Bedeutung und Anwendungsbeispiele von kleinen hydraulischen Druckspeichern

Bevor sich die Hepako GmbH auf die Herstellung von präzisen Gummiartikeln konzentrierte, fertigte das Unternehmen in den Jahren nach seiner Gründung hydraulische Druckspeicher und die dafür zentralen Gummi-Membranen. Zu dieser Zeit veröffentlichte Hans-Dieter Partosch, Mitgründer und viele Jahre Geschäftsführer der Hepako GmbH, einen Artikel über die Bedeutung und Anwendungsbeispiele von Kleindruckspeichern im Fachmagazin fluid – Zeitschrift für Hydraulik, Pneumatik, Zubehör (Ausgabe Dez. 12/1979). Der heutige Blogeintrag gibt diesen interessanten, äußerst anschaulichen und immer noch aktuellen Beitrag wieder. Ebenfalls steht der Originalartikel als Download zur Verfügung.

---- Hans Dieter Partosch ----

Kleine hydraulische Druckspeicher in Vorrichtungen integriert

Für viele Speicheranwendungen wird nur wenig Drucköl benötigt. Da ist ein üblicher Serienspeicher - separat installiert - oft ein Platzproblem. Ein Hersteller spezialisierte sich auf integrierte Kleinspeicher in Vorrichtungen und Maschinen.

Typische Einsatzfälle von Speichern wie Energiespeicherung, Volumenkompensation, Schockabsorption, Pulsationsdämpfung sind den Hydraulikern gut bekannt. Der Einsatz ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit und der technischen Notwendigkeit. Beim Einsatz einer Kolbenpumpe wägt man zum Beispiel die um vielleicht 30% verlängerte Lebensdauer der Pumpe mit Druckspeicher als Pulsationsdämpfer gegen die zusätzlichen Kosten ab. Technisch notwendig ist ein Speicher, um in Notfällen, zum Beispiel bei Stromausfall, mit Hilfe der vorhandenen Energie bestimmte Bewegungen auszuführen. Für den Hersteller ist in allen Fällen wichtig, preisgünstige, technisch ausgereifte und den UVV entsprechende Geräte herzustellen.

[Die Hepako GmbH] hat sich auf kleine Druckspeicher spezialisiert, von 0,1 bis 0,7 Liter Nennvolumen in rostfreier oder korrosionsgeschützter Ausführung mit eingeschweißter beziehungsweise auswechselbarer Membrane. Die Verbraucheranschlüsse werden mit Innen- oder Außengewinde ausgeführt, die Gasventile mit Gewinde VG8. Vom Kunden gewünschte Sonderanschlüsse können gefertigt werden.

Interessant ist die Möglichkeit der Druckspeicher-Sonderanfertigung nach speziellem Kundenwunsch. Hier sind neben der Fabrikation von Druckspeichern ein guter Formenbau und eine eigene Gummiteilfertigung von großer Wichtigkeit. Die Nahrungsmittel- und chemische Industrie verlangen zum Beispiel Druckspeicher aus rostfreiem Stahl und Membranen aus speziellen Elastomeren. Die Möglichkeit besteht, mit relativ geringen Kosten in kurzer Zeit Sondermembranen zu fertigen. Die Dichtheit der Membranen und die Abdichtung der Medien können somit auch durch Versuche mit speziellen Materialmischungen und verschiedenen Dichtungsmöglichkeiten dem jeweiligen Anwendungsfall optimal angepasst werden. 

Vorrichtungs-, Werkzeug- und Formenbauer können, bezogen auf den jeweiligen Einsatzfall, Kleindruckspeicher in das vorhandene System integrieren. Nach ihren Angaben wird der notwendige Speicher konzipiert. Die Innenkontur kann daraufhin nach Angaben des Speicherherstellers vom Werkzeugbauer selbst gefertigt werden.

Die Einzelteile für den Zusammenbau werden fertig als Serienteil oder auch als Sonderanfertigung bezogen. Mit einer Füll- und Prüfvorrichtung kann die Gasfüllung der Druckspeicher jederzeit kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert werden. Im Folgenden werden einige Anwendungsbeispiele der Kleindruckspeicher als Seriengerät und auch als integriertes Sondergerät im Vorrichtungs- beziehungsweise Formenbau beschrieben.

Druckschwankungen und Pulsationen …

… wirken sich nicht nur nachteilig auf die Lebensdauer der Kolbenpumpen aus. Auch Mess- und empfindliche Schaltgeräte leiden darunter. Kleindruckspeicher wirken hier als Pulsations- und Schwingungsdämpfer. Ebenso reduziert ein Speicher unmittelbar vor Absperrschiebern Schaltstöße.

Mindestens Werkzeugbruch …

… gibt es, wenn es sich zum Beispiel bei einer Rundtaktmaschine zum Bearbeiten von Maschinenteilen die Werkstückspannung löst (Bild 5). Über die Druckleitung P, das Rückschlagventil 11 und das Druckminderventil 10 wird das Spannsystem mit Drucköl versorgt. Das Wegeventil 6 ermöglicht ein Spannen und Lösen des Werkstückes in der Spannstation. Der Dauerdruck in der Bearbeitungsstation wird über das Rückschlagventil 7 und dem Druckspeicher 4 sicher gehalten. Auch bei momentanem Ausfall des Hauptdrucksystems ist eine sichere Spannung auf gewisse Zeit noch gewährleistet. Durch die Undichtheit des Ölverteilers 3 wird ein schneller Druckabbau besonders gefördert. Das Sicherheitsventil 8 und der Absperrhahn 9 dienen der Entlastung des Druckspeichers. Der Druckschalter 5 gibt bei Druckabfall ein entsprechendes Signal.

Lebenswichtig …

… ist für die Funktion doppeltwirkender Gleitringdichtungen im beschriebenen Fall die Sperrflüssigkeit (Bild 6). Sie hat die Aufgabe, die entstehende Reibungswärme abzuführen und das Eindringen des Produkts in den Dichtspalt zu vermeiden. Die Sperrflüssigkeit füllt den Raum zwischen dem produktseitigen und atmosphärenseitigen Gleitringdichtungssatz einer doppeltwirkenden Einheit aus. Als Sperrmedium kann jede Flüssigkeit verwendet werden unter Berücksichtigung der Korrosionsbeständigkeit aller berührten Teile. Über das Antriebsaggregat 2 wird die Gleitringdichtung 1 mit Sperrflüssigkeit versorgt. In Druckbegrenzungsventil 8 sorgt für einen entsprechenden Druckaufbau im Lager. Das Thermometer 6 misst die Austrittstemperatur und das Manometer 7 den Ausgangsdrucks der Flüssigkeit, die über Kühler 9 gekühlt und Filter 10 gereinigt wird. Sollte das Antriebsaggregat durch eventuellen Stromausfall oder durch Defekt ausfallen, wird durch die gespeicherte Energie des Druckspeichers 4 der Flüssigkeitsdruck in der Gleitringdichtung aufrechterhalten und die Funktionsfähigkeit bis zum Eingreifen der erforderlichen Maßnahmen eine gewisse Zeit gewährleistet. Der Druckspeicher wird durch das Sicherheitsventil 5 abgesichert.

Laufrollen für Tonbandgeräte …

… werden in Gummispritzformen hergestellt (Bild 8). Dabei wird eine dünnwandige Metallbuchse e im Formnest f der Formplatte c über den Einspritzkanal d mit dem Gummiwerkstoff bei ca. 170° C umspritzt. Die fertige Laufrolle soll nach dem Spritzvorgang und dem Hochfahren der Oberplatte aus dem Formnest über den Zentrierstift h ausgedrückt werden. Um eine Beschädigung der dünnwandigen Laufbuchse zu vermeiden, muss der Auswerferdruck auf einen bestimmten Wert einstellbar sein. Ein in der Grundplatte a integrierter Druckspeicher b mit verstellbarem Druckkolben k bringt gegenüber einer Druckfederkonstruktion folgende Vorteile:

·         exakte Druckeinstellung mittels Kolben

·         Druck über Manometer i ablesbar

·         von Druckraum j aus können über Bohrungen auch eng aneinander angeordnete Verbraucher angezapft werden

·         gleichbleibende Federkraft auch nach größerer Anzahl von Lastspielen

Die Dichtungen beziehungsweise die Speichermembrane des Werkzeuges sind bis zu einer Dauerbetriebstemperatur von 200° C beständig.

Hydraulische Spannvorrichtungen …

… bieten beachtliche Vorteile wie zentrale Spannung von einer Stelle aus, geringsten Zeitaufwand, die Zwangsläufigkeit der gesamten Spannvorgänge (keine Spannbetätigung kann hierbei vergessen werden) usw. Die im Bild 9 gezeigte Vorrichtung zum Spannen dünnwandiger Aluminiumteile hat in ihrem Grundelement a den Druckspeicher b integriert. Durch Rechtsdrehen wird der Druckkolben h in den Druckraum g hineinbewegt und die Druckflüssigkeit über Bohrungen in die Vorrichtung c geleitet. Die Spannkolben e und d drücken das Werkstück f auf seine Unterlage- Ein Abstimmen der Spannkolbendurchmesser erlaubt eine Vorbestimmung der Kräfte. Die Federsteife des Systems wird über das Nennvolumen des Druckspeichers bestimmt. Der Spanndruck kann mit einer Füll- und Prüfvorrichtung über das Gasventil kontrolliert werden.

Hohe Genauigkeit …

… für hochwertige Dreh-, Schleif und Läpparbeiten wird mit einem hydraulischen Drehdorn (Bauart „Hofer“) erzielt (Bild 10). Auf dem Dorn b sitzt die Spannhülse c fest aufgepresst oder aufgeschweißt und hat je nach Spannlänge eine oder mehrere Druckkammern d, die durch Bohrungen mit dem Druckraum e verbunden sind. Wird der Druckkolben f in den Druckraum e durch Drehung hineinbewegt, so steigt der Öldruck im System, die Wandung der Spannhülse c wird gleichmäßig elastisch verformt und gegen das aufgeschobene Werkstück gepresst.

Ein gleichmäßiger Spanndruck wird in Verbindung mit einem Druckspeicher erzielt. Auf dem Aufnahmeflansch a mit eingebautem Druckspeicher g können Spanndorne mit verschiedenem Durchmesser aufgeflanscht werden. Versuche bei diesem System haben ergeben, dass infolge des Anliegens der gesamten Spannlänge bei geringem spezifischem Flächendruck große Drehmomente übertragen werden können.

--> Originalartikel als Download:Hydraulik, Pneumatik, Zubehör (Ausgabe Dez. 12/1979) 

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