Pump Cavitation: What It Is and How to Avoid It

06.08.2025

Was kommt da für ein Geräusch aus Ihrer Pumpe? Wenn es eher klingt, als würde Kies durch Rohre transportiert werden, statt einer Flüssigkeit, könnte die Ursache Pumpenkavitation sein. Was genau ist Pumpenkavitation und warum ist sie für Pumpen und ihre Komponenten so schädlich? Wir erläutern dieses häufige, aber schädliche Phänomen und zeigen, was Sie tun können, um es zu verhindern, bevor Ihr System Schaden nimmt.

Was ist Pumpenkavitation und wodurch wird sie verursacht?

Pumpenkavitation tritt auf, wenn der Druck in der Pumpe unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt, wodurch diese verdampft und Blasen bildet. Diese Dampfblasen entstehen in der Regel auf der Saugseite der Pumpe, wo der Druck am niedrigsten ist. Wenn das Fluid Bereiche mit höherem Druck erreicht, beispielsweise in der Nähe des Laufrads, kollabieren die Blasen.

Stellen Sie sich einen Topf mit kochendem Wasser auf dem Herd vor. Dampfblasen steigen vom Boden auf und zerplatzen, sobald sie die Wasseroberfläche erreichen. In diesem Szenario siedet das Wasser aufgrund der Wärme. Der Siedepunkt wird jedoch auch durch den Druck über dem Wasser beeinflusst. Auf Meereshöhe siedet das Wasser bei 100 °C (212 °F), aber in einer Höhe von 3.048 m (10.000 Fuß), in der der atmosphärische Druck niedriger ist, siedet es bei ungefähr 89,8 °C (193,6 °F). Mit sinkendem atmosphärischem Druck verringert sich der Siedepunkt von Wasser.

Bei einem Pumpensystem gilt ein ähnliches Prinzip. Wenn der Druck in der Pumpe unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt, beginnt die Flüssigkeit zu kochen, selbst bei Umgebungstemperatur. Diese lokale Erhitzung führt zu der Bildung von Dampfblasen innerhalb des Fluids. Wenn das Fluid weiter durch die Pumpe strömt und in der Nähe des Laufrads auf höheren Druck trifft, kollabieren die Blasen schlagartig. Diese plötzliche Implosion erzeugt intensive Stoßwellen, die gegen die Innenflächen der Pumpe, insbesondere die Laufradschaufeln, schlagen und zu Kavitation führen.

Was ist so schlimm an Blasen? Die Folgen von Pumpenkavitation

Kavitationsblasen mögen klein sein, verursachen jedoch große Probleme für Ihre Pumpe. Diese Dampfblasen entstehen typischerweise an kleinsten Unregelmäßigkeiten auf den Metalloberflächen der Pumpe, beispielsweise am Laufrad einer Kreiselpumpe oder am Kolben bzw. Zahnrad einer Verdrängerpumpe, auf der Saugseite. Wenn sich diese Blasen zur Hochdruckseite bewegen, kollabieren sie heftig und erzeugen Druckwellen sowie Mikrostrahlen, die mit großer Kraft auf die Oberflächen treffen. Diese Implosion erzeugt intensive, lokal begrenzte Druckwellen, die genau auf die Oberfläche treffen, an der die Blasen entstanden sind.

Diese wiederholten Belastungen führen zu Lochfraß, einer Form der Oberflächenerosion, die zunächst gering ist, sich jedoch mit der Zeit verstärkt. Wenn eine Pumpe neu ist und die Oberflächen glatt sind, ist sie widerstandsfähiger gegenüber Kavitation. Mit zunehmenden Unregelmäßigkeiten beschleunigt sich jedoch der Schaden. Irgendwann können Teile des Laufrads oder andere Komponenten löcherig oder wie sandgestrahlt aussehen. Es können sogar große Materialstücke an Teilen fehlen.

Die heftige Reaktion beschädigt auch Lager und Dichtungen, was deren Lebensdauer verkürzt und aufgrund des häufigen Austauschs die Wartungskosten in die Höhe treibt. Pumpenkavitation führt zu einer verringerten Effizienz sowie zu Schwingungen, Geräuschen und letztendlich zum Ausfall der Pumpe.

Was ist der Unterschied zwischen Saugseite, Druckseite und Kavitation?

„Saugseite“ und „Druckseite“ bezeichnen unterschiedliche Bereiche einer Pumpe. Die Saugseite ist der Bereich, in dem das Fluid in die Pumpe eintritt, in der Regel bei niedrigerem Druck. Die Druckseite ist der Bereich, in dem die Pumpe das Fluid ausstößt, meist bei höherem Druck.

Kavitation hingegen ist ein Problem, das innerhalb der Pumpe auftreten kann. Sie ist kein normaler Bestandteil des Pumpenbetriebs wie Saug- oder Druckseite. Es handelt sich um einen schädigenden Zustand, der durch niedrigen Druck verursacht wird und zur Bildung und zum Kollaps von Dampfblasen führt.

So lässt sich das einfach zusammenfassen:

Saugseite: Fluid tritt bei niedrigerem Druck in die Pumpe ein.

Druckseite: Fluid tritt bei höherem Druck aus der Pumpe aus.

Kavitation: Das Fluid verdampft und verursacht Schäden, weil der Druck zu niedrig ist, insbesondere auf der Saugseite

Während Saugkavitation am häufigsten auftritt, kann auch Druckkavitation entstehen, wenn eine Pumpe bei niedrigem Durchfluss oder weit außerhalb ihres optimalen Wirkungsgrads betrieben wird. Dies führt zu einer Rückströmung des Fluids auf der Druckseite, wodurch sich in Niederdruckbereichen Dampfblasen bilden, die kollabieren und Komponenten beschädigen. Beide Kavitationsarten weisen ähnliche Symptome wie Geräusche, Schwingungen und Erosion auf, erfordern jedoch unterschiedliche Präventionsstrategien.

Während Saug- und Druckseite beschreiben, wie eine Pumpe Fluid fördert, beschreibt Kavitation, was passiert, wenn die Bedingungen innerhalb der Pumpe nicht stimmen.

Frühe Anzeichen einer Pumpenkavitation

Eines der frühesten Anzeichen für Kavitation ist ein ungewöhnliches Geräusch aus der Pumpe. Dieses Geräusch wird oft so beschrieben, als befände sich knirschender Kies im Pumpengehäuse oder in den Rohrleitungen. In lauten Industrieumgebungen kann dieses wichtige Anzeichen jedoch leicht überhört werden.

Weitere Frühwarnzeichen sind:

• Ungewöhnliche Schwingungen: Die Schwingungsüberwachung kann Veränderungen in der Schwingungssignatur einer Pumpe erkennen und auf Kavitation hinweisen.
• Unregelmäßige Druckschwankungen: Unregelmäßige Druckmesswerte, insbesondere auf der Saugseite der Pumpe, können auf Kavitation hinweisen.
• Geringerer Durchfluss: Eine reduzierte Pumpenleistung kann darauf hinweisen, dass Kavitation den Fluidstrom beeinträchtigt oder die Pumpe bereits beschädigt hat.

Wie lässt sich Pumpenkavitation vermeiden?

Die einfachste Möglichkeit, Pumpenkavitation zu vermeiden, besteht darin, das Pumpensystem so zu gestalten, dass unter normalen Betriebsbedingungen keine Kavitation auftritt. Hierfür ist es erforderlich zu verstehen, was Haltedruckhöhe bedeutet, und sie bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen.

Dabei gibt zwei Teile der Haltedruckhöhe, die beachtet werden müssen.

1. Erforderliche Haltedruckhöhe: der Mindestdruck, den die Pumpe auf der Ansaugseite benötigt, um Kavitation zu vermeiden. Diese Zahl wird in Metern oder Fuß angegeben und vom Pumpenhersteller berechnet.
2. Verfügbare Haltedruckhöhe: Dieser Wert muss im Rahmen der Systemauslegung berechnet werden. Dabei werden der atmosphärische Druck, der Fluidstand, die Temperatur der Flüssigkeit und deren Siedepunkt berücksichtigt.

Wenn die verfügbare Haltedruckhöhe größer ist als die erforderliche Haltedruckhöhe, sollte die Pumpe ohne Kavitation arbeiten. Ist die verfügbare Haltedruckhöhe jedoch kleiner als die erforderliche Haltedruckhöhe, hat die Pumpe nicht genügend Druck, um die Flüssigkeit vor Verdampfung zu schützen, was letztendlich zu Kavitation führt.

Um eine Ansaugkavitation zu vermeiden, ist sicherzustellen, dass die verfügbare Haltedruckhöhe die vom Pumpenhersteller angegebene erforderliche Haltedruckhöhe um mindestens 0,5–1,0 Meter übersteigt. Um Druckkavitation zu vermeiden, sollte die Pumpe nahe ihrem optimalen Wirkungsgradpunkt betrieben werden, um Bedingungen mit geringer Strömung zu vermeiden, die Rezirkulation verursachen. Die Verwendung einer Pumpe der richtigen Größe oder der Einbau von Antrieben mit variabler Frequenz (VFD, Variable Frequency Drive) kann dazu beitragen, optimalen Durchfluss aufrechtzuerhalten.

Wie lässt sich Pumpenkavitation beheben?

Wenn bereits Kavitation auftritt, sollte sie so schnell wie möglich behoben werden, um Schäden zu vermeiden. Die Maßnahmen hängen davon ab, ob es sich um Saugkavitation (verursacht durch niedrigen Druck auf der Saugseite) oder Druckkavitation (verursacht durch geringe Strömung oder Rezirkulation) handelt. Hier sind einige Lösungen zum Ausprobieren:

• Optimieren der Saugleitung: Kleine, lange oder komplexe Saugleitungen können die Strömung einschränken und so die verfügbare Haltedruckhöhe reduzieren. Größere Rohrdurchmesser, kürzere Leitungen oder weniger Bögen verbessern die Strömung und helfen, Saugkavitation zu vermeiden.
• Verlagerung von Pumpe oder Fluidquelle: Wenn die Pumpe näher an oder unterhalb der Fluidquelle positioniert wird, verringert sich die Saughöhe, wodurch sich die erforderliche Haltedruckhöhe erhöht und Saugkavitation reduziert wird.
• Prüfen von Filtern und Sieben: Verstopfte Filter oder Siebe auf der Saugseite können die Pumpe „aushungern“ und Kavitation verursachen. Reinigen oder ersetzen Sie diese und stellen Sie sicher, dass die Filter korrekt dimensioniert sind, um die Strömung aufrechtzuerhalten.
• Überprüfung von Ventilen und Komponenten: Teilweise geschlossene Ventile oder zu viele Rohrleitungsanschlüsse auf der Saugseite können die Strömung einschränken. Stellen Sie sicher, dass Ventile vollständig geöffnet sind, und vermeiden Sie unnötige Komponenten. Zur Vermeidung von Druckkavitation ist sicherzustellen, dass Druckventile nicht zu stark gedrosselt sind, da dies zu Rezirkulation führen kann.
• Installieren einer Vorpumpe: Eine Vorpumpe kann den Saugdruck erhöhen und damit die verfügbare Haltedruckhöhe steigern, um Saugkavitation zu vermeiden, insbesondere bei langen Saugleitungen oder Höhenunterschieden.
• Anpassung der Betriebsbedingungen: Bei Druckkavitation sollte der Durchfluss erhöht werden, damit die Pumpe näher an ihrem optimalen Wirkungsgradpunkt betrieben wird. Installieren Sie VFD oder stellen Sie die Druckventile ein, um eine ausreichende Strömung aufrechtzuerhalten und Rezirkulation zu verhindern.
• Austausch der Pumpe: Wenn weiterhin Kavitation auftritt, tauschen Sie die Pumpe gegen eine andere, die für das System besser geeignet ist. Bei Saugkavitation sollte eine Pumpe mit niedrigerer erforderlicher Haltedruckhöhe gewählt werden. Bei Druckkavitation sollte eine Pumpe gewählt werden, die für die Strömung und Förderhöhe korrekt für das System dimensioniert ist.

All diese Maßnahmen können kosten- und zeitintensiv sein, doch das Vermeiden von Kavitation verlängert die Lebensdauer der Pumpe und verbessert die Gesamteffizienz des Systems. Verwenden Sie Überwachungswerkzeuge, wie z. B. eine Schwingungsüberwachung, um zu prüfen, ob die Kavitation behoben ist.

Fazit zur Pumpenkavitation

Pumpenkavitation ist ein kostspieliges Problem. Sie erhöht die Wartungskosten, beschädigt Komponenten und kann zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Pumpe führen. Sie ist jedoch vermeidbar. Schwingungsüberwachung in Kombination mit Schwingungsanalysediensten kann frühzeitig auf Kavitation hinweisen, sodass rechtzeitig eingegriffen werden kann, bevor kostspielige, irreversible Schäden entstehen.