Hydraulik - Grundlagen, Komponenten, Schaltungen

9 Druckflüssigkeitsspeicher (S. 247-248)

Druckflüssigkeitsspeicher (auch Hydrospeicher, hydropneumatische Speicher, Druckspeicher) haben die Aufgabe, ein Flüssigkeitsvolumen unter Druck, also hydrostatische Energie, aufzunehmen und bei Bedarf wieder abzugeben. Passende Analogievergleiche sind Akkumulatoren und Kondensatoren (Kapazitäten, s. Abschn. 4.5) in elektrischen Systemen oder Schwungräder als Speicher mechanischer Energie.

Eine herausragende Eigenschaft der Druckflüssigkeitspeicher ist die Möglichkeit, Energie über lange Zeiträume nahezu verlustfrei zu speichern.

9.1 Anwendungen

Die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten (s. Abb 9.1 bis 9.4) lassen sich in drei Hauptaufgaben einordnen:

1. Deckung des Volumenstrombedarfs bei schwankenden Anforderungen, bei Havariesituationen oder als Leckageausgleich,
2. Abbau von Druckspitzen und Dämpfung von Druck- und Volumenstromschwankungen (Pulsationen),
3. Einsatz als hydropneumatisches Federelement.

In Verbindung mit dem ersten Anwendungsprinzip ergeben sich Möglichkeiten für beträchtliche Leistungseinsparungen über eine Energierückgewinnung. In der Mobiltechnik kann bei sekundärgeregelten Antrieben die kinetische Energie des bewegten Fahrzeuges über die Bremsenergie in Druckflüssigkeitsspeichern gespeichert und bei Bedarf dem Antriebssystem wieder zur Verfügung gestellt werden. Bei Autobussen („Hydrobus") sind Kraftstoffeinsparungen von 25 % nachgewiesen.

Weitere hochinteressante Anwendungen gibt es bei der Erzeugung von Bewegungen mit sehr hohen Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten, wie sie bei Beschleunigungsanlagen für die sog. Invers-Crash-Tests in der Kfz-Industrie (Beschleunigungen bzw. Verzögerungen 60 g, Beschleunigungsgradient 10 g/ms), bei speziellen hochdynamischen Prüfmaschinen oder für die Schiffchenbewegung („Schuss") in großformatigen Webmaschinen benötigt werden. Die dafür in kürzester Zeit, oft bis in den Millisekunden-Bereich, notwendigen riesigen Volumenströme in Größenordnungen von bis zu mehreren Millionen Litern pro Minute können wirtschaftlich nur aus Hydrospeichern zur Verfügung gestellt werden.

Bei der Funktion „Deckung des Volumenstrombedarfs bei schwankenden Anforderungen" wird von der Pumpe der durchschnittliche Grundbedarf sichergestellt, während der Speicher die Spitzenlasten übernimmt. Diese Anwendung dominiert bei kurzen Zykluszeiten und bei ölhydraulischen Anlagen. Extrem kleine Pumpenparameter sind möglich, wenn der Speicher so dimensioniert wird, dass er das gesamte für ein Arbeitsspiel erforderliche Volumen aufnehmen kann. Diese Lösung ist für die Wasserhydraulik oder für Arbeitszyklen mit zwischenzeitlichen Stillstandsperioden charakteristisch. Generell muss die Pumpe mit Sicherheit so dimensioniert werden, dass der Speicher vor dem Start eines neuen Arbeitsspiels wieder den notwendigen Ladezustand aufweist. Deshalb sollte die Pumpe lieber eine Sicherheitsreserve aufweisen als im Grenzbereich dimensioniert zu sein.