Kavitation

   Die Kavitation ist ein Effekt, bei dem sich in einer Flüssigkeit Gasblasen bilden.

   Jede Flüssigkeit besitzt eine Siedetemperatur, die vom umgebenden statischen Druck abhängt. Je höher der statische Druck, desto höher ist auch die Siedetemperatur. Der statische Druck ist bei einer ruhenden Flüssigkeit gleich dem äußeren Luftdruck. Wasser beispielsweise hat bei 1 bar statischem Druck eine Siedetemperatur von 100C, d.h. der Dampfdruck von Wasser bei 100C beträgt 1 bar.
   Dies gilt genauso für strömende Flüssigkeiten, bei denen sich der statische Druck verringert und der Staudruck erhöht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit steigt. Allgemein gesagt ist der Siedepunkt einer strömenden Flüssigkeit schon bei niedrigeren Temperaturen erreicht. An den Stellen, wo die Flüssigkeit besonders schnell strömt und der statische Druck dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei der vorliegenden Temperatur entspricht, verdampft die Flüssigkeit und bildet Gasblasen. Gelangen diese Blasen in eine langsamere Strömung, so kondensieren sie wieder. Da sich dabei ihr Volumen schlagartig auf ein Hundertstel verkleinert, gleicht dieser Vorgang einer Implosion. Das gleiche kann man in einer nahezu ruhenden Flüssigkeit in einem Kochtopf hören, wenn das Wasser am Boden bereits siedet, die Dampfblasen aufsteigen und im kälteren Wasser darüber zusammenfallen. Wenn der gesamte Topfinhalt die Siedetemperatur erreicht hat, verschwindet dieses akustische Phänomen wieder.
   Was hat das ganze mit einer Segelflug-Startwinde zu tun? Der Motor treibt ein Schaufelrad an, das Automatikgetriebe-Öl auf ein Turbinenrad drückt, welches wiederum das Getriebe antreibt. Das antreibende und das angetriebene Turbinenrad heißen zusammen Drehmoment-Wandler, weil sich das angetriebene Rad als Nebeneffekt der hydraulischen Kraftübertragung mit größerer Kraft (Drehmoment), dabei aber langsamer dreht als das antreibende. An den Schaufeln und dazwischen strömt das Automatikgetriebe-Öl (automatic transmission fluid, ATF oder auch Hydraulik-Öl genannt) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Reibung durch die Zähigkeit innerhalb des Öls und mit den Metallschaufeln bewirkt, dass sich das Öl erhitzt. Weil das Öl strömt, beginnt es schon bei einer niedrigeren Temperatur zu sieden als in einem Kochtopf. Bildet sich zu viel Gas, bricht die Kraftübertragung abrupt zusammen, ähnlich wie bei der Überhitzung einer hydraulischen Bremsanlage kein Bremsdruck mehr aufgebaut werden kann. Die Implosionen beschädigen die Turbinenräder mechanisch und greifen die Oberfläche des Metalls an. Die Hitze lässt das Öl noch dünnflüssiger werden, was den Schmierfilm an den Lagern und Zahnrädern des Getriebes zum Abreißen bringt. Kurz gesagt steigt der Materialverschleiß in einem Automatikgetriebe enorm an, wenn die Getriebeöltemperatur durch intensiven Schleppbetrieb und unzureichende Kühlung zu hoch ist.
   Die Heizung des Getriebeöls hängt vom Schlupf des Drehmomentwandlers ab. Bremst man das angetriebene Turbinenrad z.B. durch einen hohen Gang bei niedriger Geschwindigkeit ab und erhöht zusätzlich noch die Motordrehzahl, so vergrößern sich der Schlupf und die Verlustleistung stark, was die Getriebeöltemperatur ansteigen lässt, weil sich das Öl staut und verwirbelt. Deshalb neigt ein schaltendes Automatikgetriebe weniger zu Kavitiation und Überhitzung als eines, das in einem Gang arretiert ist.

 

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