550141 LI Hydraulik Grundstufe de - Festo Didactic · Arbeitsbuch TP 501 Mit CD-ROM Festo Didactic...

ArbeitsbuchTP 501

Mit CD-ROM

Festo Didactic

550141 DE

HydraulikGrundstufe

1Z21Z1

1A1

m

0V1

B

XA

1V2

A1V1 B

TP

BA

1V3

BAX

Bestell-Nr.: 550141

Stand: 09/2011

Autoren: Renate Aheimer, Frank Ebel, Annabella Zimmermann

Grafik: Doris Schwarzenberger

Layout: 09/2011, Frank Ebel

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2011

Internet: www.festo-didactic.com

E-Mail: [email protected]

Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,

soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte

vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen

durchzuführen.

Hinweis

Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch

Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine

geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

besseren Verständnis der Formulierungen.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 III

Inhalt

Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ V

Vorwort ______________________________________________________________________________ VI

Einleitung _____________________________________________________________________________ VIII

Arbeits- und Sicherheitshinweise ___________________________________________________________ IX

Trainingspaket Hydraulik (TP 500) __________________________________________________________ XI

Lernziele Hydraulik, Grundstufe (TP 501) _____________________________________________________ XII

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben _____________________________________________________ XIV

Gerätesatz ____________________________________________________________________________ XVII

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben __________________________________________________ XIX

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XX

Struktur der Aufgaben ____________________________________________________________________ XXI

Bezeichnung der Komponenten ___________________________________________________________ XXII

Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XXII

Aufgaben und Lösungen

Aufgabe 1: Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes ____________________________________________ 3

Aufgabe 2: In Betrieb nehmen einer hydraulischen Zweisäulenpresse ____________________________ 13

Aufgabe 3: Messen der Pumpenkennlinie ___________________________________________________ 21

Aufgabe 4: Messen der Öffnungskennlinie eines Druckbegrenzungsventils ________________________ 33

Aufgabe 5: Entladen einer Papiermaschine __________________________________________________ 41

Aufgabe 6: Öffnen eines Härteofens ________________________________________________________ 51

Aufgabe 7: Öffnen und schließen einer Kesseltüre ____________________________________________ 59

Aufgabe 8: Berechnen einer Montagevorrichtung _____________________________________________ 69

Aufgabe 9: Sortieren von Transportkisten ___________________________________________________ 73

Aufgabe 10: Messen der Kennlinie eines Stromregelventils ______________________________________ 83

Aufgabe 11: Einstellen der Hubgeschwindigkeit einer Hebebühne ________________________________ 93

Aufgabe 12: Optimieren einer Prägemaschine ________________________________________________ 103

Aufgabe 13: Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit angleichen ______________________________________ 115

Aufgabe 14: Absichern gegen unbeabsichtigtes Einfahren ______________________________________ 123

Aufgabe 15: Korrigieren des Schräglaufs eines Transportbandes ________________________________ 133

Aufgabe 16: Gegenhalten beim Schließen einer Schotttür ______________________________________ 139

Aufgabe 17: Be- und Entladen von Absetzmulden _____________________________________________ 145

Inhalt

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Aufgaben und Arbeitsblätter


















© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 V

Bestimmungsgemäße Verwendung

Das Trainingspaket „Hydraulik, Grundstufe“ ist nur zu benutzen:

• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb

• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand

Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib

und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich

Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die

Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die

in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes

außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden

vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Vorwort

Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen

Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des

Lernsystems:

• Technologieorientierte Trainingspakete

• Mechatronik und Fabrikautomation

• Prozessautomation und Regelungstechnik

• Mobile Robotik

• Hybride Lernfabriken

Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem

Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert.

Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,

Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare

Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben.

Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen

Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen

und elektrischen Antrieben möglich.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 VII

Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:

• Hardware

• Medien

• Seminare

Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und

Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte

der begleitenden Medien angepasst.

Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die

praxisorientierte Teachware umfasst:

• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)

• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)

• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)

• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)

• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)

Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:

• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)

• Simulationssoftware

• Visualisierungssoftware

• Software zur Messdatenerfassung

• Projektierungs- und Konstruktionssoftware

• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen

Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht

konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.

Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und

Weiterbildung ab.

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?

Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]

Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Einleitung

Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma

Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und

Weiterbildung. Die Trainingspakete TP 501 und TP 502 enthalten ausschließlich rein hydraulische

Steuerungen.

Die Grundstufe TP 501 eignet sich für die Grundausbildung in hydraulischer Steuerungstechnik. Es werden

Kenntnisse über die physikalischen Grundlagen der Hydraulik sowie Funktion und Einsatz hydraulischer

Komponenten vermittelt. Mit dem Gerätesatz können einfache hydraulische Steuerungen aufgebaut

werden. Die Aufbaustufe TP 502 ist auf die Weiterbildung in hydraulischer Steuerungstechnik ausgerichtet.

Mit dem Gerätesatz können weiterführende Schaltungen der Hydraulik aufgebaut werden.

Im vorliegenden Arbeitsbuch werden Kenntnisse vermittelt über die physikalischen Zusammenhänge und

die wichtigsten Grundschaltungen der Hydraulik. Die Themen der Aufgaben sind:

• Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten.

• Vergleich der Anwendung unterschiedlicher Komponenten.

• Aufbauen verschiedener Grundschaltungen.

• Anwenden der Grundgleichungen der Hydraulik.

Technische Voraussetzungen für den Aufbau der Steuerungen sind:

• Ein Learnline oder Learntop-S Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo Didactic Profilplatte. Die

Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm.

• Ein Hydraulikaggregat (Betriebsspannung 230 V, 50 Hz, Betriebsdruck 6 MPa (60 bar),

Volumenstrom 2 l/min).

• Ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V, max. 5 A) zur Versorgung des

Durchflusssensors.

• Sicherheits-Laborleitungen.

Zur praktischen Durchführung der 17 Aufgabenstellungen benötigen Sie ausschließlich Komponenten aus

dem Gerätesatz TP 501. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das

Lehrbuch

• Hydraulik, Grundstufe

Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Zylinder, Ventile usw.) zur Verfügung.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 IX

Arbeits- und Sicherheitshinweise

Allgemein • Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen

arbeiten.

• Betreiben Sie elektrische Geräte (z. B. Netzgeräte, Verdichter, Hydraulikaggregate) nur in Laborräumen,

die mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung (FI, RCD) ausgestattet sind.

• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle

Hinweise zur Sicherheit!

• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt

werden und sind umgehend zu beseitigen.

• Tragen Sie Ihre persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Sicherheitsschuhe), wenn Sie an den

Schaltungen arbeiten.

Mechanik • Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau.

• Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.

• Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden.

• Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche!

Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher.

• Stellen Sie alle Komponenten so auf, dass das Betätigen von Schaltern und Trenneinrichtungen nicht

erschwert wird.

• Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten.

• Bauen Sie die Zylinder immer mit zugehöriger Abdeckhaube auf.

Elektrik • Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.

• Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!

• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.

• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den

Leitungen.

Hydraulik • Begrenzen Sie den Systemdruck auf 6 MPa (60 bar).

Der maximal zulässige Höchstdruck beträgt für alle Geräte des Trainingspaketes 12 MPa (120 bar).

• Verletzungsgefahr durch Öltemperaturen > 50 °C!

Hydrauliköl mit einer Öltemperatur > 50° C kann zu Verbrennungen oder Verbrühungen führen.

• Verletzungsgefahr beim Einschalten des Hydraulikaggregats!

Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren.

• Sämtliche Ventile, Geräte, Schlauchleitungen haben selbstabdichtende Schnellverschlusskupplungen.

X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

• Kuppeln der Schlauchleitungen

– Nie bei laufendem Hydraulikaggregat oder unter Druck an- oder abkuppeln!

Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden.

– Kupplungsdosen senkrecht auf Kupplungsnippel aufsetzen!

Vermeiden Sie unbedingt ein Verkanten von Kupplungsdose und Kupplungsnippel.

– Kontrollieren Sie nach jedem entkuppeln, ob sich die Kupplungen geschlossen haben!

• Hydraulischer Schaltungsaufbau

– Während des Aufbaus der Schaltung müssen das Hydraulikaggregat und

das elektrische Netzteil ausgeschaltet sein.

– Kontrollieren Sie vor der Inbetriebnahme, ob Sie alle Tankleitungen angeschlossen und

alle Kupplungen fest aufgesteckt haben.

• Inbetriebnahme

– Nehmen Sie einen Zylinder immer nur mit Abdeckhaube in Betrieb.

– Schalten Sie zuerst das elektrische Netzteil ein und danach das Hydraulikaggregat.

• Hydraulischer Schaltungsabbau

– Achten Sie vor dem Abbau der Schaltung auf Druckentlastung.

– Schalten Sie zuerst das Hydraulikaggregat aus und danach das elektrische Netzteil.

• Werden Verbindungen unter Druck gelöst, wird durch das Rückschlagventil in der Kupplung Druck in

das Gerät eingesperrt. Mit der Druckentlastungseinheit kann dieser Druck abgebaut werden.

Befestigungstechnik Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet:

• Variante A, Rastsystem

Leichte nicht belastbare Geräte (z. B. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte

einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.

• Variante B, Drehsystem

Mittelschwere belastbare Geräte (z. B. Hydraulik- oder Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch

Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue

Griffmutter. Achten Sie darauf, dass die Hammerschrauben sich beim Festziehen um 90° gedreht haben.

• Variante C, Schraubsystem

Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z. B.

Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter

befestigt.

Notwendiges Zubehör Zur Auswertung der Aufgaben mit der Komponente Durchflusssensor wird ein Digital-Multimeter benötigt.

Mit dem Digital-Multimeter wird die Ausgangsspannung des Durchflusssensors gemessen.

Zur Messung der Ein- und Ausfahrzeiten des Hydraulikzylinders benötigen Sie eine Stoppuhr.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 XI

Trainingspaket Hydraulik (TP 500)

Das Trainingspaket TP 500 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie Seminaren.

Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich rein hydraulische Steuerungen. Einzelne Komponenten aus

dem Trainingspaket TP 500 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.

Wichtige Komponenten des TP 500 • Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte

• Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z. B. Zylinder, Ventile, Druckmessgeräte)

• Komplette Laboreinrichtungen

Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 500 besteht aus einem Lehrbuch und einem Arbeitsbuch. Das

Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Hydraulik. Das Arbeitsbuch enthält

zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein

Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert.

Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Gerätesatz zur Verfügung gestellt.

Medien

Lehrbuch Hydraulik, Grundstufe

Arbeitsbuch Hydraulik, Grundstufe (TP 501)

Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502)

Foliensammlung Grundlagen der Hydraulik

Simulationsprogramm FluidSIM® Hydraulik

Digitales Lernprogramm WBT Hydraulik

Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 500

Als Software zum Trainingspaket TP 500 stehen FluidSIM® H und das digitale Lernprogramm Hydraulik zur

Verfügung. FluidSIM® H unterstützt bei der Unterrichtsvorbereitung. Hydraulische Steuerungen können

erstellt und simuliert werden. Das digitale Lernprogramm Hydraulik vermittelt die Grundlagen hydraulischer

Steuerungen. Anhand von Beispielen aus der industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen

der Hydraulik und lernt die Komponenten hydraulischer Anlagen kennen.

Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren

Katalogen und im Internet.

XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Lernziele Hydraulik, Grundstufe (TP 501)

Komponenten • Sie kennen den Aufbau und die Funktion einer Hydraulikpumpe.

• Sie kennen die wichtigsten Kenngrößen einer Hydraulikpumpe.

• Sie können erklären, wie der Druck in hydraulischen Steuerungen entsteht.

• Sie kennen die Abhängigkeit zwischen Pumpenförderstrom und Betriebsdruck.

• Sie kennen Bauarten und Einsatzmöglichkeiten von Druckbegrenzungsventilen.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines Druckbegrenzungsventils.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines einfachwirkenden Zylinders.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines doppeltwirkenden Zylinders.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines 2/2-Wegeventils.



• Sie kennen Aufbau und Funktion von 4/3-Wegeventilen.

• Sie können den Einfluss der unterschiedlichen Mittelstellungsvarianten

von 4/3-Wegeventilen bewerten.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines Rückschlagventils.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines Drosselrückschlagventils.

• Sie kennen Aufbau und Funktion eines entsperrbaren Rückschlagventils.

• Sie kennen Funktion und Aufbau eines Stromregelventils.

Schaltungen • Sie können hydraulische Steuerungen sicher in Betrieb nehmen.

• Sie können einen einfachwirkenden Zylinder ansteuern.

• Sie können die Unterschiede zwischen Zufluss- und Abflussdrosselung erklären.

• Sie können Schaltungen mit einem Stromregelventil im Zu- und Abfluss vergleichen.

• Sie können ein Stromregelventil zur Einstellung der Geschwindigkeit eines Antriebs einsetzen.

• Sie können Anwendungen von Stromventilen nennen.

• Sie können den Unterschied zwischen Stromregelventil und Drosselrückschlagventil aus der

Anwendung erklären.

• Sie kennen Aufbau und Wirkungsweise einer Umströmschaltung.

• Sie können den Einfluss der Kolbenflächen auf Drücke, Kräfte, Geschwindigkeiten und Fahrzeiten

erklären.

• Sie können entsperrbare Rückschlagventile fachgerecht einsetzen.

• Sie kennen die hydraulische Einspannung eines doppeltwirkenden Zylinders.

• Sie können Schaltungen mit und ohne Gegenhaltung vergleichen.

• Sie können die Unterschiede zwischen Gegenhalteschaltungen zwischen Drosselrückschlagventil und

Druckbegrenzungsventil erklären.

• Sie können doppeltwirkende Zylinder mit wechselnder Belastung betreiben.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 XIII

Messungen und Berechnungen • Sie können die Kennlinie einer Hydraulikpumpe aufnehmen und interpretieren.

• Sie können den Volumenstrom einer hydraulischen Steuerung messen.

• Sie können die Kennlinie eines Druckbegrenzungsventils aufnehmen.

• Sie können die Kennlinie eines Stromregelventils aufnehmen.

• Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines einfachwirkenden Zylinders

ermitteln.

• Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines doppeltwirkenden Zylinders

ermitteln.

• Sie können Ausfahrzeiten von Kolben berechnen.

• Sie können die Leistungsbilanz beim Einsatz von 4/3-Wegeventilen mit verschiedenen

Mittelstellungen berechnen.

XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Lernziel

Sie kennen den Aufbau und die Funktion einer

Hydraulikpumpe. •

Sie kennen die wichtigsten Kenngrößen einer

Hydraulikpumpe. •

Sie können erklären, wie der Druck in

hydraulischen Steuerungen entsteht. •

Sie kennen Bauarten und Einsatzmöglichkeiten

von Druckbegrenzungsventilen. •

Sie können hydraulische Steuerungen sicher

in Betrieb nehmen. •

Sie können die Kennlinie einer

Hydraulikpumpe aufnehmen und

interpretieren.

•

Sie können den Volumenstrom einer

hydraulischen Steuerung messen. •

Sie kennen die Abhängigkeit zwischen

Pumpenförderstrom und Betriebsdruck. •

Sie kennen Funktion und Aufbau eines

Druckbegrenzungsventils. •

Sie können die Kennlinie eines

Druckbegrenzungsventils aufnehmen. •

Sie kennen Aufbau und Funktion eines

einfachwirkenden Zylinders. •


2/2-Wegeventils. •


Rückschlagventils. •

Sie können einen einfachwirkenden Zylinder

ansteuern. •



Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim

Aus- und Einfahren eines einfachwirkenden

Zylinders ermitteln.

•


doppeltwirkenden Zylinders. •



© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 XV

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Lernziel

Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim

Aus- und Einfahren eines doppeltwirkenden

Zylinders berechnen.

•

Sie können einen doppeltwirkenden Zylinder

ansteuern. •

Sie können Kräfte eines doppeltwirkenden

Zylinders berechnen. •

Sie können Ausfahrzeiten von Kolben

berechnen. •

Sie können Anwendungen von Stromventilen

erklären. •


Drosselrückschlagventils. •

Sie können die Unterschiede zwischen Zufluss-

und Abflussdrosselung erklären. •

Sie kennen Funktion und Aufbau eines

Stromregelventils. •

Sie können die Kennlinie eines

Stromregelventils aufnehmen. •

Sie kennen Aufbau und Funktion von

4/3-Wegeventilen. •

Sie können den Einfluss der unterschiedlichen

Mittelstellungsvarianten bewerten. •

Sie können ein Stromregelventil zur

Einstellung der Geschwindigkeit eines Antriebs

einsetzen.

•

Sie können Schaltungen mit einem

Stromregelventil im Zu- und Abfluss

vergleichen.

•

Sie können den Unterschied zwischen

Stromregelventil und Drosselrückschlagventil

aus der Anwendung erklären.

•

Sie kennen Aufbau und Wirkungsweise einer

Umströmschaltung. •

Sie können den Einfluss der Kolbenflächen auf

Drücke, Kräfte, Geschwindigkeiten und

Fahrzeiten erklären.

•

XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Lernziel


entsperrbaren Rückschlagventils. •

Sie können ein entsperrbares Rückschlagventil

in einer Steuerung einsetzen.. • •

Sie können die Leistungsbilanz beim Einsatz

von 4/3-Wegeventilen mit verschiedenen

Mittelstellungen berechnen.

•

Sie kennen die hydraulische Einspannung

eines doppeltwirkenden Zylinders. •

Sie können Schaltungen mit und ohne

Gegenhaltung vergleichen. •

Sie können die Unterschiede zwischen

Gegenhalteschaltungen zwischen

Drosselrückschlagventil und

Druckbegrenzungsventil erklären.

•

Sie können doppeltwirkende Zylinder mit

wechselnder Belastung betreiben. •

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 XVII

Gerätesatz

Der Gerätesatz Hydraulik, Grundstufe (TP 501) ist für die Grundausbildung in hydraulischer

Steuerungstechnik zusammengestellt. Er enthält alle Komponenten, die für die Erarbeitung der

vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und kann mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden.

Gerätesatz Hydraulik, Grundstufe (TP 501), Bestell-Nr. 573035

Benennung Bestellnummer Menge

2-Wege Stromregelventil 544338 1

4/2-Wege-Handhebelventil, federrückgestellt 544342 1

4/3-Wege-Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend 544344 1

4/3-Wege-Handhebelventil, Sperrmittelstellung, rastend 544343 1

Absperrventil 152844 1

Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube 572746 1

Drosselrückschlagventil 152843 1

Druckbegrenzungsventil 544335 1

Druckmessgerät 152841 3

Durchflusssensor 567191 1

Gewicht, 9 kg, für Differenzialzylinder 152972 1

Hydromotor 152858 1

Rückschlagventil, Öffnungsdruck 0,6 MPa 548618 1

Rückschlagventil, entsperrbar 544339 1

T-Verteiler 152847 1

Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät 159395 2

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Grafische Symbole des Gerätesatzes

Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol

2-Wege Stromregelventil

Druckmessgerät

4/2-Wege-

Handhebelventil,

federrückgestellt BA

TP

Durchflusssensor ISO 1219-1 EN 60617-7

0V (BU)

q

24V (RD)

0 – 10V(BK)

4/3-Wege-

Handhebelventil,

Stuhlmittelstellung (AB > T),

rastend

BA

TP

Hydromotor

4/3-Wege-

Handhebelventil,

Sperrmittelstellung,

rastend

BA

TP

Rückschlagventil,

Öffnungsdruck 0,6 MPa

Absperrventil

Rückschlagventil,

entsperrbar

Differenzialzylinder

16/10/200

T-Verteiler

Drosselrückschlagventil A B

Verteilerplatte 4-fach, mit

Druckmessgerät

Druckbegrenzungsventil P

T

Gewicht, 9 kg, für

Differenzialzylinder

m

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141 XIX

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben

Gerätesatz TP 501

Hinweise

Die Aufgaben 1 und 8 sind theoretische Aufgaben, in denen mit Datenblättern gearbeitet wird oder

Berechnungen durchgeführt werden.

Erhöhter Zeitaufwand für den Aufbau

In den Aufgaben 5, 6, 11, 14 und 16 wird der Differenzialzylinder hängend an der breiten Seite der

Profilsäule angeschraubt und mit dem Gewicht belastet. Die Abdeckhaube für das Gewicht muss

montiert werden.

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Komponente

2-Wege Stromregelventil 1 1 1 1

4/2-Wegeventil 1 1 1 1 1 1 1

4/3-Wegeventil, Mittelstellung

Arbeitsleitungen entlastet 1 1 1

4/3-Wegeventil, Mittelstellung gesperrt 1 1

Absperrventil 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Differenzialzylinder 16/10/200 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Drosselrückschlagventil 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Druckbegrenzungsventil 1 1 1 1 1 1 1 1

Druckmessgerät 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2

Durchflusssensor 1 1

Gewicht, 9 kg, für Differenzialzylinder 1 1 1 1 1

Hydromotor 1 1

Rückschlagventil, Öffnungsdruck 0,6 MPa 1 1

Rückschlagventil, entsperrbar 1 1

T-Verteiler 1 1 1 1

Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

XX © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Notwendiges Zubehör

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Komponente

Schlauchleitung 600 mm 3 2 4 2 2 2 2 5 5 5 6 5 7 5 7

Schlauchleitung 1000 mm 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2

Schlauchleitung 1500 mm 2 2 2 2 2 2 2 2

Abdeckhaube für Gewicht, 9 kg 1 1 1 1 1

Digital-Multimeter 1 1

Netzgerät 24 V DC 1 1

Hydraulikaggregat 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder

Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen der Hydraulik sowie

der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie

und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der

Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.

Richtzeit Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.

Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche.

Komponenten des Gerätesatzes Lehrbuch, Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle

17 Aufgaben benötigen Sie Komponenten eines Gerätesatzes TP 501.

Jede Aufgabe kann auf einer Profilplatte mit mindestens 700 mm Breite aufgebaut werden.

Normen Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:

DIN ISO 1219-1: Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Symbole

DIN ISO 1219-2: Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Schaltpläne

DIN EN 60617-7: Graphische Symbole für Schaltpläne

DIN EN 81346-2: Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;

Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung

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Kennzeichnung der Lösungen Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.

Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.

Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.

Hinweise für den Unterricht Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Komponenten und den aufgebauten Steuerungen

gegeben. Diese Hinweise sind in der Aufgabensammlung nicht enthalten.

Lösungen Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer

Messungen können von diesen Daten abweichen.

Lernfelder Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema „Hydraulik“ für

ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.

Ausbildungsberuf Lernfeld Thema

Elektroniker/in für

Automatisierungstechnik

3 Steuerungen analysieren und anpassen

6 Anlagen realisieren und deren Sicherheit prüfen

Industriemechaniker/in 6 Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme

Mechatroniker/in 4 Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen, pneumatischen

und hydraulischen Baugruppen

7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme

Struktur der Aufgaben

Alle 17 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:

• Titel

• Lernziele

• Problemstellung

• Lageplan

• Arbeitsaufträge

• Arbeitshilfen

• Arbeitsblätter

Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt aller 17 Aufgaben.

XXII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550141

Bezeichnung der Komponenten

Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN-ISO 1219-2. Alle Bauteile eines

Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben

vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert.

Zylinder: 1A1, 2A1, 2A2, ...

Ventile: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...

Signaleingabe: 1S1, 1S2, ...

Zubehör: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...

Inhalte der CD-ROM

Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM

Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung.

Die CD-ROM enthält folgende Ordner:

• Bedienungsanleitungen

• Bilder

• FluidSIM® Schaltpläne

• Präsentationen

Bedienungsanleitungen Bedienungsanleitungen für Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese Anleitungen

helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten.

Bilder Fotos und Grafiken von Komponenten und industrieller Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit

können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den

Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden.

FluidSIM® Schaltpläne Für alle Aufgaben des Trainingspaketes sind die FluidSIM® Schaltpläne in diesem Verzeichnis hinterlegt.

Präsentationen Kurzpräsentationen für Komponenten des Trainingspakets sind in diesem Verzeichnis gespeichert. Diese

Präsentationen können z. B. bei der Erstellung von Projektpräsentationen verwendet werden.


Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes

Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben,

• kennen Sie den Aufbau und die Funktion einer Hydropumpe.

• kennen Sie die wichtigsten Kenngrößen einer Hydropumpe.

• können Sie ein Hydraulikaggregat nach Vorgaben auswählen.

Problemstellung In der Ausbildung soll ein neuer Hydraulikarbeitsplatz aufgebaut werden. Eingesetzt werden Komponenten

der Baugröße NG 4. Der maximale Betriebsdruck ist auf 6 MPa (60 bar) begrenzt. Ein 230 V

Wechselspannungsanschluss ist vorhanden. Ein geeignetes Hydraulikaggregat ist auszuwählen.

Lageplan

Hydraulikarbeitsplatz

Aufgabe 1 – Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes


Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise von Hydropumpen.

2. Berechnen Sie den Volumenstrom einer Hydropumpe.

3. Berechnen Sie den Wirkungsgrad einer Hydropumpe.

4. Wählen Sie ein Hydraulikaggregat nach Vorgaben aus.

Arbeitshilfen • Datenblätter

• Lehrbuch Hydraulik

1. Aufbau und Funktion von Hydropumpen

Information

Hydropumpen sind Verdrängerpumpen und funktionieren nach dem Prinzip „Saugen und

Verdrängen“. Anhand des Verdrängungsvolumens lassen sich drei Grundtypen von Hydropumpen

unterscheiden:

• Konstantpumpen konstantes Verdrängungsvolumen

• Verstellpumpen verstellbares Verdrängungsvolumen

• Regelpumpen Verdrängungsvolumen wird nach Druck, Volumenstrom bzw.

Leistung geregelt

Die Hydropumpe erzeugt einen Volumenstrom (aber keinen Druck). Die Fördermenge/Umdrehung

und die Antriebsdrehzahl bestimmen den Pumpenförderstrom, angegeben in l/min.

Druck entsteht nur durch Widerstand gegen den Pumpenförderstrom z. B. Strömungswiderstand,

Lastwiderstand, Druckbegrenzungsventil-Einstellung. Der Druck wird in MPa oder bar angegeben.



a) Beschreiben Sie die Funktion der dargestellten Zahnradpumpe.

3

2

1

Zahnradpumpe – Schnittbild; 1: Quetschflüssigkeit, 2: Druckraum, 3: Saugraum

Bei Zahnradpumpen handelt es sich um Konstantpumpen, da das verdrängte Volumen, das durch die

Zahnlücke bestimmt wird, nicht veränderbar ist.

Die Zahnradpumpe arbeitet nach folgendem Prinzip:

• Ein Zahnrad ist mit dem Antrieb verbunden, das andere wird über die Verzahnung mit gedreht.

• Durch die Volumenvergrößerung, die sich ergibt, wenn ein Zahn aus einer Zahnlücke heraustritt,

entsteht ein Unterdruck im Saugraum.

• Die Druckflüssigkeit füllt die Zahnkammern und wird außen am Gehäuse entlang in den

Druckraum gefördert.

• Dort wird die Druckflüssigkeit durch Ineinandertauchen der Zähne und Zahnlücken aus den

Zahnkammern herausgedrückt und in die Leitungen verdrängt.

Hinweise für den Unterricht

In den Zahnzwischenräumen zwischen Saug- und Druckraum tritt Quetschflüssigkeit auf. Diese wird

über eine Nut dem Druckraum zugeführt, da durch Komprimierung des eingeschlossenen Öls

Druckspitzen auftreten würden, die Geräusche und eine Zerstörung der Pumpe zur Folge hätten.

Das Lecköl der Pumpe wird durch die Größe der Spalte (zwischen Gehäuse, Zahnköpfen und

Zahnseitenflächen), die Überdeckung der Zahnräder, die Viskosität und die Drehzahl bestimmt.



b) Benennen Sie die hinterlegten Schaltzeichen und beschreiben Sie kurz die Funktion der Komponenten.

P T

M

1

4

2 3

Hydraulikaggregat – Schaltzeichen

1. Elektromotor mit einer Drehrichtung

Antrieb für Hydropumpen.

2. Hydraulikpumpe

Pumpe mit konstantem Fördervolumen. Der Volumenstrom ist bestimmt durch Motordrehzahl

und Verdrängungsvolumen pro Umdrehung.

3. Druckmessgerät

Zeigt die Höhe des Druckes mit einer bestimmten Toleranz an.

4. Druckbegrenzungsventil

Einstellbares Druckbegrenzungsventil ohne Leckölanschluss. Bei einem einstellbaren Druck

beginnt das Ventil zu öffnen.



c) Ordnen Sie den einzelnen Komponenten des Hydraulikaggregats die entsprechende Zahl in der

Zeichnung zu.

10

8

9

1

2

3

4

6

5

11

7

Hydraulikaggregat – Schematische Darstellung

Komponenten-Nr. Komponente (Bezeichnung)

6 Ablassschraube

3 Ansaugkammer

2 Ansaugrohr

10 Belüftung mit Luftfilter

4 Beruhigungsblech

8 Einfüllfilter

9 Füllstandsanzeige, maximaler Füllstand

7 Füllstandsanzeige, minimaler Füllstand

1 Motor und Pumpe

11 Rücklauf

5 Rücklaufkammer



2. Berechnen des Volumenstroms einer Hydropumpe

Information Das Verdrängungsvolumen V (auch Fördervolumen oder Hubvolumen genannt) ist ein Maß für die

Größe der Pumpe. Es bezeichnet das Flüssigkeitsvolumen, das von der Pumpe pro Umdrehung

(bzw. pro Hub) gefördert wird.

Das geförderte Flüssigkeitsvolumen pro Minute wird als Volumenstrom q (Förderstrom) bezeichnet.

Dieser ergibt sich aus dem Verdrängungsvolumen V und der Drehzahl n:

q n V= ⋅

– Berechnen Sie den Förderstrom einer Zahnradpumpe.

Gegeben Drehzahl n = 1450 min-1

Verdrängungsvolumen V = 2,8 cm3 (pro Umdrehung)

Gesucht Förderstrom q in l/min

Rechnung

3 3-1 3

cm dm1450 min 2,8 cm = 4060 = 4,06 = 4,06 l/minmin min

q n V= ⋅ =



3. Berechnen des Wirkungsgrads einer Hydropumpe

Information

Mechanische Leistung wird durch Pumpen in hydraulische umgewandelt, dabei entstehen

Leistungsverluste, die mit dem Wirkungsgrad ausgedrückt werden.

Die von der Pumpe abgegebene hydraulische Nutzleistung Phyd ist abhängig vom Betriebsdruck p

und vom effektiven Förderstrom qeff. Die Nutzleistung errechnet sich nach

hyd effP p q= ⋅

Der volumetrische Wirkungsgrad ist das Verhältnis von effektivem Förderstrom und dem

theoretisch errechneten Förderstrom der Pumpe.

effvol

th

qq

η =

th thq V n= ⋅

eff th volq V n= ⋅ ⋅η

– Berechnen Sie den Wirkungsgrad einer Hydropumpe.

Gegeben

Drehzahl n = 1450 min-1

Verdrängungsvolumen V = 6,5 cm3 (pro Umdrehung)

effektiver Förderstrom effl8,6

minq = bei 100 bar

Gesucht Wirkungsgrad ηvol

Rechnung

3 -1th

l6,5 cm 1450 min = 9,4min

q = ⋅

effvol

th

l8,6min = 0,92 = 92 %

l9,4min

qq

η = =



4. Auswahl eines Hydraulikaggregats

Information

Im Folgenden finden Sie Auszüge aus drei Datenblättern von Hydraulikaggregaten. Wählen Sie das

Aggregat aus, welches die folgenden Bedingungen erfüllt:

• Antriebsmotor mit 230 V Nennspannung

• Frequenz 50 Hz

• Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min

• Gewicht ohne Ölbefüllung max. 20 kg

Allgemein HA-5L-230-50 HA-5L-110-60 HA-20L-400-50

Abmessungen

Länge

Breite

Höhe

580 mm

300 mm

180 mm

580 mm

300 mm

180 mm

580

300

180 mm

Gewicht

leer

mit Ölbefüllung

19 kg

24 kg

19 kg

24 kg

19 kg

29 kg

Elektrik HA-5L-230-50 HA-5L-110-60 HA-20L-400-50

Motor Wechselstrom, einphasig Wechselstrom, einphasig Wechselstrom, dreiphasig

Nennleistung 650 W 550 W 550 W

Nennspannung 230 V 110 V 400 V

Frequenz 50 Hz 60 Hz 50 Hz

Nenndrehzahl 1320 min-1 1680 min-1 1390 min-1

Schutzart IP 20 IP 20 IP 20

Einschaltdauer 50 % 50 % 100 %



Hydraulik HA-5L-230-50 HA-5L-110-60 HA-20L-400-50

Medium Mineralöl, empfohlen 22 cSt (mm2/s)

Pumpenbauart Außenzahnradpumpe

Geometrisches Fördervolumen 1,6 cm3 1,6 cm3 1,6 cm3

Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min 2,7 l/min 2,2 l/min

Betriebsdruck 0,5–6 MPa (5–60 bar)

Einstellung manuell

Druckmessgerät Anzeigebereich 0–10 MPa (0–100 bar)

Druckmessgerät Güteklasse 1,6

Ölvolumen des Tanks ca. 5 l ca. 5 l ca. 10 l

Rücklauffilter, Filterfeinheit 90 μm

Anschluss je eine Kupplungsdose für P und T, eine Kupplung für Tankleitung des Speichers, ein Anschluss für

Abflussmessbehälter

– Welches Hydraulikaggregat haben Sie ausgewählt? Begründen Sie Ihre Auswahl.

Ausgewählt wurde das Hydraulikaggregat mit der Bezeichnung HA-5L-230-50. Es erfüllt die

geforderten Bedingungen:

• Antriebsmotor mit 230 V Nennspannung

• Frequenz 50 Hz

• Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min

• Gewicht ohne Ölbefüllung max. 20 kg

550141 LI Hydraulik Grundstufe de - Festo Didactic · Arbeitsbuch TP 501 Mit CD-ROM Festo Didactic...

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