- Hydraulikspeicher
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Schaltzeichen eines Hydrospeichers
In einem Hydraulikspeicher (Hydrospeicher, Hydropneumatischer Speicher oder auch Akkumulator) wird eine Flüssigkeit unter Druck gespeichert. Beim Entladen kann hydraulische Energie abgegeben werden.
Der Flüssigkeitsdruck komprimiert ein Gas oder eine Feder bzw. hebt ein Gewicht. Bei Volumenentnahme dehnt sich das Speichergas aus bzw. entspannt sich die Speicherfeder, wobei sich der Druck reduziert. Bei gewichtsbelasteten Speichern bleibt der Druck nahezu konstant.
Aufgaben eines Hydrospeichers sind u. a.:
- Leckagekompensation
- Gewichtsausgleich
- Energiespeicherung
- Notfunktion
- Pulsationsdämpfung
- Deckung kurzzeitigen Volumenstrombedarfs
Funktion
Eine Hydraulikflüssigkeit wird unter Druck in einen mit Gas (in der Regel Stickstoff) gefüllten Druckbehälter gepresst. Die Hydraulikflüssigkeit komprimiert das Gas und steht zu einem späteren Zeitpunkt als „gespeicherte Energie“ zur Verfügung.
Ein Sonderfall ist der Einsatz als Schwingungsdämpfer oder Pulsationsdämpfer in Hydrauliksystemen.
Das Gas und die Hydraulikflüssigkeit werden meist durch ein Trennglied (Membrane, Elastomerblase, Kolben oder Metallbalg) voneinander getrennt. Die Trennung des Gases von der Flüssigkeit und auch ein Entweichen desselben (Permeation), vor allem bei drucklosem Hydrauliksystem, wird damit sehr stark reduziert, jedoch nicht ganz vermieden. Der Gasverlust ist im Wesentlichen vom verwendeten Elastomer der Trennmembrane, der Flüssigkeit, dem Speichergas (Molekülgrösse), der Dicke der Membrane, dem Druckunterschied zwischen Gas und Flüssigkeitsseite, der Lastwechselzahl im Betrieb und der Temperatur des Speichers abhängig. Metallbalgspeicher sind hingegen praktisch gasdicht und haben keine Permeation, da die Metallmembrane auch bei hohen Temperaturen "gasdicht" ist.
Einzelne Speicher können zu Speicherbatterien zusammengeschaltet werden. Es kann so eine sehr große Energiemenge gespeichert werden (Speichervolumen auf der Hydraulikmedienseite von einigen tausend Litern, sowie einigen tausenden Litern Stickstoff auf der Gasseite unter 40−1000 bar stehend, werden gebaut). Derartige Anlagen finden in Kraftwerken und Stahlwerken, aber auch in Theatern und auf Offshoreplattformen Verwendung. Der Vorteil derartiger Anlagen ist, dass diese hohe gespeicherte Energie auch dann zur Verfügung steht, wenn keine Antriebsenergie mehr verfügbar ist (Notbetrieb). Ein weiterer Anwendungsfall ist die Bereitstellung eines kurzzeitig hohen Volumenstroms innerhalb von hydraulischen Steuerungen, z. B. bei elektrohydraulischen Regelungen. Dabei können die Pumpen-Volumenströme gering gehalten werden; es wird lediglich der im Mittel benötigte Volumenstrom gefördert. Entsprechend kann die Leistung des Antriebsaggregats gering gehalten werden, so dass ein besserer Gesamtwirkungsgrad erzielt wird. Auch verbessert sich die Wärmebilanz, so dass oft auf eine externe Kühlung des Hydraulikaggregats verzichtet werden kann.
Zur Auslegung der Speicher kann auf die Formeln der Zustandsänderungen von Gasen zurückgegriffen werden. Als Speichergas wird meist Stickstoff eingesetzt. Andere Gase wie Luft oder Helium sind ebenfalls möglich. Bei der Berechnung wird oft mit idealen Gaszustandsänderungen gerechnet. Bei hohen Drücken (200-1500bar) muss mit realem Gasverhalten gerechnet werden. Die Formeln dazu sind relativ unhandlich und führen nur bei iterativen Rechnungen zu genauen Werten für Druck- Temperatur und Volumenänderung. Kostenlose Software stellen die Speicherhersteller zur Verfügung.
Bauformen
Man unterscheidet mehrere Bauformen von Hydraulikspeichern:
- Membranspeicher
- Blasenspeicher
- Kolbenspeicher
- Metallbalgspeicher
- Federspeicher (Sonderform von Kolbenspeichern, an Stelle eines Gases wird eine Feder vorgespannt)
Weblinks
Commons: Hydraulikspeicher – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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