So wird die Hydraulik eines Hubschraubers geprüft

Das Prüfen von Hydraulikkomponenten, die einen hohen Stellenwert in einer Maschine vorweisen, müssen mitunter vor dem Einbau nochmals einer Prüfung unterzogen werden. Das Bauteil wird montagefertig angeliefert, mit definierter Reinheit. Eine zusätzliche Prüfung mit Hydrauliköl führt zu Verunreinigungen und ist schwer in den Montageprozess von Maschinekomponenten zu legen. Anstatt Hydrauliköl zu verwenden, kam Wasser als Alternative in Betracht. Jedoch sind Komponenten in der Wasserhydraulik begrenzt verfügbar, ebenso sind Drücke von 25 MPa nicht üblich. Mit dieser Problemstellung kam ein namhafter Hersteller zu dem Fluidexperten Aros, um eine Lösung ausarbeiten zu lassen. Aros entwickelte hierzu einen Druckmittelwandler, der einen hydraulischen Öldruck in einen identischen Wasserdruck übersetzt.

Hubschrauber sind immer noch ein fester 'Bestandteil der Luftfahrt. Ob bei Rettungseinsätzen, beim Militär, für Spezialtransporte oder im Gebirge – als wendige Helfer sind sie unverzichtbar. Doch kein Hubschrauber kommt ohne hydraulische Unterstützung aus. Die Steuerung wird bei kleineren Hubschraubern in der Regel mit hydraulischen Servomotoren unterstützt, um den Kraftaufwand für den Piloten zu verringern. Bei mittleren und großen Hubschraubern treten an der Taumelscheibe so große Kräfte auf, dass eine rein mechanische Steuerung nur mit Steuerstangen und Umlenkhebel nicht mehr möglich ist, und die Steuerung nur mit hydraulischer Unterstützung gewährleistet werden kann. Die Taumelscheibe ist ein wesentliches Steuerungselement beim Hubschrauber, das die rumpffesten und linearen Steuereingaben auf den Rotor, auf die sich drehenden Rotorblätter überträgt.

Die Steuerung des Heckrotors funktioniert grundsätzlich gleich. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass nur die kollektive Blattverstellung gebraucht wird. Auch hier gilt: je größer der Hubschrauber, desto größer sind die Steuerkräfte am Heckrotor und desto mehr muss die Steuerung mit hydraulischen Hilfsmitteln unterstützt werden.
Die Energieübertragung zu den einzelnen Steuerungselementen erfolgt mittels Hydraulikleitungen aus Titan. Diese sind im Rumpf des Hubschraubers verbaut und gehen bis zum Heckrotor.

Die Kabine des Helikopters wird in einer Taktung montiert, danach folgt der der nächste Montageschritt. Bei der Endabnahme der Kabine müssen die Leitungen nochmals auf 25 MPa geprüft werden. Hierzu wurde eine mobile Einheit entwickelt, die in einem Automatikbetrieb das Abdrücken der Leitung übernimmt und auswertet. Die Prüfdaten werden gespeichert und können für Prüfzeugnisse und Auswertungen weiterverarbeitet werden.

Auf Wunsch des Herstellers wird Wasser zum Testen der Leitungen verwendet. Hieraus ergeben sich Vorteile. Klarwasser ist gegenüber Öl umweltfreundlicher. Die Leitung kann rückstandsfrei übergeben werden. Dazu zählt auch, dass kleine Ölrückstände bei langer Lagerung verharzen, beziehungsweise Festkörper bilden. Diese Feinstpartikel sind für die Hydraulikkomponenten gefährlich. Wasser besitzt eine geringere Kompressibilität und bessere Regelungseigenschaften, was beim Abdrücken deutlich aufgefallen ist. Hier zeigte sich ein deutlich kleinerer Druckabfall als bei Mineralölen in der Hydraulik.

Wie bringt der Prüfer Wasser auf 250 bar? Die gängigen Komponenten hören derzeit bei 160 bar auf. Folgende Lösung liegt nah: Man benötigt einen Druckmittelwandler, der einen hydraulischen Öldruck in einen identischen Wasserdruck übersetzt. Aros kennt dieses Prinzip bereits beim Produkt Lineararmengenteiler, das zur Gleichlaufsteuerung bei Zylindern eingesetzt wird. Hierzu wird eine Kammer in einem Zylinder mit Öl beaufschlagt und der Kolben überträgt die Energie auf die nächste getrennte Kammer, die mit Wasser gefüllt ist. Durch die Bewegung des Kolbens in beide Richtungen kann die Wasserseite auch als Kolbenpumpe verwendet werden, um das Leitungspaket zunächst zu spülen und die Luft aus dem System zu führen.

Ist dieser Vorgang beendet, kann mit dem Druckaufbau beginnen. Ein automatisierter Ablauf startet. Mit einem kalibrierten Druckaufnehmer werden 30 Werte, über eine vorher festgelegte Prüfdauer, an die Steuerung übermittelt. Dabei wird jeder Druckwert mit einer Toleranz verglichen. Liegt nur ein Wert außerhalb der Grenzwerte, ist der Test nicht erfolgreich.

Der Druckmittelwandler ist vollständig aus hochwertigen Chrom Nickel Stählen aufgebaut und somit in den Anschaffungskosten vergleichsweise teuer. Der Nutzen einer rückstandsfreien Leitung jedoch wiegt den Anschaffungspreis auf. Zum Schließen wird ein handelsübliches Coaxialventil verwendet, das auf 100-prozentige Einschaltdauer ausgelegt wurde. Die notwendigen Rückschlagventile zum Befüllen des Druckmittelwandlers mit Wasser und anschließendem Druckaufbau ist eine Aros-Eigenentwicklung.

Auf der Öldruckseite wird ein Hydraulikaggregat eingesetzt, das von Aros ausgelegt und gebaut wurde. Eine Zweistufenpumpe sorgt für den notwendigen Druck zum Prüfen. Mit einer Siemens S7-Maschinensteuerung wird die der Prüfstand automatisiert betrieben. Durch verschiedene Module kann der Monteur die Anlage beliebig erweitern oder anpassen.