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Hydraulisches Energiespeichersteuerungssystem mit zuverlässiger Energieüberwachung
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In einem Hydraulikkreislauf sind mehrere Druckspeicher parallel geschaltet; würde bei einem davon der Blasenbalg reißen, käme es dann zu Volumenänderungen in den übrigen Speichern?
Im Normalbetrieb, wenn das System kontinuierlich mit Öl versorgt wird und der Systemöldruck konstant bleibt, ändert sich das Füllvolumen der übrigen parallel geschalteten Akkumulatoren nicht, falls die Blase eines Akkumulators reißt. Denn das Volumen der Akkumulatorblase (siehe Abbildung 5) hängt ausschließlich vom Vordruck des Gases und vom Arbeitsöl‑Druck des Systems (dem in der durch DM dargestellten Rohrleitung herrschenden Druck) ab. Bei stillgelegtem System beträgt der Öldruck nahezu null; unter dem Einfluss des Gas‑Vordrucks dehnt sich die Blase (5) vollständig aus, und das Pilzventil (6) wird gegen den Sitz gedrückt. Sobald das System in Betrieb ist und der Öldruck den Gas‑Vordruck übersteigt, öffnet das Pilzventil (6), sodass Öl in den Akkumulator einströmt und die Blase komprimiert. Durch die Kompression des Gases steigt der Druck innerhalb der Blase, bis er mit dem Öldruck im Gleichgewicht steht. Wird daher die Blase eines Akkumulators beschädigt, gelangt Öl in die Blase und vermischt sich mit dem Gas. Das zugeführte Öl stammt von der Pumpe; solange die Pumpe kurzzeitig eine ausreichende Ölzufuhr gewährleistet, sinkt der Öldruck nicht, und das Füllvolumen der übrigen Akkumulatorblasen bleibt unverändert. Ist die Pumpe hingegen lediglich auf eine minimale Fördermenge ausgelegt, so nimmt der Öldruck ab, und das Füllvolumen der anderen Akkumulatorblasen ändert sich entsprechend – es vergrößert sich. Das System bleibt jedoch in einem gewissen Umfang weiter betriebsfähig. Was den vom Fragesteller erwähnten Arbeitshub betrifft: Dieser ändert sich nicht infolge eines Blasenrisses, sofern das Steuerventil oder die Pumpe das Volumen und die Fördermenge des zum Arbeitsaggregat geleiteten Öls konstant halten; in diesem Fall bleibt der Arbeitshub unbeeinflusst.
Allerdings darf man die durch das Aufreißen der Hülle entstehenden Gefahren nicht außer Acht lassen. Lassen Sie uns dies einmal genauer analysieren:
Wenn die Membran eines Blasenspeichers reißt, gelangt das Hydrauliköl in die Membranhülle und vermischt sich mit dem Gas. Im günstigeren Fall sammelt sich das Gas im Inneren des Speichers; im ungünstigeren Fall wird das Gas vom Öl ausgetragen: Gelangt es in ein Ventil, entsteht ein pfeifendes Geräusch; gelangt es in einen Zylinder oder Motor, verschlechtert sich die dynamische Leistung des Antriebs, da sich nach der Vermischung von Öl und Gas das Elastizitätsmodul rasch verringert; gelangt es in den Öltank, kann dies – bei einem geschlossenen Tank – zu einem plötzlichen Aufblasen des Tanks mit ungewohnten Geräuschen oder sogar zu einem Bersten führen; gelangt es in Pumpe oder Motor, kann zudem das eingeschlossene Gas zu feinstem Schaum zerrieben werden, was die Ölqualität rapide mindert und einen Ölwechsel erforderlich macht.
Daher ist es unbedingt erforderlich, die Ursachen für das häufige Auftreten von Rissen im Bladder‑Speicher zu untersuchen, wie vom Fragesteller beschrieben. Zunächst sollte geprüft werden, ob bei der Auslegung die Betriebsbedingungen des Systems ausreichend berücksichtigt wurden – etwa ob häufig hohe Lade‑/Entladevorgänge des Speichers auftreten, ob es regelmäßig zu schnellen Druckabfällen kommt oder ob die瞬anen Drücke zu hoch sind. Ein Riss im Bladder bedeutet letztlich einen Versagen des Bladders; in der Regel liegt hier eine Ermüdungsbruchgrenze erreicht. Entsprechen die Betriebsbedingungen diesen Kriterien, sollte erwogen werden, auf einen Kolben‑Speicher umzusteigen, um ein Wiederholen solcher Vorfälle zu vermeiden.
Der Druckspeicher ist ein äußerst interessantes Bauelement im Hydrauliksystem; ähnlich wie der Kondensator in der Elektrotechnik oder die Feder in der Mechanik dient er als wichtiges Energiespeicherelement und kann vielfältige, äußerst clevere Funktionen erfüllen – etwa in Hybridantrieben, als Stoßdämpfer, zur Stabilisierung des Systemdrucks (manchmal auch zur Stabilisierung des Durchflusses) sowie zur zeitweiligen Freigabe von Energie zur Simulation von Stößen.
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