Ein Ratgeber von Technic King für Landwirte, Werkstätten und Maschinenbauer

Ein Frontlader, der bei der Transportfahrt aufschaukelt. Ein Ausleger, der bei jedem Stoß ruckt. Leitungen, die bei jedem Pumpenhub zittern. Die Ursache ist fast immer dieselbe: Druckstöße und Schwingungen im Hydrauliksystem. Hydrauliköl lässt sich praktisch nicht zusammendrücken und kann deshalb nicht wie eine Feder arbeiten.

Genau hier hilft ein Membranspeicher, auch Hydrospeicher genannt. In diesem Beitrag erklären wir, wie ein doppelter Membranspeicher mit 70 bar und 30 bar Stickstoff-Vorfülldruck funktioniert, warum zwei Speicher mit unterschiedlichem Vorfülldruck oft die bessere Lösung sind und worauf Sie bei Auslegung, Montage und Sicherheit achten müssen.

Was ist ein Membranspeicher?

Ein Membranspeicher ist ein Druckbehälter mit zwei Räumen, die durch eine flexible Membran getrennt sind. Auf der einen Seite befindet sich Stickstoff, auf der anderen Seite das Hydrauliköl.

Steigt der Öldruck über den Vorfülldruck, strömt Öl in den Speicher und verdichtet das Gas. Das Gas wirkt dabei wie eine Feder. Sinkt der Druck wieder, drückt das Gas das Öl zurück ins System. Druckspitzen werden so aufgenommen und gedämpft wieder abgegeben.

Wichtig zu wissen: Unterhalb des Vorfülldrucks passiert nichts. Solange der Öldruck niedriger ist als der Gasdruck, bleibt der Speicher gefüllt mit Gas und nimmt kein Öl auf. Der Vorfülldruck ist deshalb die wichtigste Stellgröße eines Hydrospeichers.

Typische Aufgaben von Membranspeichern laut Herstellerangaben sind Pulsationsdämpfung, Stoßdämpfung und Federung, Schockabsorption, Leckageausgleich, Volumenkompensation und Notbetätigung.

Das Problem mit nur einem Speicher

Ein einzelner Speicher wirkt nur oberhalb seines Vorfülldrucks. Bei stark wechselnder Last wird das zum Problem. Beispiel Frontlader: Ohne Anbaugerät herrscht im Hubzylinder ein deutlich niedrigerer Druck als mit schwerer Palettengabel oder gefüllter Schaufel.

• Hoher Vorfülldruck: Bei leerem Lader liegt der Druck unter dem Vorfülldruck, der Speicher reagiert nicht, der Lader schaukelt.
• Niedriger Vorfülldruck: Bei hoher Last ist das Gas schon stark verdichtet. Es bleibt wenig Reserve, die Dämpfung wird hart.

Ein Speicher deckt also nur einen engen Lastbereich gut ab.

Die Lösung: zwei Speicher mit 30 und 70 bar

Beim doppelten Membranspeicher arbeiten zwei Speicher mit unterschiedlichem Stickstoff-Vorfülldruck parallel am selben Hydraulikkreis:

• Speicher mit 30 bar Vorfülldruck: reagiert schon bei niedrigem Druck. Er sorgt für Dämpfung bei leerem oder leicht beladenem Lader.
• Speicher mit 70 bar Vorfülldruck: setzt ein, sobald der Druck über 70 bar steigt. Er übernimmt die Hauptarbeit bei Anbaugerät oder Ladung. Weil er bei hohem Druck noch mehr Gasvolumen zur Verfügung hat, kann er dort deutlich mehr Öl aufnehmen als der 30-bar-Speicher.

Stellen Sie sich eine Fahrzeugfederung mit einer weichen und einer harten Feder vor: Die weiche Feder reagiert früh, die harte trägt bei hoher Belastung. So bleibt die Dämpfung sowohl im unbelasteten als auch im beladenen Zustand wirksam, nicht nur in einem schmalen Lastfenster.

Bei einem maximalen Betriebsdruck von 210 bar ergibt sich für den 30-bar-Speicher ein Druckverhältnis von 7:1. Für Membranspeicher werden laut DGUV Verhältnisse von etwa 6:1 bis maximal 8:1 genannt, die genauen Grenzwerte legt aber immer der Hersteller fest.

Aufbau eines Doppelspeicher-Sets

Ein Set besteht in der Regel aus:

• zwei Membranspeichern (30 bar und 70 bar Vorfülldruck)
• einem Anschlussblock, der beide Speicher mit dem Hydraulikkreis verbindet
• passenden Verschraubungen für den Anschluss
• optional einer Absperrung oder Schaltung

Bei der Absperrung gibt es drei gängige Varianten:

• Kugelhahn: Die Speicher lassen sich von Hand zu- und abschalten.
• Magnetventil: Die Dämpfung wird bequem per Knopfdruck aus der Kabine geschaltet.
• Festanschluss (Anschlussstück): Die Dämpfung ist dauerhaft aktiv.

Zum Abschalten der Dämpfung besteht ein praktischer Grund: Für besonders präzise Arbeiten, etwa beim feinfühligen Positionieren eines Anbaugeräts, ist ein federnder Lader unerwünscht. Technic King liefert solche Sets in verschiedenen Speichergrößen und mit unterschiedlichen Ventilvarianten.

Wo werden doppelte Membranspeicher eingesetzt?

• Frontlader an Traktoren: Schwingungstilgung bei Transportfahrten auf unebenem Untergrund. Das entlastet Fahrer, Traktor, Hubzylinder und Laderrahmen.
• Teleskoplader und Radlader: Dämpfung von Stößen beim Fahren mit Last.
• Bagger und weitere Baumaschinen: Abfedern von Stößen an Ausleger und Anbaugerät.
• Schneeschilde und Schneepflüge: Aufnahme von Stößen, wenn der Schild auf Hindernisse trifft.
• Industrie und Anlagenbau: Pulsationsdämpfung an Pumpen und Dämpfung von Druckstößen. Nach Herstellerangaben können Dämpfer Leitungsschwingungen und Rohrbrüche durch Materialermüdung verhindern.

Allgemein gilt: Überall dort, wo die Hydraulik stoßbelastet ist und die Last stark schwankt, kann ein Doppelspeicher sinnvoll sein.

Bei doppeltwirkenden Frontladern erfolgt der Anschluss üblicherweise an der Kolbenbodenseite des Hubzylinders. Beachten Sie dazu immer die Angaben des Laderherstellers.

Auslegung: Das müssen Sie wissen

Für Fachleute und alle, die es genau wissen wollen, hier die wichtigsten Regeln aus Herstellerunterlagen:

1. Vorfülldruck und Mindestdruck: Der Gasvorfülldruck darf höchstens das 0,9-fache des minimalen Arbeitsdrucks p1 betragen (p0 ≤ 0,9 × p1). Praktisch beginnt ein Speicher also erst ab etwa p0 ÷ 0,9 sinnvoll zu arbeiten.
2. Druckverhältnis: Das Verhältnis aus maximalem Betriebsdruck und Vorfülldruck darf den zulässigen Wert nicht überschreiten (Herstellerangabe).
3. Pulsationsdämpfung: Bei Pulsationsdämpfern liegt der Vorfülldruck üblicherweise bei etwa 60 bis 90 Prozent des mittleren Betriebsdrucks.
4. Restvolumen: Auf der Ölseite sollte stets ein Restvolumen von etwa 10 Prozent des Gasvolumens verbleiben. Der Speicher sollte nie ganz entleert werden.
5. Füllgas: Ausschließlich Stickstoff. Niemals Sauerstoff oder Druckluft, es besteht Explosionsgefahr.
6. Absicherung: Auch Membranspeicher mit weniger als einem Liter Volumen müssen laut Druckgeräterichtlinie gegen überhöhten Druck abgesichert sein, zum Beispiel durch ein Druckbegrenzungsventil im System.

Wie viel Öl nimmt ein Speicher auf?

Das nutzbare Ölvolumen hängt vom Vorfülldruck und vom Arbeitsbereich ab. Nach dem Gasgesetz von Boyle-Mariotte gilt (isotherme Betrachtung, Beginn des Arbeitsbereichs bei p1 = p0 ÷ 0,9):

Nutzvolumen = Nennvolumen × (0,9 − p0 ÷ p2)

Beispiel: Ein 70-bar-Speicher mit 0,16 l Nennvolumen nimmt zwischen 78 und 150 bar theoretisch etwa 0,16 × 0,43 ≈ 0,07 l Öl auf. Ein 30-bar-Speicher gleicher Größe nimmt zwischen 33 und 100 bar etwa 0,16 × 0,60 ≈ 0,10 l auf.

Hinweis: Die Werte sind eigene Berechnungen als theoretische Obergrenze. Bei schnellen Vorgängen wie Stößen verdichtet sich das Gas nahezu ohne Wärmeaustausch, das nutzbare Volumen fällt dann geringer aus. Für verbindliche Auslegungen gelten die Angaben des Herstellers.

Montage und Inbetriebnahme

1. System drucklos machen und gegen Wiedereinschalten sichern.
2. Anschlusspunkt wählen: Beim Frontlader an der Kolbenbodenseite des Hubzylinders, mit möglichst kurzer Leitung.
3. Set fest montieren. Bei starken Vibrationen muss der Speicher gegen Losdrehen gesichert werden.
4. Absicherung prüfen: Ein Druckbegrenzungsventil gehört in den Kreis.
5. Dichtheit kontrollieren und das System entlüften.
6. Funktionstest: Probefahrt auf unebenem Untergrund, bei Varianten mit Kugelhahn oder Magnetventil auch das Zu- und Abschalten prüfen.

Wir empfehlen, die Montage und jede Prüfung oder Korrektur des Gasvorfülldrucks einer qualifizierten Fachkraft zu überlassen. Der Vorfülldruck wird nur am drucklosen System mit geeignetem Prüf- und Fülleinrichtung geprüft.

Sicherheitshinweise

• Ein Hydrospeicher hält Druck auch nach dem Abstellen von Traktor und Pumpe. Lader und Anbaugerät können sich dadurch ungewollt bewegen.
• Vor Wartung oder Reparatur: Speicher absperren und das System drucklos machen. Prüfen Sie am Manometer oder Messanschluss, dass kein Restdruck ansteht.
• Bei Varianten ohne Absperrhahn muss der gesamte Hydraulikkreis nach den Vorgaben des Maschinenherstellers entlastet werden.
• Niemals schweißen, bohren oder mechanisch bearbeiten, niemals über den zulässigen Betriebsdruck von 210 bar hinaus betreiben.
• Nur Stickstoff verwenden.
• Bei gewerblicher Nutzung sind zusätzlich die Vorgaben der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) zu beachten.

Fazit

Ein doppelter Membranspeicher mit 70/30 bar Vorfülldruck dämpft Stöße und Schwingungen über einen breiten Lastbereich, ob der Lader leer oder voll beladen ist. Das schont Hydraulikzylinder, Rahmen und Maschine und erhöht den Fahrkomfort. Ob mit Kugelhahn, Magnetventil oder als Festanschluss: Die Wirkung kommt vom Speicherpaar.

Unser Sortiment an Membranspeichern umfasst Sets in verschiedenen Größen und Ventilvarianten. Bei Fragen zur Auswahl helfen wir Ihnen gern weiter: shop@technic-king.de

Quellen

• DGUV Fachbereich AKTUELL FBHM-046: Hydrospeicher (publikationen.dguv.de)