1. Was ist ein Akkumulator?
Ein Hydraulikspeicher ist ein Gerät zur Energiespeicherung. Im Speicher wird die gespeicherte Energie in Form von komprimiertem Gas, einer komprimierten Feder oder einer angehobenen Last gespeichert und übt eine Kraft auf ein relativ inkompressibles Fluid aus.
Akkumulatoren sind in Fluidtechniksystemen sehr nützlich. Sie dienen der Energiespeicherung und der Dämpfung von Druckstößen. In Hydrauliksystemen können sie eingesetzt werden, um die Größe der Pumpe zu reduzieren, indem sie die Pumpenflüssigkeit ergänzen. Dies geschieht durch die Speicherung von Energie in der Pumpe während Phasen geringen Bedarfs. Sie wirken als Dämpfungselemente und absorbieren Druckschwankungen und -stöße. Sie dämpfen Stöße und reduzieren Vibrationen, die durch das plötzliche Anfahren oder Anhalten des Hydraulikzylinders entstehen. Bei Temperaturschwankungen der Flüssigkeit stabilisieren Akkumulatoren Druckänderungen im Hydrauliksystem. Sie können außerdem Flüssigkeiten wie Fett und Öl unter Druck abgeben.

Die derzeit gebräuchlichsten Druckspeicher sind pneumatisch-hydraulische Bauarten. Die Funktion des Gases ähnelt der einer Pufferfeder; es interagiert mit der Flüssigkeit; das Gas wird durch einen Kolben, eine dünne Membran oder einen Luftbalg getrennt.

2. Funktionsprinzip des Akkumulators

Unter Druckeinwirkung ist die Volumenänderung der Flüssigkeit (bei konstanter Temperatur) sehr gering. Fehlt also eine Energiequelle (d. h. die Zufuhr von Hochdruckflüssigkeit), sinkt der Druck der Flüssigkeit rapide ab.

Die Elastizität von Gas ist wesentlich höher, da Gas komprimierbar ist. Selbst bei großen Volumenänderungen kann es einen relativ hohen Druck aufrechterhalten. Wenn der Druckspeicher das Hydrauliköl des Hydrauliksystems ergänzt, kann das unter hohem Druck stehende Gas den Druck des Hydrauliköls auch dann aufrechterhalten, wenn sich das Flüssigkeitsvolumen verringert und der Druck im Hydrauliköl dadurch schnell abnimmt.

Der Hauptgrund für die Verwendung von Stickstoff liegt in seiner natürlichen Stabilität und dem Fehlen von Oxidations- und Reduktionseigenschaften. Dies ist sehr vorteilhaft für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Hydrauliköls und verhindert dessen Denaturierung durch Oxidation oder Reduktion.

Der Stickstoff dient als Vordruck und befindet sich im Luftbalg des Druckspeichers, getrennt vom Hydrauliköl. Beim Befüllen des Druckspeichers mit Hydrauliköl gleicht sich der Druck des Stickstoffbalgs dem Druck des Hydrauliköls an. Durch den Einstrom des Hydrauliköls wird der Stickstoffbalg komprimiert, wodurch der Stickstoffdruck steigt. Der Öldruck erhöht sich, bis der eingestellte Druck erreicht ist.

Die Aufgabe des Akkumulators besteht darin, einen bestimmten Hydrauliköldruck bereitzustellen, der durch die Kraft des Stickstoffs erzeugt wird!

3. Die Hauptfunktion des Akkumulators

1. Für Hilfsstromversorgung
Die Aktuatoren mancher Hydrauliksysteme arbeiten intermittierend, wodurch die Gesamtbetriebszeit sehr kurz ist. Andere Hydrauliksysteme hingegen arbeiten nicht intermittierend, ihre Drehzahlen schwanken jedoch innerhalb eines Arbeitszyklus (bzw. eines Hubs) stark. Nach dem Einbau eines Druckspeichers kann in diesem System eine leistungsschwächere Pumpe eingesetzt werden, um den Leistungsbedarf des Hauptantriebs zu reduzieren. Dadurch wird das gesamte Hydrauliksystem kompakt, leicht und kostengünstig.

2. Als Notstromquelle
Bei manchen Systemen muss der Aktor auch dann die erforderlichen Aktionen ausführen, wenn die Pumpe oder die Stromversorgung ausfällt (die Ölzufuhr zum Aktor wird plötzlich unterbrochen). Beispielsweise muss aus Sicherheitsgründen die Kolbenstange eines Hydraulikzylinders in den Zylinder zurückgezogen werden. In diesem Fall ist ein Akkumulator mit ausreichender Kapazität als Notstromversorgung erforderlich.

3. Leckage ausgleichen und konstanten Druck aufrechterhalten
Bei Systemen, in denen der Aktor nicht über einen längeren Zeitraum arbeitet, sondern einen konstanten Druck aufrechterhält, kann ein Druckspeicher verwendet werden, um Leckagen auszugleichen, sodass der Druck konstant bleibt.

4. Hydraulische Stöße absorbieren
Durch plötzliche Richtungsänderungen des Umkehrventils, abrupte Stopps der Hydraulikpumpe oder des Aktuators sowie durch eine Notbremsung des Aktuators etc. ändert sich der Flüssigkeitsstrom in der Rohrleitung sprunghaft, was zu Druckstößen führt. Trotz vorhandener Sicherheitsventile sind kurzzeitige Druckspitzen unvermeidbar. Diese Druckstöße verursachen häufig Ausfälle oder Beschädigungen an Instrumenten, Komponenten und Dichtungen im System oder Rohrleitungsbrüche und führen zu deutlichen Vibrationen. Durch den Einbau eines Druckspeichers vor der Druckstoßquelle (Steuerventil oder Hydraulikzylinder) lassen sich die Druckstöße absorbieren und abmildern.

5. Pulsationen absorbieren und Lärm reduzieren
Der pulsierende Förderstrom der Pumpe verursacht Druckpulsationen, die zu einer ungleichmäßigen Bewegungsgeschwindigkeit des Aktuators und damit zu Vibrationen und Geräuschen führen. Um Förderstrom- und Druckpulsationen zu absorbieren und die Geräuschentwicklung zu reduzieren, kann ein empfindlicher und kleiner Trägheitsspeicher parallel zum Pumpenausgang angeschlossen werden.