Ventiltechnik Lufteinschlüssen im Hydrauliksystem effektiv vorbeugen

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Lufteinschlüsse in Hydrauliksystemen beeinträchtigen deren Leistung. Ist Luft im Hydrauliksystem, kann sich z. B. die Reaktionsgeschwindigkeit von Aktuatoren verlangsamen. Entlüftungsventile und -blenden in Miniaturbauweise helfen dabei, die Lufteinschlüsse im System zu eliminieren.

Luft im Hydrauliksystem schmälert dessen Effizienz. Warum? Die in einem Hydrauliksystem enthaltene Luft wird abwechselnd komprimiert und dekomprimiert, wenn der Antrieb betätigt wird. Wenn der Bediener, beispielsweise eines Baggers, das Wegeventil öffnet, muss der Lufteinschluss komprimiert werden, bevor die Flüssigkeit die Bewegung des Stellantriebs einleiten kann. Diese Verzögerung der Bewegung führt zu einer langsameren Reaktion des Systems und somit zu reduzierter Effizienz. Eine schlechtere Manövrierfähigkeit ist die Folge. Darüber hinaus kann die fortgesetzte Bewegung des Aktuators zu einem Sicherheitsrisiko werden, wenn der Maschinenführer nicht mehr in der Lage ist, die Bewegung korrekt vorherzusehen und zu steuern.

Lufteinschlüsse können auch die Inbetriebnahme des Systems beeinträchtigen, zu negativen Folgen für das Betriebsgeräusch oder zu ungewollten Vibrationen führen. Gerade in der Bauwirtschaft wird größter Wert auf Effizienz, Produktivität und Wirtschaftlichkeit gelegt. Die durch Luft im Hydrauliksystem hervorgerufene Energieverschwendung, Leckage und Ineffizienz des Systems führt dementsprechend zu unzufriedenen Maschinenbetreibern und Maschinenführern.

Es gibt zwei Formen von Luft in Hydrauliksystemen:

• eingeschlossene Luft und

• gelöste Luft.

Eingeschlossene Luft in einem Fluidsystem ist in der Regel eine Lufttasche, die sich nur schwer ausspülen oder entfernen lässt. Sie kann bei der ersten Inbetriebnahme, nach einem Wartungsintervall oder auch während des andauernden Maschinenbetriebs auftreten.

Gelöste oder mitgerissene Luft besteht aus kleinen Luftblasen, die in einer Flüssigkeit suspendiert oder enthalten sind; die mitgerissenen Luftblasen fließen mit der Hydraulikflüssigkeit durch das System. Wenn das System gestoppt wird, kann die Luft nach oben wandern und sich in den Systemkanälen ansammeln, wodurch zusätzliche Lufteinschlüsse entstehen.

Warum manuelles Entlüften oft nicht ausreicht

Das manuelle Entlüften des Hydrauliksystems führt zu Ausfallzeiten auf der Baustelle und zu Produktivitätseinbußen. Treten Lufttaschen wiederholt in relativ kurzen Zeiträumen auf, müssen Wartungsintervalle verkürzt werden. Das verringert nochmals die Produktivität und steigert die Betriebskosten.

Alternativ versuchen Hydrauliksystemhersteller mit kleinstmöglichen Bohrungen ins Hydraulikgehäuse, die eingeschlossene Luft zurück in den Sumpf entweichen zu lassen und die Flüssigkeitsmenge, die aus dem System fließt, zu minimieren. Mit dieser Methode entsteht jedoch ein konstanter Flüssigkeitsstrom, der zu folgenden Nachteilen führt:

• erhebliche hydraulische Verluste,

• ineffiziente Systemleistung und

• Energieverschwendung.

Je größer das Loch ist, desto größer ist die Energieverschwendung.

Um diese hydraulischen Verluste auszugleichen, müssen Maschinenhersteller ihre Pumpen möglicherweise mit höherer Drehzahl laufen lassen oder sogar größer dimensionierte Pumpen einsetzen. Beide Ansätze führen zu erhöhtem Energieverbrauch. Wird eine größere Pumpe eingesetzt, steigt zudem das Gesamtgewicht und der benötigte Raumbedarf des Systems.

Häufig benötigen Hydrauliksysteme zudem mehrere Bohrungen, da es an multiplen Stellen zu Lufteinschlüssen kommen kann. Dies führt logischerweise zu nochmals gesenkter Effizienz. Die Bohrlöcher weiter im Durchmesser zu minimieren, erfordert hingegen spezielle Werkzeuge und Maschinen, was die Herstellungskosten erhöht und zudem ein erhöhtes Verstopfungsrisiko darstellt.

Vorteile von Miniaturblenden und -ventilen

Eine Alternative zu diesen Methoden stellen Entlüftungsblenden und -ventile dar, wie sie die Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH anbietet. Das Traditionsunternehmen Lee mit Hauptsitz in Connecticut, USA, fertigt Kleinstkomponenten für anspruchsvolle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik sowie im Maschinen- und Fahrzeugbau. Diese Entlüftungsblenden und -ventile werden in die Bohrungen des Hydraulikgehäuses eingebracht.

So funktionieren Entlüftungsblenden

Die Entlüftungsblende enthält eine Präzisionsdurchflussöffnung mit einem integrierten Sieb zum Schutz vor Verunreinigungen. Die Öffnung ermöglicht das Entweichen eingeschlossener Luft und ist klein genug, um den Durchfluss eines Großteils der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern; dadurch werden kontinuierliche Systemverluste minimiert. Leckage der Hydraulikflüssigkeit kann so um bis zu 99 Prozent reduziert werden. Üblicherweise werden diese Blenden an erhöhten Stellen eingebaut, wo sich während des Systembetriebs kleine Lufteinschlüsse bilden können. Sie werden auch an Stellen eingesetzt, an denen die Luft während des erstmaligen Entleerungs- und Befüllungsprozesses schwer zu entfernen ist.

So funktionieren Entlüftungsventile

Entlüftungsventile hingegen sind Kleinstkomponenten, die verhindern, dass Luft ins Hydrauliksystem zurückgesaugt wird, während das System herunterfährt. Beim Anfahren steigt der Systemdruck und öffnet das Entlüftungsventil, sodass eingeschlossene Luft entweichen kann. Wenn sich das System seinem Betriebsdruck nähert, schließt das Ventil, sperrt den Durchfluss ab und verhindert weitere Verluste. Entlüftungsventile werden in Bereichen eingesetzt, in denen größere Mengen an eingeschlossener Luft entweichen müssen.

Blenden und Entlüftungsventile helfen den Konstrukteuren von Hydrauliksystemen somit, die Systemleistung zu verbessern, indem sie dazu beitragen, eine effiziente und kontrollierte hydraulische Leistung bereitstellen. Sie minimieren die Leckage des Hydrauliksystems signifikant und minimieren gleichzeitig den Energieverbrauch.

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