Ulrich Hielscher, Geschäftsführer der IHA:

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1 Ulrich Hielscher, Geschäftsführer der IHA: REpower weltweit vor Ort! Windenergieanlagen im Onshore- und Offshorebereich

2 Panorama Bei falscher Einbaulage des Rückschlagventils wird das Öl über die Pumpe wieder zum Tank zurückfließen. Dierk Peitsmeyer, IHA in Dresden & Das schwächste Bauteil gibt nach Ein falsch eingebautes Rückschlagventil kann fatale Schäden verursachen Max Winterer, Servicetechniker: Was kann ich bei so einem einfachen Bauteil falsch machen? Rückschlagventile dienen dazu, den Ölstrom nur in der gewünschten Richtung zuzulassen und in der anderen Richtung zu sperren. So einfach das Ventil erscheint, hat sein Einbau doch seine Tücken. Die Montage sollte sorgfältig ausgeführt, und vor Inbetriebnahme die Einbaulage kontrolliert werden. 1. Das Rückschlagventil nach der Pumpe Das Rückschlagventil soll hauptsächlich das unkontrollierte Durchdrehen in die umgekehrte Drehrichtung verhindern, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet wurde. Ohne Rückschlagventil kann die Pumpe sehr hohe Drehzahlen entgegen der eigentlichen Drehrichtung erreichen, weil der Systemdruck über die Pumpe dekomprimiert wird. Wurde das Rückschlagventil verkehrt herum eingebaut, kann die Pumpe kein Öl ins System fördern. Handelt es sich aber um eine Konstantpumpe, und ist das Druckbegrenzungsventil nach dem Rückschlagventil angeordnet, entsteht ein sehr hoher Druck. Die Pumpe kann zerstört werden. Ist das Druckbegrenzungsventil vor dem Rückschlagventil angeordnet, wird kein Öl ins System gefördert, sondern alles fließt über das Druckbegrenzungsventil zum Tank ab. Dabei wird die gesamte Leistung in Wärme umgesetzt. Eine druckgeregelte Pumpe würde auf Nullhubdruck gehen. 2. Das Rückschlagventil bei parallelen Pumpen Bei Anlagen mit mehreren Pumpen, die in ein System fördern, wird mit den Rückschlagventilen verhindert, dass eine Pumpe rückwärts drehen kann. In diesem Fall würde, bei falscher Einbaurichtung des Rückschlagventils, die Fördermenge über diese Pumpe wieder zum Tank zurückfließen. 3. Das Rückschlagventil in der Rücklaufleitung Das Rückschlagventil soll ein Leerlaufen bei Stillstand verhindern und in der Rücklaufleitung immer für einen Mindestdruck sorgen. Unterdruck und Luft in der Rücklaufleitung sind ursächlich für Schläge in den Rohrleitungen. Sollte ein Rückschlagventil verkehrt herum montiert sein, ist die Rücklaufleitung abgesperrt. Der max. Systemdruck kann in der Rücklaufleitung anliegen. In der Regel sind Rücklaufleitungen und T-Kanäle in Ventilen nicht für Hochdruck geeignet. Denn das schwächste Bauteil gibt nach. Sollte auch noch ein Differentialzylinder in Richtung Ausfahren betätigt sein, gelangt zudem der übersetzte Druck in die Rücklaufleitung. Ist das Systemdruckventil in die gesperrte Rücklaufleitung geführt, ist es blockiert und wirkungslos. Der Druck könnte bis ins Unendliche steigen. Das ist auch der Grund, warum niemals Absperrventile in Rücklaufleitungen eingebaut werden dürfen. Das passiert auch, wenn vergessen wird, das Absperrventil zu öffnen. 4. Das Rückschlagventil als Lasthalteventil Das entsperrbare Rückschlagventil soll ein Absinken der Last bei Stillstand verhindern. Um ein eindeutiges Schließen des Rückschlagventils sicher zu stellen, werden Wegeventile verwendet, deren Verbraucheranschlüsse zu T hin entlastet sind. Sollte das Rückschlagventil verkehrt herum montiert sein, wird die Last entsprechend schnell absinken. 5. Das Rückschlagventil als Nachsaugventil Die Nachsaugfunktion soll Unterdruck in Verbrauchern verhindern, indem Öl aus dem Tank gesaugt werden soll. Diese Funktion ist äußerst fragwürdig, bedenkt man, dass nur der atmosphärische Luftdruck das Öl in die Verbraucher fördert. Die Druckdifferenz darf nicht größer als 0,2-0,3 bar sein, da sonst schon unzulässiger Unterdruck (0,7-0,8 bar abs.) im Verbraucher vorhanden ist. Mit einem Öffnungsdruck der Feder 0,5 bar ist die Grenze schon überschritten. Wird jetzt auch der Druckverlust in der Leitung vom Tank zum Verbraucher berücksichtigt, ist das Vakuum perfekt. Der Druck sollte aber hoch genug sein, um die Widerstände des erforderlichen Einspeise-Volumenstromes zu überwinden. Das Nachsaugen funktioniert eigentlich nur bei Pressen, bei denen der Tank direkt über dem Presszylinder angeordnet ist, und das Füllventil entsprechend konstruiert ist. Kontakt 14 fluid /

3 Forschung & Lehre Wann kommt der Fluidtroniker? Aus- und Weiterbildung in der Fluidtechnik Elektrische Antriebe verdrängen in vielen Bereichen die Hydraulik. Liegt das vielleicht auch mit daran, dass es immer mehr Ingenieure und Techniker gibt, die sich mit der Konstruktion und Wartung einer komplizierten hydraulischen Anlage einfach nicht auskennen? Wir brechen eine Lanze für die Hydraulik und fordern die Verbesserung der Fluidikausbildung in Deutschland. Wolf-Rüdiger Schmidt, stellvertretender Leiter des Schulungszentrums, zeigt als einer der Trainer der IHA, wie die Hydraulikleitungen richtig gesteckt werden, damit die hydraulischen Schaltungen auch funktionieren. An acht Trainings-Lehrständen lernen die Seminarteilnehmer praxisnah, hydraulische Schaltungen unter realistischen Bedingungen zu testen. Hydraulik, als eine Technik zur Übertragung und Steuerung von Energie, ist mit der Elektrotechnik vergleichbar; denn hydraulische Steuerungen sind genauso komplex wie elektrische. Auch das Gefährdungspotenzial ist ähnlich hoch. An elektrischen Anlagen dürfen nur ausgebildete und geprüfte Fachkräfte arbeiten! Ein Elektroniker für Betriebstechnik lernt in seiner mindestens dreijährigen Ausbildungzeit in Systemen zu denken, mit Schaltplänen zu arbeiten, Messungen durchzuführen sowie Sicherheitsvorschriften zu beachten. Die in der Praxis mit Hydraulik beschäftigten Facharbeiter hingegen sind meist Mechaniker, die während ihrer Ausbildung eventuell mal ein, zwei Wochen in die Hydraulik schnuppern konnten. Allerdings wird dann während dieser Ausbildung nur ein unbelasteter Zylinder verfahren die meiste Zeit aber mit der elektrischen Relaissteuerung verbracht. Zusätzlich erschwert wird die Ausbildung noch dadurch, dass die Ausbilder oft selber keine richtigen Hydraulikkenntnisse haben. Im Lehrplan steht Fluidtechnik. Diese kann auch mit Pneumatik abgedeckt werden, zumal Pneumatik-Übungsgeräte weniger kosten als solche für Hydraulik. Also müssen sich die mit der Hydraulik beschäftigten Facharbeiter die Kenntnisse selber aneignen. Vielleicht sind ja noch erfahrene Kollegen im Betrieb, die sich auskennen. Oft aber geht das über Jahre erkämpfte Hydraulikwissen mit seinem Wissensträger einfach in den Ruhestand. Vom neuen Fachmann wird dann nach einem einwöchigen, theoretischen Hydraulik-Lehrgang perfekte Arbeit erwartet. Bedenkt man jetzt noch, dass es an modernen Anlagen gar nicht mehr möglich ist mal etwas auszuprobieren, bleibt nur noch der Ernstfall einer Störung, um echte Erfahrungen mit der Hydraulik zu sammeln. Eine reale Anlage ist zudem auch viel zu komplex, um grundlegende Sachverhalte zu erlernen. Von daher wird an einer produzierenden Anlage aus betrieblichen Gründen keine Grundausbildung möglich sein. So kommt es, dass oft nur ein selbst angeeignetes Halbwissen vorhanden ist. Diese Lernmethode des Try and Error kann sehr teuer zu stehen kommen. Nämlich dann, wenn es aus Unkenntnis zu einem Schaden oder Unfall gekommen ist. Kein Wunder also, dass hydraulische Anlagen nicht so verbreitet sind wie elektrische Anlagen. Zudem versuchen Maschinenhersteller und Endanwender die Hydraulik möglichst zu vermeiden. Hier haben die Hydraulikhersteller bereits reagiert und entwickeln Plug-and-Play-Systeme, für die keine Hydraulikkenntnisse mehr erforderlich sind. In gewissen Grenzen ist dies möglich, wobei die Steuerungskompetenz in die Elektronik verlagert wird. Aber Vorteile der Hydraulik wie: günstiges Verhältnis von Baugröße zur Leistung hohe Kräfte hohe Dynamik auch bei großen Massen ideal für lineare Bewegungen robust überlastsicher sowie das günstiges Preis-Leistungsverhältnis 40 fluid Markt / 2011

4 Forschung & Lehre machen sie nach wie vor für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche interessant. Im Pressen- und Baumaschinenbereich gibt es noch keine Alternative. Eigentlich müsste es einen Fluidtroniker geben, der in der Lage wäre, das gesamte elektro-hydraulische System zu beherrschen. Dazu gehören auch die Stetigventiltechnik und geregelte Antriebe inklusive Elektronik und Messtechnik. Damit wäre im Störungsfall auch der Streit zwischen Elektriker und Hydrauliker beseitigt. Seit Mai 2009 gibt es in Dresden die Internationale Hydraulik Akademie IHA, die in ihren Hydraulikseminaren Kenntnisse mit praktischen Übungen vermittelt, um so den Bezug zur Praxis herzustellen. Zunächst werden Themen wie Leitungstechnik, Wartung, Proportional Technik oder Mobilhydraulik theoretisch vom Trainer mittels Animationen und moderner Präsentationstechnik erklärt. Anschließend erarbeiten die Teilnehmer eine hydraulische Schaltung, bei der die besprochenen Inhalte angewendet werden. Dabei lernen die Teilnehmer auch, mögliche Fehlfunktionen zu erkennen. Da ein unbelasteter Zylinder die Realität hydraulischer Systeme nicht wiedergibt, werden Belastungseinheiten mit unterschiedlichen Lastfällen für die weiteren Übungen verwendet. Die Internationale Hydraulik Akademie Praxisgerechte Ausbildung Übungsgeräte für eine praxisgerechte Ausbildung sind sehr teuer und erfordern qualifi zierte Ausbilder, die ständig damit arbeiten. Hier setzt die IHA in Dresden mit einem praxisgerechten Seminarprogramm für Montage, Instandhaltung und Service an. Die IHA ist unabhängig von Herstellern und bietet Seminare ohne Produktpräsentationen und Marketingeffekte. Das vermittelte Wissen bildet eine gute Grundlage für produktspezifi sche Schulungen bei den Herstellern. Die IHA bietet auch Lehrgänge zur staatlich geprüften Hydraulikfachkraft an. Einzige Schwierigkeit: Es war kaum möglich eine Handwerkskammer zu fi nden, die sich überhaupt in der Lage sah, die Prüfungen im Fachgebiet Hydraulik auf dem hohen Niveau der Ausbildungsseminare durchzuführen. Kontakt Praxis-Seminare für Hydrauliker Diese Belastungseinheiten bestehen aus einem Zylinder mit 80 kg hängender Last, der zunächst frei und dann gegen eine starke Lastfeder fährt. Die zweite Belastung ist eine schnelle Winde mit 30 kg Last. Mit diesen Belastungen können viele hydraulische Eigenschaften dargestellt und deren richtige Kontrolle vermittelt werden. Jeder Trainingsarbeitsplatz verfügt über eine eigene druck-/ förderstromgeregelte Pumpe und reale Industriekomponenten. In den Seminaren werden auch Einstellungen und Messungen an den Pumpen von den Teilnehmern selbst durchgeführt. Um eine erfolgreiche Ausbildung zu gewährleisten, sind die Seminare aufeinander aufgebaut. Viele Praxisübungen vertiefen die Themen zum besseren Verständnis. Der Lehrgang Leitungstechnik vermittelt den Umgang mit den wichtigsten Normen, Richtlinien und Forderungen der Berufsgenossenschaften bezüglich technischer und sicherheitstechnischer Aspekte der hydraulischen Leitungstechnik. Der erfolgreiche Abschluss des Kurses erlaubt auch die Möglichkeit zur Ernennung als Befähigte Person durch den Arbeitgeber. Vermittelt werden Sachkunde und Befähigung zum anforderungsgerechten Einbau von Hydraulikschlauchleitungen sowie der hydraulischen Rohrverbindungstechnik, Kupplungen, Hydraulikrohren, Adaptern oder Absperrelementen. Weitere Themen: Frühzeitiges Erkennen von vorzeitigen Ausfällen im Leitungssystem und Kenntnisse Erlangen zum Erstellen der Rechtssicherheit durch regelmäßige qualifizierte Prüfungen inklusive der erforderlichen Dokumentation. Ein weiterer Kurs wird zum Thema Wartung angeboten. Denn eine gute Wartung trägt zur Verfügbarkeit, Effizienz und Sicherheit einer Anlage bei. In diesem Seminar werden Hinweise gegeben, welche Komponenten regelmäßig kontrolliert werden sollten, und wie diese Kontrollen durchgeführt werden. Zum besseren Verständnis werden die Funktionen, Störungsmöglichkeiten, Fehlererkennung der Komponenten und Systeme erläutert. Insbesondere die Gefährdungen im Zuge der Instandhaltung hydraulischer Anlagen sind häufig unbekannt und werden unterschätzt. Im Seminar werden die Gefahren mit praktischen Beispielen verdeutlicht sowie Maßnahmen zum sicheren Umgang erläutert. Für fortgeschrittene Anwender der Stetigventiltechnik ist das Seminar Proportional Technik gedacht, die diese Systeme einstellen und instandhalten. Der Inhalt bezieht sich daher mehr auf das Betriebsverhalten im elektro-hydraulischen System als auf konstruktive und elektronische Details, die für praktische Anwender weniger interessant sind. Mit vielen praktischen Übungen wird schrittweise die Handhabung der Stetigventiltechnik erlernt. Besonderer Wert wird dabei auf das elektro-hydraulische Systemverständnis gelegt dies ist besonders nützlich, um bei Störungen die Ursachen schneller ermitteln zu können. In dem Seminar Mobilhydraulik werden die grundlegenden Funktionen der Mobilhydraulik vermittelt. Der Schwerpunkt liegt bei Loadsensingsystemen, da hier in der Anwendung viele Unsicherheiten existieren. An einer realen Maschine ist es sehr schwer die Grundlagen zu vermitteln. Dies ist mit kleinen Schritten am übersichtlichen Trainingsstand sehr viel besser möglich. Am Trainingsstand werden auch die Einstellungen einer druck-/förderstromgeregelten Pumpe geübt. Mit modernen Digitalmessgeräten können die Systeme analysiert und die Funktionen deutlich dargestellt werden. Mit den dort erworbenen Kenntnissen sind die Zusammenhänge und Funktionen einer realen Maschine später viel leichter verständlich. Viele Eigenschaften und Fehlerbilder vom Trainingsstand sind auch auf die reale Maschine übertragbar. Dieses Seminar bildet eine gute Basis für die speziellen Seminare der Baumaschinenhersteller. Es kann nicht die Ausbildung an der Baumaschine ersetzen, aber grundlegend vorbereiten und somit effizienter machen. Das Seminar Messtechnik und Analyse vermittelt die Möglichkeiten, mit Messgeräten eine System- und Fehleranalyse durchzuführen. Mithilfe eines digitalen Pocket-Messgerätes werden hier realistische Hydraulikschaltungen erlernt. webcode Dieser Defekt hätte mit der Kenntnis der richtigen Hydraulik- Anwendung sicher vermieden werden können. Dierk Peitsmeyer ist Trainer Fluidtechnik an der Internationalen Hydraulik-Akademie in Dresden und leitet dort den Bereich Forschung und Entwicklung fluid Markt /

5 PRÜFSTÄNDE Untersuchung hydraulischer Systeme Innovativer Universal-Hydraulikprüfstand mit Sekundärregelung Dierk Peitsmeyer Im folgenden Fachbeitrag werden ein innovatives Prüfstandkonzept mit Sekundärregelung und dessen Anwendungsmöglichkeiten dargestellt. Das Konzept entwickelte die Internationale Hydraulik Akademie GmbH, außerdem nahm sie auch die Auslegung der wesentlichen Komponenten vor. Die Ausführung des Prüfstandbaus mit Steuerung und Software erfolgte durch die adt-rinck GmbH. Autor: Dierk Peitsmeyer ist Leiter Forschung und Entwicklung der Internationale Hydraulik Akademie (IHA) GmbH in Dresden- Weixdorf Die Internationale Hydraulik Akademie (IHA) in Dresden wurde 2009 gegründet und bietet Dienstleistungen auf dem Gebiet der Hydraulik an. Auf Anregung des IHA- Kooperationspartners HANSA-FLEX AG wurde dieser möglichst universell einsetzbare Prüfstand zur Untersuchung von Hydraulikkomponenten und -systemen entwickelt. Die IHA bietet herstellerneutrale Dienstleistungen zur Untersuchung und Analyse von hydraulischen Komponenten und Systemen an für Hersteller hydraulischer Anlagen, Hersteller hydraulisch angetriebener Maschinen, Sachverständige und Gutachter, Forschung und Entwicklung, ausgeführt am Universal-Hydraulikprüfstand mit den genannten Werten und an Hydraulikanlagen vor Ort mit moderner

6 PRÜFSTÄNDE Messtechnik. Selbstverständlich werden die Versuchsdaten und -ergebnisse usw. vertraulich behandelt. Prüfstände sind normaler Weise für spezielle Aufgaben oder Produkte konzipiert. So erfordert ein Prüfstand für Pumpen im geschlossen Kreis eine andere Struktur als für Pumpen im offenen Kreis. Die Belastung der Pumpen erfolgt meist mit Druckbegrenzungsventilen oder Drosseln. Hierbei wird die Belastungsenergie in Wärme umgesetzt. Hydraulikkomponenten wie z. B. Ventile und Steuerungen werden mit den am Prüfstand vorhandenen Pumpen untersucht. Auch hier erfolgt die Belastung mit Druckventilen und entsprechender Wärmeentwicklung. Untersuchungen mit individuellen Pumpen und Steuerungen sind normaler Weise nicht möglich. Die Pumpenhersteller untersuchen ihre Pumpen und Ventilhersteller ihre Ventile. Die Kombination erfolgt erst beim Anwender in der Maschine oder Anlage. Auf dem Universalprüfstand der IHA können individuelle Pumpen zusammen mit den zugehörigen Systemkomponenten untersucht werden. Gesamtansicht des Universal-Hydraulikprüfstands rung ist dies so nicht möglich, weil bei unterschiedlichem Lastdruck gedrosselt werden muss. Bekannterweise entstehen bei der Drosselung Verluste. Durch die sekundärgeregelten hydraulischen Antriebe im Prüfstand wird die Belastungsenergie regeneriert, also dem Antrieb wieder zugeführt. Somit müssen nur noch die Druck- und Wirkungsgradverluste als Wärme abgeführt werden. Statt 100 % der Antriebsenergie mit der Belastung durch ein Druckventil in Wärme umzusetzen, können mit der Sekundärregelung bis zu 70 % der Energie regeneriert werden. Mit diesem Konzept ist die heute geforderte Verbesserung der Energieeffizienz gegeben. Bei hohen Verlusten eines ungünstigen Prüfaufbaues ist der Regenerationsgrad geringer, daher wurde für diesen Fall eine größere Hochdruckpumpe verwendet, als eigentlich erforderlich. Hydraulische Antriebe haben im Vergleich zu elektrischen Antrieben eine viel höhere Leistungsdichte. Damit konnte das Antriebssystem kompakt gestaltet werden. Ein weiterer Vorteil der Hydraulik ist ein problemloser Betrieb mit niedriger Drehzahl bei hohem Drehmoment. Bei Überlastung bleibt der Antrieb einfach stehen, ohne dass es zu Wärmeproblemen kommt. Frequenzgeregelte, elektrische Servomo- Sekundärregelung Die sekundärgeregelten Antriebe werden an einem Hochdrucknetz im geschlossenen Kreis betrieben. Durch die Regelung wird der Schwenkwinkel immer dem aktuellen Leistungsbedarf angepasst. Die Sekundärregelung kann in Drehzahl- oder Drehmomentregelung in vier Quadranten betrieben werden. Das Hochdrucknetz wird mit druckgeregelten Pumpen gespeist, der Druck kann in Abhängigkeit der Speicherfüllung variieren. Bei positiven Lasten (z. B. Winde heben) wird dem Hochdrucknetz Energie entnommen und bei negativen Lasten (z. B. Winde senken) wird Energie ins Hochdrucknetz zurückgeführt. Diese zurückgeführte Energie kann von anderen Antrieben genutzt oder in Speichern für spätere Bedarfe gespeichert werden. Für die sekundärgeregelten Antriebe ist es egal, ob die Leistung von der Pumpe, den Speichern oder einem anderen Sekundärantrieb kommt. Am Drucknetz können mehrere Sekundäreinheiten mit ganz unterschiedlichen Leistungen ohne Drosselverluste parallel betrieben werden. Im geschlossenen und offenen Kreis mit Primärsteue- Energiebilanz der Belastungskonzepte Prinzip der Sekundärregelung O+P 1-2/2011 3

7 PRÜFSTÄNDE Erstellung von Gutachten, Ermittlung von Kennwerten für Simulationen, verifizieren von Simulationen. Prinzip einer sekundärgeregelten Systemprüfanlage toren benötigen in diesem Fall eine starke Fremdkühllüftung und Frequenzumrichter sind auch nicht verlustfrei. Die sekundärgeregelten hydraulischen Antriebe können wie Servomotoren in vier Quadranten betrieben werden und damit in beiden Drehrichtungen antreiben oder bremsen. Für schnelle Beschleunigungsvorgänge sind Hydrospeicher im System vorhanden. Somit wird das elektrische Versorgungsnetz nicht mit Leistungsspitzen belastet. An die Sekundärantriebe können Pumpen und Motoren mit einem Maximal- Drehmoment von 700 Nm bei min -1 oder 750 Nm bei min -1 montiert werden. Zwischen der Pumpe und dem Bremsmotor können Steuerungen oder Komponenten aufgebaut werden. Mit der Drehzahl der Pumpe kann der Durchfluss sowie mit der Höhe und Richtung des Bremsmoments kann der Lastdruck variiert werden. Maximale Drehmomentgrenzwerte können je nach Anforderung individuell gesetzt werden. Für Pumpen mit geringerer Leistung ist ein Antrieb mit 156 Nm Drehmoment und min -1 vorhanden. Dieser kann auch als zweite Belastung im Parallelbetrieb genutzt werden. Prüfmöglichkeiten Mit dem IHA-Universalprüfstand können Pumpen im offenen oder im geschlossenen Kreis, hydraulische Komponenten und Steuerblöcke untersucht werden. Insbesondere die Untersuchung der Energieeffizienz eines Systems ist möglich. Zur Ermittlung von Verlusten im hydraulischen System wird die Antriebsleistung an der Pumpenwelle aus den gemessenen Werten Drehmoment und Drehzahl berechnet und mit der abgegebenen hydraulischen Leistung aus gemessenem Druck und Volumenstrom verglichen. Bei Bedarf können die erforderlichen Pumpen des Auftraggebers verwendet werden. Die Prüfungen müssen also nicht zwangsläufig mit den am Prüfstand vorhandenen Pumpen ablaufen. Bei der Untersuchung von Verstellpumpen kann der Schwenkwinkel durch eine Reduzierung der Drehzahl des Bremsmotors variiert werden. Damit ist die Ermittlung des Wirkungsgrades in verschiedenen Betriebspunkten möglich. Mit dem Bremsmotor ist es auch möglich, eine Berg- und Talfahrt zu simulieren. Dies ist für Antriebe mit negativen Lasten erforderlich. Zur Sicherheit vor Überlastungen können die maximale Drehzahl und das maximale Moment als Grenzwerte für die Sekundärregelung limitiert werden. Der IHA-Universalprüfstand stellt einen Großteil der erforderlichen Infrastruktur einer Hydraulikanlage zur Verfügung, wie z. B. Hochtanks mit großen Saug- Rücklaufleitungen, Rücklauf- und Nebenstromfliter, Leckölleitungen, variable Antriebe mit Pumpenträgern und Kupplungen, Aufbaufläche für Steuerungen, programmierbare digitale und analoge Signale, Messtechnik für Drehmoment, Drehzahl, Volumenstrom und Druck (andere industrielle Sensoren können verwendet werden), zusätzliche elektronisch geregelte Pumpe, Sicherheitstechnik. Für Untersuchungen am Prüfstand müssen somit nur die eigentlichen Versuchskomponenten zur Verfügung gestellt werden. Mit den Hochtanks sind optimale Saugverhältnisse vorhanden. Diese können durch gezieltes drosseln der Saugleitung verändert werden. Anwendern hydraulischer Systeme der Mobil- und Industriehydraulik werden folgende Möglichkeiten geboten: die herstellerneutrale Analyse von Pumpen, Motoren, Ventilen und Steuerblöcken, Optimierung von Prototypen, Beratung bei Entwicklungen, Unterstützung beim aktuellen Thema Energieeffizienz Mit diesem Prüfstand ist besonders die Ermittlung von Verlusten des gesamten Antriebsstrangs von der Pumpe bis zum Verbraucher möglich. Je nach Anordnung des Drucksensors können die örtlichen Verluste im System ermittelt werden. Mit den Grenzwerten für das Drehmoment in der Drehzahlregelung ist es auch möglich, den Sekundärantrieb mit den Drehzahl-Drehmoment-Kennwerten eines Dieselmotors zu betreiben. Hierzu bedarf es aber noch weiterer Entwicklungen und Versuche, falls es dafür einen Bedarf geben sollte. Sollte es Nachfragen für höhere Leistung geben, ist eine Erhöhung der Leistung mit Tandemantrieben möglich. Zu jedem vorhandenen Sekundärantrieb kann nochmals ein Antrieb in Reihe montiert werden, ohne gleich einen komplett neuen Prüfstand zu bauen. Mobile Messtechnik Die Messtechnik ist mobil und kann auch zu Messungen an hydraulischen Anlagen vor Ort eingesetzt werden. Als Messtechnik werden zwei digitale 8-Kanal-Universal- Messverstärker eingesetzt, an die alle gängigen industriellen Sensoren angeschlossen werden können. Mit der Auswertesoftware sind aussagekräftige Analysen möglich. Einsatzmöglichkeiten bei Herstellern und Betreibern hydraulischer Anlagen sind: Störungsanalyse, Optimierungspotenziale ermitteln, herstellerneutrale Systemanalysen, Gutachten, Unterstützung bei Inbetriebnahmen. Oftmals wird bei Messungen erst deutlich, was wirklich in einem hydraulischem System passiert. Die Vorgänge in der Hydraulik laufen hochdynamisch im Bereich von Millisekunden ab und können nur mit dafür geeigneten Messgeräten erfasst werden. Diese Messgeräte sind teuer. Für eine nur gelegentliche Verwendung wird sich die Anschaffung nicht rentieren. Die Bedienung der Messtechnik und die Analyse der Messwerte erfordert einige Erfahrung, die bei Herstellern und Betreibern hydraulischer Anlagen auch nicht immer vorhan- 4 O+P 1-2/2011

8 PRÜFSTÄNDE den ist. Oft werden hydraulische Komponenten bei einer Fehlersuche unnötigerweise ausgetauscht um zu sehen, ob der Fehler dann behoben ist. Mit Messungen kann der wirkliche Fehler analysiert und gezielt behoben werden. Dies ist gerade bei immer wiederkehrenden Ausfällen von Interesse. Beispiele aus der Praxis Ein Unternehmen im Vorrichtungsbau hat bisher immer elektromechanische Antriebe eingesetzt. Die Konstruktion war auf der Suche nach einem kompakteren, einfacheren Antrieb. Bei der Suche ist ein hydraulischer Antrieb als ideal angesehen worden. Im Unternehmen sind aber keine hydraulischen Kenntnisse vorhanden und so wurde dort der Einsatz von Hydraulik als kritisch beurteilt. Das Unternehmen hat sich an die IHA gewendet und um eine Beratung gebeten. Danach wurde ein Versuchsaufbau zur Simulation des Anwendungsprozesses erstellt und Messungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnte der Kunde von der Hydraulik überzeugt werden und erhielt Sicherheit bei der Anwendung. In einem anderen Fall wurde von einem Anlagenbetreiber eine zu geringe Geschwindigkeit mit hoher Last festgestellt. Zum Heben der maximalen Last sind Sekundärgeregelter Antrieb 270 bar erforderlich, die Pumpe ist auf maximal 285 bar eingestellt. Bei kleinen Lasten wurde die geforderte Geschwindigkeit erreicht. Dabei wurden hohe Druckverluste von 50 bar mittels Messungen an der Anlage in der Verrohrung festgestellt. Bei 235 bar Lastdruck wäre somit der Druck an der Pumpe 285 bar und die Pumpenfördermenge gleich Null. Da die Pumpe schon bei etwa 275 bar die Fördermenge reduziert wird auch der Druckverlust in der Verrohrung geringer. In diesem Fall wird die Fördermenge soweit reduziert bis der Druckverlust unter 15 bar ist. Wegen der Druckverluste in der Verrohrung tritt dieser Effekt schon ab einem Lastdruck von 225 bar auf. Dies bewirkt die geringe Geschwindigkeit. Nebenbei wurde auch eine hohe Ölerwärmung festgestellt. Dem Kunden wurde empfohlen, die Verrohrung in größerer Nennweite auszuführen und somit die Nutzleistung der Maschine zu erhöhen und die Ölerwärmung zu reduzieren. Die Druckeinstellung an der Pumpe konnte wegen der begrenzten Leistung des Antriebsmotors und des maximal zulässigen Drucks nicht erhöht werden. Druckverluste entstehen nicht nur in Rohrleitungen, sondern auch in Ventilen und Steuerblöcken. Falsche Einstellungen hätten im oben genannten Fall auch ursächlich sein können. Mittels Messungen konnte die wirkliche Ursache ermittelt werden. Somit konnte in diesem Fall ein Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz geleistet werden. IHA Werkfotos: HANSA-FLEX, J. Ahlers O+P 1-2/2011 5

9 FACHAUFSATZ FACHBERICHT Konstruktionsmethodik Hydraulik Energieeffizienz hydraulischer Systeme In diesem Beitrag sollen in verständlicher Form grundlegende Systemeigenschaften erläutert werden, da Kenntnisse der hydraulischen Systemtechnik im Vergleich zur Elektrotechnik nicht so verbreitet sind. Bei ungünstigen Konfigurationen hydraulischer Systeme können erhebliche Verluste ent stehen. Energetisch ungünstige Hydrauliksysteme entstehen oftmals aus Unwissen bei den Betreibern, weil diese beim Einkauf den Energieverbrauch nicht berücksichtigen. Beim Maschinenhersteller und Hydrauliklieferant entstehen durch einen höheren Energieverbrauch keine Kosten. Ein energieeffizientes System hat höhere Preise. Der Betreiber ist sich oftmals gar nicht bewusst welche ineffizienten Hydrauliksysteme günstig eingekauft wurden. Während des Betriebs entstehen jedoch laufend zu hohe Energie kosten. 1 Grundlagen Hydraulische Antriebe zeichnen sich durch hohe Kräfte bei kompakter Bauweise aus. Insbesondere sind lineare Bewegungen mit Differential-Zylindern einfach und robust realisierbar. Zu Zylinderantrieben gibt es keine konkurrenzfähigen Alternativen. Der Druck im hydraulischen System (Bild 1) ist abhängig von Lasten und Widerständen. Die Verbrauchergeschwindigkeit ergibt sich aus dem Volumenstrom zum Verbraucher und seinen spezifischem Volumen. Der Volumenstrom Q ist abhängig von der Druckdifferenz Dp und dem Öffnungsquerschnitt A (hydraulischer Widerstand). Jede Änderung bewirkt eine Änderung des Volumenstromes. Die hydraulische Leistung wird aus der Druckdifferenz und dem Volumenstrom berechnet: P = Q ù Dp / 600 P in kw Q in l/min Dp in bar Wenn durch eine Drossel ein Volumenstrom fließt, ist eine Druckdifferenz vorhanden, es entsteht immer eine Verlustleistung. Neben den Drosselventilen sind Rohre, Verschraubungen, Wegeventile, Rückschlag - ventile etc. verlustbringende Drosselstellen, insbesondere wenn diese zu klein dimen - sioniert sind und somit die Strömungsgeschwindigkeit hoch ist. Mit den gemessenen Kennlinien aus den Datenblättern der Hersteller kann der Druckverlust der einzelnen Komponenten beim vorhandenen Volumenstrom ermittelt werden. Es ist zu bedenken, dass sich die Druckverluste in Reihe addieren. Bild 1 Druckdifferenz, Volumenstrom Wird eine Reduzierung der Verbrauchergeschwindigkeit im Teillastbereich mittels Drosseln erreicht, können hohe Verlustleistungen entstehen. Der Systemdruck in einem Konstantdrucksystem muss höher als der höchstmögliche Lastdruck eines Verbrauchers projektiert werden, andernfalls könnte dieser nicht bewegt werden. An Verbrauchern mit geringerem Lastdruck wird die Druckdifferenz abgedrosselt, sonst würden diese mit unkontrollierter Geschwindigkeit fahren. Diese Drosselverluste haben in einem Hydrauliksystem den größten Anteil an der Verlustleistung. Anlagen mit Stetig- und Regelventilen sind davon besonders betroffen. An geöffneten Druckbegrenzungsventilen entstehen Verluste, wenn die Schließdruckdifferenz zu groß ist und daher schon bei geringerem Druck als dem eingestellten diese sich zu öffnen beginnen. Bedingt durch den Wirkungsgrad von Pumpen, Motoren und Zylindern sind wei- tere Verluste vorhanden. An diesen Verlusten ist nicht mehr viel zu optimieren, da die Komponenten im Allgemeinen einen guten Wirkungsgrad aufweisen. Druckgeregelte Verstellpumpen haben eine fast gleichbleibende Verlustlustleistung über den gesamten Schwenkwinkel. Das bedeutet auch, wenn keine Nutzleistung gefördert wird entsteht ständig Verlustleistung. Die Verlust- Konstruktion März Autor Dipl.-Ing. (FH) Dierk Peitsmeyer IHA Internationale Hydraulik Akademie GmbH Am Promigberg Dresden-Weixdorf Tel.: 03 51/ Fax: 03 51/ d.peitsmeyer@hydraulik-akademie.de

10 FACHBERICHT Hydraulik Bild 2 Konstantdrucksystem Mit einer förderstromgeregelten Pumpe wird die Druckdifferenz Dp an der Drossel auf z. B. 15 bar geregelt. Somit ist der Systemdruck immer nur um 15 bar höher als der aktuelle Lastdruck. Der Drosselverlust ist stark reduziert. Variable Lasten haben wegen des konstanten Dp keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit. Diese Systeme werden als Loadsensing in der Mobilhydraulik eingesetzt (Bild 3). Loadsensing erfordert spezielle Steuerblöcke, da dies mit Standardventilen nicht immer realisierbar ist. Als Nachteil sind Schwingungen und Instabilität zu nennen. Bei mehreren parallelen Verbrauchern müssen Druckwaagen zum Drosseln von unterschiedlichem Druckniveau verwendet werden. Der Pumpenregler regelt immer mit dem höchsten Lastdruck. An den Verbrauchern mit geringem Lastdruck entstehen entsprechende Drosselverluste. Am Verbraucher mit dem geringeren Lastdruck entstehen Drosselverluste an der Druckwaage. Mit 2-Kreissystemen kann eine Optimierung erreicht werden, dabei werden Verbraucher mit unterschiedlichem Lastdruck auf getrennte Pumpenkreise gelegt. Ähnliches kann auch mit unterschiedlichen Druckkreisen (Hochdruck, Mitteldruck, Niederdruck) und Speicherladeschaltungen erreicht werden, dabei werden die Verbraucher mit dem jeweils passenden Druckkreis verbunden. Kompliziert sind dabei die Schaltübergänge, wenn die Lasten über den Zylinderweg veränderlich sind. leistung ist hauptsächlich abhängig von Druck, Drehzahl und Wirkungsgrad der Pumpe. Ziel eines energieeffizienten Hydrauliksystems muss es sein, die Drosselverluste zu minimieren und Komponenten mit hohem Wirkungsgrad einzusetzen. Hinsichtlich der Kosten sind die Verlustleistung und die Einschaltdauer zu berücksichtigen. Wünschenswert ist eine Regeneration von Lage- und Bremsenergie. 2 Systeme Bild 3 Loadsensingsystem 2.1 Konstantdruck Die druckgeregelte Pumpe (siehe Bild 2) fördert nur so viel Öl ins System, um z. B. 250 bar konstant zu halten. Das Druckbegrenzungsventil darf bei diesem Druck nicht öffnen, auch nicht teilweise. Der Dros- selverlust entsteht im Teillastbereich an Verbrauchern mit geringem Lastdruck. Dieses System wird in der Industriehydraulik oft angewendet, da sich dies als stabil und zuverlässig erwiesen hat. Normalerweise werden mehrere Verbraucher mit unterschiedlichem Lastdruck mittels günstiger Ventiltechnik von einer Pumpe versorgt. Wegen der Abhängigkeit des Volumenstroms vom Dp an der Ventilöffnung sind kontinuierliche Geschwindigkeiten mit, während des Hubes, veränderlichen Lasten problematisch. 2.2 Loadsensing 2.3 Verdrängersteuerung Die effizienteste Steuerung ist die Verdrängersteuerung. Dabei wird die Pumpe auf die erforderliche Fördermenge gestellt. Da keine Drossel mehr erforderlich ist, entstehen auch keine Drosselverluste. Dieses System sollte möglichst angestrebt werden. Aktuelle Pumpen können sowohl den Förderstrom als auch den Druck elektronisch regeln. Ein paralleler Betrieb mehrerer Verbraucher ist nicht möglich, da diese niemals den gleichen Lastdruck haben. Der Verbraucher mit dem geringeren Lastdruck würde schnell fahren, während der mit dem höheren Lastdruck stehenbleibt. Daher eignet sich dieses System dort, wo ein Einzelbetrieb oder serieller Betrieb möglich ist. Dabei wird die Pumpe dem jeweiligen Zylinder mit einem Wegeventil zugeschaltet und entsprechend der geforderten Geschwindigkeit geregelt. Dieses System wird bei Kunststoffmaschinen und Pressen eingesetzt (Bild 4). Bei drehzahlvariablen Antrieben wird die Fördermenge einer Konstantpumpe mit der Drehzahl des Motors entsprechend der geforderten Verbrauchergeschwindigkeit geregelt. Dabei kommt meist eine Innenzahnradpumpe zum Einsatz. Auch bei diesem System entstehen keine Drosselverluste. Ein paralleler Betrieb mehrerer Zylinder ist ebenfalls 2 Konstruktion März

11 FACHAUFSATZ FACHBERICHT Konstruktionsmethodik Hydraulik nicht möglich. Wird ein Zylinder nicht benötigt kann der Motor abgeschaltet werden, während bei anderen Systemen Motor und Pumpe weiter laufen und Verlustleistung erzeugen. Dies bedeutet für jeden Zylinder eine separate Pumpe mit drehzahlgeregeltem Motor. Dadurch sind diese Systeme wesentlich teurer als Systeme mit nur einer Pumpe und mehreren Proportionalventilen. Bei vollelektrisch angetriebenen Maschinen sind jedoch für jede Bewegung immer ein Elektromotor und ein Getriebe vorhanden. Die drehzahlvariablen Pumpen haben besonders große Vorteile bei Anwendungen mit hohen Teillastanteilen durch unterschiedliche Belastungen und Geschwindigkeiten sowie Standbyzeiten. Das Energieeinsparpotential kann bis zu 80 % betragen. Die Steuerbarkeit ist einfacher, weil eine Abhängigkeit vom Dp nicht vorhanden ist. Bei einem Proportionalventil entspricht eine Sollwertvorgabe nicht direkt einer Geschwindigkeit, weil das Dp am Ventil auch noch einen Einfluss hat. Kritisch ist das Abbremsen der Last, da die beschleunigte Masse weiterfährt, während der Motor die Drehzahl verringert. In diesem Fall werden Bremsschaltungen verwendet. Ungünstig sind ziehende Lasten, wenn während des Hubes ein Wechsel der Lastrichtung auftritt. Zunächst wird der Zylinder durch das Eigengewicht gezogen, nach dem Aufsetzen drückt der Zylinder. Während des Senkens sollte der Druck im Zylinder nicht unter 10 bar abfallen um Luftauslösung zu vermeiden und bremsen zu können. Eine Energieregeneration beim Senken ist so nicht möglich, im Gegenteil muss noch Energie zum Senken zugeführt werden (Bild 5). Bei den neusten Entwicklungen wird die Last in allen vier Quadranten sicher geführt und es ist eine Energieregeneration beim Bremsen und Senken möglich. Verluste entstehen nur durch den Wirkungsgrad der Komponenten. Ein paralleler Betrieb ist auch hier nicht möglich. Bei elektrischen Antrieben ist dies jedoch auch der Fall. Unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz sind diese Antriebe sehr interessant. Es sind % weniger Energie im Vergleich mit Proportionalventilen erforderlich. Geeignet ist dieses System bei Antrieben mit vertikalen Massen, großen Kräften, hoher Einschaltdauer mit Teillast, variablem Lastdruck, Wechsel der Lastrichtung in der Bewegung und besonders bei variablen Geschwindigkeiten. Es können nur bestimmte Zylinderübersetzungen verwendet werden, dies schränkt die Flexibilität bei der Auswahl von Zylindern ein. Dieses System (Bild 6) vereint die Vorteile der Hydraulik (kompakt, robust, Bild 4 p, Q-geregelte Pumpe Bild 5 Verdrängersteuerung überlastsicher, elastisch) und der elektrischen Antriebstechnik (effizient, gut regelbar, gängige Technik). Eigentlich wird hier die Hydraulik als robustes Getriebe mit hoher Übersetzung genutzt. Spezielle Hydraulikkenntnisse sind nicht mehr erforderlich, da die gesamte Steuerungskompetenz in der elektronischen Ansteuerung des Antriebsmotors liegt. Elektrische Systeme mit Zwischenkreis, Frequenzumrichtern und Servomotoren sollten die Brems- u. Senkenergie schnell speichern können statt diese mit Bremswiderständen in Wärme umzusetzen. 2.4 Bremsventile Bremsventile sind zum sicheren Senken von Lasten unbedingt erforderlich (Bild 7). Die Last könnte sonst unkontrolliert abstürzen. Während des Senkvorgangs darf kein Unterdruck entstehen. Die dabei entstehenden Luftauslösungen führen zu Schäden durch Kavitation und den Dieseleffekt. Ganz besonders gefährlich ist der Unterdruck bei Hydraulikmotoren. Bei Luftauslösung im Zulauf haben die Motoren kein Drehmoment mehr und eine Last stürzt im freien Fall ab. Zur Sicherheit soll der Zulaufdruck mindestens 10 bar betragen. Dies bedeutet die Lasthaltung muss entsprechend höher als der Konstruktion März

12 FACHBERICHT Hydraulik Bild 6 Differentialpumpe höchst mögliche Lastdruck eingestellt sein, um zusätzlich noch einen Druck von mindestens 10 bar im Zylinderkolbenraum zu erhalten. Der Systemdruck muss zum Heben oder für andere Verbraucher im gleichen System 250 bar betragen! Eine weitere Bauart von Senkbremsventilen regelt den Druck im Zulauf (Bild 8). Wird der Druck im Zulauf größer als der Federwert (z. B. 10 bar) öffnet der Drosselkolben. Mit steigendem Zulaufdruck wird der Drosselkolben geöffnet, mit fallendem Zulaufdruck von der Regelfeder geschlossen. Der Zulaufdruck soll in einem Bereich von z. B bar konstant gehalten werden. Diese Bremsventile neigen zu Schwingungen, da es sich um ein geregeltes System handelt. Bei Winden- und Fahrantrieben werden diese Bremsventile eingesetzt. Mit Bremsventilen wird die Lageenergie in Wärme umgewandelt. Bremsventil Bild Geschlossener Kreis Im geschlossenen Kreis (Bild 9) sind Pumpe und Motor direkt verbunden. Die Lastseite bildet den Hochdruck, die andere Seite ist Niederdruck. Geschwindigkeit und Drehrichtung der Winde werden mit dem Schwenkwinkel der Pumpe gesteuert. Da der geschlossene Kreis ohne Drosselventile arbeitet, ist der Wirkungsgrad relativ hoch. Es entstehen nur Verluste durch Leckage, Reibung und Ausspeisung. Die Speisepumpe ergänzt Leckagen und die Ausspeisemenge. Die Ausspeisung erfolgt immer vom Niederdruck und ist auch zur Wärmeabfuhr erforderlich. Im geschlossen Kreis ist ein paralleler Betrieb von mehreren Motoren mit Stromteilern möglich, die unterschiedlichen Lastdruck mit Verlusten drosseln. Alternativ können die Motoren elektronisch drehzahlgeregelt werden. Hierbei entstehen keine Drosselverluste. Der geschlossene Kreis wird bei mobilen Arbeitsmaschinen für Fahr-, Drehwerks- und Windenantriebe eingesetzt. Eine Regeneration ist im geschlossenen Kreis mit einer zusätzlichen Regenerationspumpe möglich. Dabei ist zu bedenken, dass Verluste durch den Wirkungsgrad entstehen. Diese sind im Vergleich zu den Bremsventilverlusten relativ gering. 2.6 Sekundärregelung Bild 8 Windenbremsventil Bei der hydraulischen Sekundärregelung (Bild 10) sind drehzahlgeregelte Hydraulikantriebe an einem Hochdruck- und Niederdrucknetz im geschlossenen Kreis angeschlossen. Die Antriebe entnehmen dem Hochdrucknetz Leistung im Motorbetrieb zum Heben. Beim Senken wird Leistung ins 4 Konstruktion März

13 FACHAUFSATZ FACHBERICHT Konstruktionsmethodik Hydraulik Hochdrucknetz im Pumpenbetrieb eingespeist. Für die sekundärgeregelten Antriebe ist es ohne Bedeutung, aus welcher Quelle (Hochdruckpumpe oder andere Antriebe) die Energie kommt. Die Hochdruckpumpe bringt die Wirk- und Verlustleistung auf. Der Hochdruckspeicher dient zur Speicherung von Senkenergie und zur Deckung von Leistungsspitzen z. B. für Beschleunigungen. Die Niederdruckpumpe ergänzt Verluste durch Leckagen und Steueröl. Der Betrieb ist energieeffizient, weil keine Drosselverluste entstehen und eine Regeneration und Speicherung von Energie mit Hydraulikspeichern in einfacher Weise möglich ist. Leistungsspitzen werden durch Hydraulikspeicher gedeckt und belasten nicht das Stromnetz oder den Dieselmotor. Der Parallelbetrieb von Verbrauchern im 4-Quadranten-Betrieb ist ohne gegenseitige Beeinflussung möglich. Das Betriebsverhalten ist ähnlich wie mit elektrischen Synchronmotoren mit hoher Dynamik. Die Antriebe sind kompakt bei hoher Leistung. Als Nachteile sind der hohe Lärmpegel bis zu 100 dba sowie die komplexe Regelungstechnik und Inbetriebnahme zu nennen. Die Sekundärregelung ist mit Zylindern nicht möglich, da diese in der Wirkfläche nicht verstellbar sind. Hier muss der Umweg über zusätzliche Rotationseinheiten gegangen werden. Dabei handelt es sich um das gleiche Prinzip wie bei drehzahlvariablen Pumpen. Der sekundärgeregelte Antrieb kann, als drehzahlgeregelter Antrieb, einen elektrischen Servomotor ersetzen. Bei Leistungen über 50 kw könnte sich dies bereits lohnen, da Synchron-Servomotoren aus teuren Materialien bestehen und die weiteren Komponenten bei hohen Leistungen relativ teuer sind. Asynchron-Motoren sind preisgünstiger, haben aber höhere Verluste. Eine schnelle elektrische Energiespeicherung hoher Leistung ist nicht unproblematisch. Meist werden die Brems- und Senkenergie mit Bremswiderständen in Wärme umgesetzt. Hier könnten sekundärgeregelte Hydrauliksysteme mit Hydrospeichern Vorteile bieten. Für mobile Arbeitsmaschinen mit ständigen Start-Stopp-Vorgängen könnte diese Art der schnellen Energiespeicherung mit hoher Leistung an Bedeutung gewinnen. Ein Beispiel ist der sekundärgeregelte Hydraulik-Prüfstand der IHA, bei dem die Belastungsleistung regeneriert wird. Allein mit dem Ersatz der ursprünglich vorgesehenen großen 200 kw-wasserkühlanlage durch vier 20 kw-öl-luftkühler waren die höheren Investitionen für die Sekundärregelung ausgeglichen. Sekundärregelung Bild 9 Geschlossener Kreis Bild 10 Bisher ist diese Technik zu teuer und aufwändig. Aber mit steigenden Energiepreisen und der Forderung nach mehr Energieeffizienz könnte sich dies für hochproduktive Maschinen ändern. Auf diesem Gebiet gibt es noch Entwicklungsbedarf hinsichtlich Wirkungsgrad, Geräusch, anwenderfreundliche Systeme, Kostenreduzierung und weitere Anbieter. 3 Zusammenfassung Hinsichtlich der Energieeffizienz ist jede Drosselung zu vermeiden. Es soll nur die Energie, die wirklich gebraucht wird, erzeugt werden. Dies ist mit ventilgesteuerten Systemen, an denen mehrere Verbraucher mit unterschiedlichem Lastdruck arbeiten, nicht möglich, insbesondere wenn im Teillastbereich gefahren wird. Verdrängergesteuerte Systeme mit drehzahlvariablen Antrieben sind hier im Vorteil, bedeuten aber eine andere Systemkonfiguration und höhere Investitionen. Diese können sich jedoch bei hochproduktiven Systemen schnell amortisieren. Die drehzahlvariablen Antriebe können sowohl mit elektrischen Servomotoren oder bei hohen Leistungen mit hydraulischer Sekundärregelung realisiert werden. Die Energie aus Senk- und Bremsvorgängen kann regeneriert werden. Konstruktion März

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17 Panorama Links sieht man deutlich, dass der Messanschluss links durch eine mit dem Manometer nicht messbare Druckspitze zerstört wurde. Dierk Peitsmeyer, IHA in Dresden & Ölkraft kann Bauteile zerstören Welche Folgen haben Druckspitzen, was sind die Ursachen und wie kann man sie vermeiden? Wie gefährlich sind Druckspitzen? Heinz Braun, Servicetechniker: Mein Messanschluss sieht aus wie plattgeschlagen. Habe ich die Überwurfmutter zu fest angezogen? Die Hydraulik-Akademie in Dresden schult Anwender von hydraulischen Systemen und wird immer wieder mit mit der Frage konfrontiert, wie sich denn zerstörerische Druckspitzen in der Praxis vermeiden lassen. Dierk Peitsmeyer ist nicht nur Trainer Fluidtechnik an der Akademie, er leitet auch den Bereich Forschung und Entwicklung, hat einen Hydraulik-Prüfstand entwickelt, der Komponenten herstellerneutral im laufenden Betrieb miteinander testen kann. Nein, da waren Druckspitzen am Werk, die hydraulische Bauteile zerstören können. Dabei ist weniger die Höhe des Drucks entscheidend als der zeitliche Anstieg. Dies wird mit der Druckanstiegszeit dp/dt in bar/s bezeichnet. Je schneller ein Druck ansteigt, umso höher ist die Druckanstiegszeit. Wenn z.b. ein Druck von 0 auf 250 bar in 0,002 s steigt, dann beträgt die Druckanstiegszeit 250/0,002 = bar/s der Wert ist wegen der kurzen Zeit für den Druckanstieg in 2 ms so groß. Diese Werte sind in hydraulischen Systemen keine Seltenheit. Die zerstörende Wirkung, insbesondere auf kleine bewegliche Bauteile, ist entsprechend. Bildlich kann man sich dies auch so vorstellen: Man lege einen 250 g schweren Hammer langsam auf einen Nagel. Was passiert? Nichts! Nun wird der Hammer mit Schwung schnell auf den Nagel geschlagen. Und jetzt wird der Nagel ins Holz getrieben. Jeder Schlosser weiß, wenn etwas nur lange genug mit dem Hammer bearbeitet wird, geht es kaputt, oder Schrauben werden locker. Druckspitzen sind auch eine Ursache für Leckagen, weil die Schraubverbindungen und Dichtungen ständig überlastet werden. Welche Werte für die Druckanstiegsgeschwindigkeit bei Hydraulikbauteilen zulässig sind, ist meist nicht bekannt. Übrigens wird die Wirksamkeit von Sprengstoffen unter anderem mit der Druckanstiegsgeschwindigkeit definiert. Wie misst man Druckspitzen: Die Messtechnik muss Daten im Millisekundenbereich erfassen können. Dies ist nur mit elektroni- schen Geräten mit hoher Abtastrate (min Hz, d.h Werte pro Sekunde) möglich. Die Höhe der Druckspitze allein ist nicht aussagekräftig genug, es muss auch die Zeit des Anstiegs ermittelt werden. Dies ist am besten in einer gezoomten Darstellung und Messwertkursor möglich. Messschläuche hingegen dämpfen den Druckverlauf und können deshalb bei Druckspitzenmessungen nicht verwendet werden. Was sind die Ursachen für Druckspitzen: Luft im System ist eine Ursache, weil die beschleunigte Ölsäule mit hoher Geschwindigkeit die Luftblase komprimiert und dann abrupt gebremst wird. In diesem Fall wirkt die kinetische Energie der Ölsäule. Bei schnellen Regelvorgängen können ebenfalls Druckspitzen entstehen. Dabei wird die Ölsäule stark beschleunigt und verzögert, dies wirkt sich besonders bei langen Rohrleitungen negativ aus. Die schnellen Schaltübergänge an Wegeventilen erzeugen häufig Druckspitzen, insbesondere bei hoher Druckdifferenz. Extreme Werte werden erreicht, wenn Unterdruck mit Luftauslösung vorhanden ist. Hier sind insbesondere Rücklaufleitungen betroffen. Wenn 250 bar schlagartig in die Rücklaufleitung schießen, kann dies wie eine Detonation wirken. Welche Optimierungsstrategien gibt es: Das System muss richtig entlüftet werden. Sollte jedoch irgendwo Unterdruck im System entstehen, wird allerdings immer wieder Luft aus dem Öl herausgelöst. Unterdruck im System muss schaltungstechnisch vermieden werden. Vor und nach Regelventilen sollte man Speicher einbauen, die Schaltzeiten der Wegeventile verlängern und die scharfkantigen Übergänge mit Voröffnungsnuten entschärfen, um damit die schlagartigen Schaltübergänge zu vermindern. Alle Maßnahmen sollten mit Messungen begleitet und überprüft werden. Dabei ist es wichtig, keine Minderung der Produktivität durch zu lange Schaltvorgänge zu erzeugen. Die IHA Internationale Hydraulik Akademie, Dresden, kann Betreiber hydraulischer Anlagen dank moderner Messtechnik und ihres Know-hows dabei unterstützen, die tatsächliche Ursache zu ermitteln. Kontakt .: info@hydraulik-akademie.de 20 fluid 10 / 2010

18 Messen, Seminare und Termine //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 3. Instandhaltungs- und Servicetagung der Internationalen Hydraulik Akademie \\ 21. und 22. Juni, Weiterstadt \\ Die Internationale Hydraulik Akademie (IHA) mit Sitz in Dresden-Weixdorf veranstaltet zum dritten Mal eine Instandhaltungs- und Servicetagung, die sich speziell an verantwortliche Führungskräfte und Mitarbeiter in der hydraulischen Instandhaltung richtet. Veranstaltungsort ist die HANSA-FLEX-Niederlassung Weiterstadt bei Darmstadt. Der Umgang mit hydraulischen Anlagen bringt stets ein nicht zu unterschätzendes Risiko mit sich. Durch die hohen Drücke, die in modernen Maschinen verwendet werden, kann jeder Unfall verheerende Auswirkungen haben. Tritt zum Beispiel bei einem Leck in einer Schlauchleitung ein Ölstrahl (der mit mehr als 800 bar Druck angetrieben sein kann) aus, kann dieser ohne Weiteres beinahe jede Schutzkleidung durchdringen und zu tödlichen Verletzungen führen. Ebenso sind erhebliche Umweltschäden zu befürchten, wenn Hydrauliköl in größeren Mengen durch einen Defekt an einer hydraulischen Anlage austritt. Die Erfahrung zeigt, dass sich verantwortliche Instandhalter und Maschinenbetreiber über dieses Risiko nicht vollkommen im Klaren Das Unternehmen Großer Erfolg mit der zweiten Fachmesse FREIRAUM 2012 \\ GODELMANN \\ Die Initiative und das Engagement der GODELMANN KG mit der Durchführung der zweiten Fachmesse FREIRAUM haben sich gelohnt: Mit einem neuen Besucherrekord ging die FREIRAUM auf dem Werksgelände in Högling Ende April bei strahlendem Sonnenschein zu Ende. Die drei Messetage wurden von den Besucherinnen und Besuchern aus ganz Deutschland, Österreich, der Schweiz und Tschechien intensiv genutzt. Vorträge, Diskussionen, Werksführungen und Präsentationen rund um das Thema Freiraumgestaltung standen im Mittelpunkt des Interesses der mehr als 2500 Besucherinnen und Besucher. IHA sind. Daher bietet die IHA als Schulungs- und Forschungseinrichtung in der Fluidtechnik (also den Technologien, in denen Flüssigkeiten zur Kraftübertragung eingesetzt werden) regelmäßig Schulungen, Tagungen und Infoveranstaltungen an. Durch den richtigen Umgang, die gewissenhafte Wartung und vor allem durch den Einsatz der richtigen Öle können viele Schäden und Maschinenausfälle bereits im Vorfeld verhindert werden. Mit Vorträgen von kompetenten Fachleuten werden auf der 3. Instandhaltungs- und Servicetagung nützliche Hinweise gegeben, damit es erst gar nicht zu Störungen (beispielsweise durch das Hydrauliköl) und zu gefährlichen Situationen kommt. Für verantwortliche Führungskräfte werden speziell die Vor- Internationale Hydraulik-Akademie (IHA) Die 2007 gegründete IHA bietet herstellerunabhängig und neutral Dienstleistungen zur Untersuchung und Analyse hydraulischer Komponenten und Systeme sowie praxisorientierte Schulungen und Weiterbildungen für die Industrie- und Mobilhydraulik an. Zielgruppen sind die Hersteller und Betreiber hydraulischer Anlagen oder hydraulisch angetriebener Maschinen sowie der Bereich Forschung und Entwicklung. Durch Optimierung von Produkten und Prozessen sowie Minimierung der Fehlerquote können Kosten gesenkt, Betriebszeiten verlängert und die Effizienz nachhaltig gesteigert werden. Nicht nur die internationalen Referenten wie Eelco Hooftman von GROSS.MAX. aus Edinburgh, Kai-Uwe Bergmann (BIG/Kopenhagen) und Herbert Dreiseitl (Atelier Dreiseitl/ Überlingen) referierten in vollbesetzten Vortragszelten, sondern auch die praxisnahen Workshops, die sich an den Handel sowie den GaLaBau richteten, stießen auf GODELMANN große Resonanz. Die Messe-Zeltstadt inmitten des Werksgeländes, Werkshallen, in denen während der gesamten Messezeit weiterhin Beton-Flächensysteme in GODEL- MANN-Qualität produziert wurden, beeindruckten durch ihre Weitläufigkeit und Funktionalität. Ein innovatives Konzept, das seine Fortsetzung finden soll. schriften im Zusammenhang der eigenen Rechtssicherheit mit Hydraulikanlagen erläutert. Die Themen sind für die Instandhaltung hydraulischer Anlagen ausgewählt. Vorträge zum Thema Öle Öl kann sprechen Ausfallursachen und deren Vermeidung, Fluidservice, praktische und rechtliche Sicherheit für Hydraulikschlauchleitungen durch die BGR 237 und Ausbildung sind geplant. Infos zur Instandhaltungsund Servicetagung im Internet unter hydraulik-akademie.de. Bauma ausgebucht \\ 15. bis 21.April 2013, München \\ Rund zehn Monate vor ihrer Eröffnung ist die Bauma, Fachmesse für Baumaschinen, Baustoff - maschinen, Bergbau - maschinen, Baufahrzeuge und Baugeräte, ausgebucht. In allen Bereichen wird eine Warteliste geführt und das obwohl die Ausstellungsfläche auf die Rekordgröße von m 2 erweitert wird. Für die weltgrößte Messe werden im Nordwesten des Messegeländes weitere m 2 zur Verfügung gestellt. Georg Moller, Projektgruppenleiter bei der Messe München International:»Mit dem zusätzlichen Areal können wir mehr Aussteller zulassen als zur vergangenen Veranstaltung. Dennoch ist es uns nicht möglich, allen Flächen- und Teilnahmewünschen der Unternehmen gerecht zu werden.«die Bauma 2013 ist auf dem besten Weg, die Ergebnisse der Vorveranstaltung zu übertreffen: Damals nahmen insgesamt 3256 Aussteller aus 53 Ländern sowie über Besucher aus mehr als 200 Ländern teil. 06/12 MAGAZIN.eu 123