Ein ungewöhnlicher Schadensfall an einer Reinstwasserpumpe zeigt, warum bei anspruchsvollen Pumpenanwendungen einzelne Komponenten nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Nach diagnostizierten Lagerschäden infolge von Funkenerosion wurden die Motorlager durch elektrisch isolierende Hybridlager ersetzt. Wenige Wochen später trat erneut eine starke Leckage an der Gleitringdichtung auf. Die anschließende Ursachenanalyse führte zu einer komplexeren Fragestellung rund um Reinstwasser, elektrische Ableitpfade, Lagerströme und tribologische Prozesse.
Ausgangssituation: Geräusche und Leckage an einer Reinstwasserpumpe
PAS wurde zu einer Reinstwasserpumpe in der Halbleiterindustrie gerufen. Das Aggregat verursachte auffällige Geräusche und zeigte eine Undichtigkeit.
Um nicht lediglich die sichtbaren Symptome zu behandeln, wurde zunächst der Zustand des Aggregates mittels Schwingungsdiagnose untersucht. Die Messungen bestätigten den Verdacht auf Schäden an den Wälzlagern des Motors. Das Schadensbild deutete auf Funkenerosion durch elektrische Lagerströme hin.
Bei der anschließenden Instandsetzung zeigte sich eine weitere Besonderheit: Am Motor war zuvor nur ein Lager elektrisch isoliert ausgeführt, während auf der anderen Seite ein Standardlager eingesetzt war.
Schadensanalyse statt reiner Bauteiltausch: Auffälligkeiten an Motorlager und Gleitringdichtung führten bei einer Reinstwasserpumpe zu einer weitergehenden Untersuchung der elektrischen und tribologischen Zusammenhänge.
Lösung: Einsatz elektrisch isolierender Hybridlager
Auf Grundlage des festgestellten Schadensbildes wurden beide Motorlager gegen Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern ausgetauscht.
Der Vorteil dieser Lagerbauart liegt in ihrer hohen elektrischen Isolation. Elektrische Ströme können dadurch nicht ohne Weiteres über Innenring, Wälzkörper und Außenring durch das Lager fließen. Das Risiko erneuter funkenerosiver Schäden an den Lagerlaufbahnen wird damit erheblich reduziert.
Mechanisch war der festgestellte Lagerschaden damit behoben.
Doch rund zwei Monate später zeigte sich ein neues beziehungsweise bereits aus der Vergangenheit bekanntes Problem: Die Pumpe wurde erneut an der Gleitringdichtung stark undicht.
Auffällige Schäden an den Gleitflächen
Bei der Untersuchung der Gleitringdichtung wurden an den SiC-Gleitflächen deutliche punktuelle Materialausbrüche festgestellt.
Besonders interessant wurde der Fall durch den Vergleich mit der zuvor eingesetzten baugleichen Gleitringdichtung. Auch an deren Gleitfläche waren bereits vergleichbare Schädigungen vorhanden.
Damit stellte sich die Frage, ob Lager- und Dichtungsschaden möglicherweise nicht zwei vollständig voneinander unabhängige Ereignisse sind.
Detailaufnahme der beschädigten SiC-Gleitfläche
Reinstwasser verändert die Randbedingungen
Das geförderte Reinstwasser besitzt eine extrem geringe elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,1 µS/cm.
Bei derart anspruchsvollen Medien können neben den rein mechanischen Belastungen weitere Einflüsse relevant werden. Dazu gehören unter anderem tribologische und elektrochemische Prozesse, elektrische Ladungen sowie die vorhandenen Erdungs- und Ableitpfade des gesamten Aggregates.
Durch den Einbau der stark elektrisch isolierenden Hybridlager wurde gleichzeitig eine elektrische Eigenschaft des Gesamtsystems verändert: Ein zuvor grundsätzlich möglicher Ableitpfad über die Motorlager wurde unterbrochen.
Ob diese Veränderung den bereits vorher vorhandenen Schädigungsmechanismus an der Gleitringdichtung beeinflusst oder beschleunigt hat, lässt sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht abschließend belegen. Die Fragestellung wird deshalb gemeinsam mit dem Dichtungshersteller weiter untersucht.
Die entscheidende Erkenntnis für die Instandhaltung
Der Fall zeigt sehr deutlich, warum eine nachhaltige Ursachenanalyse über den Austausch des unmittelbar geschädigten Bauteils hinausgehen muss.
Bei Pumpenanlagen mit Frequenzumrichterbetrieb und hochreinen beziehungsweise schlecht leitfähigen Medien sollten unter anderem Motorlager, Pumpenlager, Kupplung, Gleitringdichtung, Werkstoffpaarungen, Erdung und mögliche elektrische Ableitpfade als Gesamtsystem betrachtet werden.
Ein diagnostizierter Wälzlagerschaden ist dann möglicherweise nur ein sichtbares Symptom eines komplexeren Zusammenhangs.
Für PAS bedeutet Zustandsdiagnose deshalb nicht nur festzustellen, welches Bauteil geschädigt ist. Entscheidend ist die zweite Frage:
Warum ist dieser Schaden entstanden und welche Wechselwirkungen innerhalb des gesamten Aggregates müssen berücksichtigt werden?
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