ein Ausrichtungsfehler von mehr als 0,003 Zoll TIR (Total Indicator Runout) verkürzt die Lagerlebensdauer erheblich.

Best Practices für die Wartung von Vickers-Hydraulikpumpen zwischen Tests

Tests identifizieren Probleme; Vorbeugende Wartung reduziert ihre Häufigkeit. Die folgenden Praktiken basieren auf den Servicerichtlinien von Eaton Vickers und den etablierten Wartungsstandards für Hydrauliksysteme.

• Halten Sie die Flüssigkeitsreinheit auf oder über der angegebenen ISO-Reinheitsklasse der Pumpe. Für Pumpen der PVH-Serie, die mit hohem Druck betrieben werden, bedeutet dies ISO 16/14/11 oder besser. Verwenden Sie bei anspruchsvollen Anwendungen zwischen den Schichten eine Nierenschleifenfiltration.
• Wechseln Sie die Hydraulikflüssigkeit je nach Zustand, nicht nur nach Zeitplan. Verwenden Sie regelmäßige Ölanalysen, um Viskosität, Oxidation und Partikelanzahl zu überwachen. Flüssigkeit, die optisch sauber erscheint, kann im Bereich von 5–25 Mikron stark verunreinigt sein, was den größten Pumpenschaden verursacht.
• Überprüfen und reinigen Sie die Saugsiebe bei jedem Flüssigkeitswechsel. Ein teilweise verstopfter Filter ist eine der häufigsten Ursachen für durch Kavitation verursachte Pumpenausfälle – und eine der am einfachsten zu verhindernden.
• Überprüfen Sie die Wellenausrichtung jedes Mal, wenn die Pumpe entfernt und wieder eingebaut wird. Verwenden Sie eine Messuhr, um zu bestätigen, dass TIR innerhalb der Spezifikation liegt. Flexible Kupplungen gleichen geringfügige Fehlausrichtungen aus, ersetzen jedoch nicht die korrekte Installation.
• Starten Sie eine Vickers-Kolbenpumpe niemals trocken. Füllen Sie das Gehäuse vor der Erstinbetriebnahme oder nach Wartungsarbeiten, bei denen das Pumpengehäuse entleert wurde, über den Gehäuseablassanschluss mit sauberer Hydraulikflüssigkeit. Der Trockenlauf einer Kolbenpumpe führt bereits kurzzeitig zu sofortigen Lager- und Ventilplattenschäden.
• Trendtestergebnisse im Laufe der Zeit, anstatt jeden Test einzeln auszuwerten. Eine Pumpe mit einem volumetrischen Wirkungsgrad von 91 % ist gesund – lag sie jedoch vor sechs Monaten bei 95 % und heute bei 91 %, muss der Abwärtstrend untersucht werden, bevor er die Aktionsschwelle überschreitet.

Wann sollte eine Vickers-Hydraulikpumpe umgebaut oder ausgetauscht werden?

Testergebnisse, die unter akzeptable Schwellenwerte fallen, stellen eine Entscheidung zwischen Neuaufbau und Austausch dar. Bei Vickers-Pumpen begünstigen die wirtschaftlichen Gesichtspunkte im Allgemeinen den Umbau durch größere, teurere Einheiten und den Ersatz durch kleinere Modelle mit fester Verdrängung.

• Der Wiederaufbau ist in der Regel kostengünstig für Verstellpumpen der Serien PVH und PVB von Vickers, bei denen ein vom Werk genehmigter Umbau 30–60 % des Neupreises kostet und die Pumpe bei korrekter Durchführung wieder auf die werkseitigen Leistungsspezifikationen zurückgesetzt wird.
• Ersetzen ist praktischer für Flügelzellenpumpen der Serien V und VQ mit kleineren Verdrängungen, bei denen die Neukosten relativ niedrig sind und die Arbeitskosten für den Wiederaufbau nahe beieinander liegen oder die Wiederbeschaffungskosten übersteigen.
• Unabhängig von der Entscheidung zum Umbau oder Austausch: Beheben Sie immer die beim Testen identifizierte Grundursache bevor Sie eine Pumpe wieder einbauen. Eine umgebaute oder neue Pumpe, die in ein System mit verunreinigter Flüssigkeit, einem verstopften Sieb oder einem falsch ausgerichteten Antrieb eingebaut wird, fällt im gleichen Zeitrahmen aus wie die Einheit, die sie ersetzt hat.