Grundlagen der Hydraulik - · PDF file1 - Grundlagen der Hydraulik Einleitung...

1 - Grundlagen der Hydraulik

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Impressum

An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt

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IHK für Oberfranken Bahnhofstr. 23-27 95444 Bayreuth

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ets GmbH, Halblech ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth

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ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth

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Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh Claudia Hohdorf, ets Halblech

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Impressum.......................................................................................................................................... 2 Firmenvorstellung.............................................................................................................................. 4 Leitfragen............................................................................................................................................ 6 1.0 Kapitelübersicht........................................................................................................................... 7

1.1 Einführung........................................................................................................................... 8 1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen .................................................................................... 9 1.3 Bedingungen für das Aufstellen hydraulischer Anlagen ............................................. 10 1.4 Umbau der pneumatischen Presse................................................................................. 11

2.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................... 12 2.1 Einführung......................................................................................................................... 13 2.2.0 Hydraulikpumpen (1) ..................................................................................................... 14 2.3.0 Wegeventile (1) .............................................................................................................. 17 2.3.1 Wegeventile (2) .............................................................................................................. 18 2.5 Druckventile ...................................................................................................................... 21 2.6.0 Stromventile (1).............................................................................................................. 22 2.7.0 Sperrventile (1)............................................................................................................... 24 2.7.1 Sperrventile (2)............................................................................................................... 25 2.8 Schaltplanerstellung und Montage der Bauteile ........................................................... 26

3.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................... 29 3.1 Einführung......................................................................................................................... 30 3.2 Hydraulischer Druck......................................................................................................... 33 3.3 Hydraulische Presse ........................................................................................................ 34 3.4 Strömungen von Flüssigkeiten ....................................................................................... 36

4.0 Kapitelübersicht......................................................................................................................... 38 4.1 Einführung.................................................................................................................................. 39

4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (1) ................................................. 40 4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (2) ................................................. 41 4.3 Zulauf- und Vorlaufsteuerung ......................................................................................... 42 4.4 Ablauf- und Rücklaufsteuerung ...................................................................................... 43 5.1 Vergleich Pneumatik - Hydraulik..................................................................................... 44

Trainingsaufgabe 1 .......................................................................................................................... 46 Trainingsaufgabe 2 .......................................................................................................................... 47 Trainingsaufgabe 3 .......................................................................................................................... 48 Trainingsaufgabe 4 .......................................................................................................................... 49 Bearbeitung der Fallstudie ............................................................................................................. 51

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Einleitung Firmenvorstellung

Firmenchronik: Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebs-partnern reagiert. Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten kon-struieren und umsetzen.

Produktgeschichte: Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jah-ren zu einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jet-zigen Namen führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma eine große Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsma-schinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der Blechbearbeitung.

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Fallstudie

Die Auszubildenden haben zusammen mit Ihrem Ausbilder eine elektropneumatische Presse gebaut. Für einen neuen Auftrag reicht jedoch die Presskraft nicht mehr aus. Franz Huber: Heute beschäftigen wir uns noch mal mit der Presse. Bernd Wolf: Aber das hatten wir doch schon.... Franz Huber: Richtig. Dabei ging es aber um Pneumatik bzw. Elektro-Pneumatik. Für das Einpres-

sen der neuen Teile brauchen wir mehr Kraft. Bernd Wolf: ...und, was bedeutet das? Franz Huber: Wir werden die bestehende pneumatische Presse modifizieren. Da viele Komponen-

ten der Hydraulik ähnlich der Pneumatik sind, eignet sich das ganz gut für ein paar Wiederholungen.

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Einleitung Leitfragen

Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie jetzt, was Ihnen an Antworten so ein-fällt.

Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.

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1 Projektplanung 1.0 Kapitelübersicht

Kapitelbezogene Eingangsfrage: Was muss beim Aufstellen hydraulischer Anlagen beachtet werden? Themen: 1.1 Einführung 1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen 1.3 Bedingungen für das Aufstellen hydraulischer Anlagen 1.4 Umbau der pneumatischen Presse

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1 Projektplanung 1.1 Einführung

Bevor in einem Betrieb eine Anlage oder Maschine gebaut oder umgebaut wird, müssen einige grundlegende Überlegungen getroffen werden. Neben der Raumplanung und den Sicherheits-fragen sind auch Auslastung und Automatisierungsgrad der Anlage wesentliche Gesichts-punkte für die technische Gestaltung und Umsetzung. Die von der Anlage geforderten Stückzahlen sind ein Hauptkriterium für die Gestaltung der Anlage. Bei Kleinserien verzichtet man auf einen hohen Automatisierungsgrad, während bei großen Stückzahlen entsprechende Belade- und Entnahmesysteme eingesetzt werden, wo-durch aufwendige Handarbeit entfällt.

Wesentliche technische Überlegungen sind:

Sicherheit hydraulischer Anlagen

Bedingungen am Aufstellort

Betriebsbedingungen der Anlage

Umbau der pneumatischen Presse

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1 Projektplanung 1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen

Die wichtigsten Grundregeln aus DIN EN 982 sind: Mechanische Gefährdung:

Mechanische Bewegungen dürfen keine Gefährdung für Personen verursachen.

Gefährdung durch Druck:

Alle verwendeten Bauteile müssen gegen Drücke und Druckstöße, die den maximalen Arbeitsdruck überschreiten, geschützt werden. Die Kontrolle kann durch ein Druckbe-grenzungsventil erfolgen.

Druckstöße, sind durch eine entsprechende bauliche Konstruktion auf ein Minimum zu begrenzen.

Plötzlicher Druckverlust oder Druckabfall dürfen keine Gefährdung für Personen dar-stellen.

Störungen in der Energieversorgung:

Unabhängig von der Art der verwendeten Energie (pneumatisch, elektrisch oder hyd-raulisch) darf das Ein- und Ausschalten, eine Reduzierung, ein Ausfall oder eine Wie-derkehr der Energieversorgung (unerwartet oder beabsichtigt) keine Gefährdung her-vorrufen.

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1 Projektplanung 1.3 Bedingungen für das Aufstellen

hydraulischer Anlagen

Bedingungen am Aufstellort: Beim Entwurf und der Konstruktion von hydraulischen Anlagen müssen nachfolgende Bedin-gungen berücksichtigt werden:

Umwelteinflüsse (Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung, Schwingun-gen)

Feuer- oder Explosionsgefahr

Angaben zur Energieversorgung (Strom, Druckluft, hydraulischer Druck)

Gesetzliche Umweltgrenzwerte (Geräuschemission)

Raumorganisation, Platzbedarf der Anlage

Befestigungsmöglichkeiten für Baugruppen (Verankerung der Anlage)

Anforderungen an die Schutzeinrichtungen

Betriebsbedingungen der Anlage: Die Anlage muss so ausgelegt sein, dass sie den Anforderungen im Belastungszustand Rech-nung trägt.

Interaktionsfragen Welche Betriebsarten (Dauerzyklus oder Einzelzyklus) sind erforderlich? Wodurch las-

sen sich kleinere Störungen verhindern?

Wie lässt sich unnötige Wärmeentwicklung verhindern?

Ist die Anlage wartungsfreundlich konstruiert (d. h. gut zugängliche Bauteile)? Welche Anforderungen stellt die Anlage an den Bediener?

Welche Wartungsarbeiten sind durchzuführen? In welchen Zeitabständen ist eine War-tung erforderlich?

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1 Projektplanung 1.4 Umbau der pneumatischen Presse

Die bestehende pneumatische Presse mit Spannvorrichtung soll für größere Presskräfte mit einem Hydraulikzylinder ausgerüstet werden. Aufgabe: Klicken Sie mit der Maus im pneumatischen und im elektrischen Schaltplan auf sämtliche Bau-teile die weiterhin benötigt werden.

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2 Bauteile der Hydraulik 2.0 Kapitelübersicht

Kapitelbezogene Eingangsfrage: Was ist eine Hydraulikpumpe? Themen:

2.1__Einführung 2.5__Druckventile 2.2.0 Hydraulikpumpen (1) 2.6.0 Stromventile (1) 2.2.1 Arten von Hydraulikpumpen (2) 2.6.1 Stromventile - Übung (2) 2.3.0 Wegeventile (1) 2.7.0 Sperrventile (1) 2.3.1 Wegeventile (2) 2.7.1 Sperrventile (2) 2.4__Antriebselemente 2.8__Schaltplanerstellung und Montage der

Bauteile

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Die Hydraulik verwendet einen der Pneumatik identischen Schaltungsaufbau und ähnliche Schaltzeichen für Wegeventile, Antriebsglieder und Pumpen.

Im Schaltplan beginnt der Energietransport bei der Pumpe, die den hydraulischen Druck er-zeugt. Wegeventile, Stromventile und Druck-begrenzungsventile beeinflussen den Volu-menstrom des Hydrauliköls. Durch Aktoren wie hydraulische Motoren oder Zylinder wird die hydraulische Energie in me-chanische Bewegungsenergie umgewandelt. Ein ganz wesentlicher Unterschied zur Pneu-matik sind die benötigten Rückleitungen zum Tank.

2 Bauteile der Hydraulik 2.1 Einführung

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2 Bauteile der Hydraulik 2.2.0 Hydraulikpumpen (1)

Die Energieerzeugung erfolgt in stationären oder mobilen Hydraulikaggregaten. Der Antrieb der Hydraulikpumpe erfolgt in der Regel durch einen Elektromotor. Das Hydroaggregat ist wie folgt aufgebaut:

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2 Bauteile der Hydraulik 2.2.1 Arten von Hydraulikpumpen (2)

Die Pumpen erzeugen den Druck durch ständiges Verdrängen der Druckflüssigkeit aus der Saugleitung in die Druckleitung. Nach der Bauteilform unterscheidet man Zahnrad-, Flügelzel-len- und Kolbenpumpen. Im Folgenden wird ein Vertreter von jeder Pumpenbauart dargestellt.

Außen verzahnte Zahnrad-pumpe

Durch die Drehbewegung der Zahnräder wird die Flüssigkeit in den Zahnlücken entlang der Gehäusewand verdrängt. Die Pumpe ist gegenüber ungünstigen Ansaugverhältnissen un-empfindlich.

Flügelzellenpumpe nicht verstellbar

Die verschiebbaren Flügel bilden mit dem Gehäuse die Verdrän-gungsräume, wodurch die Flüssigkeit von der Saug- zur Drucksei-te gefördert wird. Flügelzellenpumpen laufen ruhig und haben einen gleichmäßigen Förderstrom.

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Axialkolbenpumpe mit Schrägachse

Die Druckräume von Kolbenpumpen werden durch Kolben und Zylinder gebildet. Bei Axialkolbenpumpen bewegen sich die Kol-ben parallel zur Drehachse. Kolbenpumpen erzeugen sehr hohe Drücke und haben geringe Leckölverluste wegen der kleinen Toleranz zwischen Kolben und Zylinder.

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In der Hydraulik werden Wegeventile für Start und Stopp sowie zum Ändern der Durchfluss-richtung eingesetzt. Häufig werden 3/2-Wegeventile mit drei Schaltstellungen verwendet, wobei die Mittelstellung durch zwei Federn erreicht wird. Die beiden Magnetspulen Y1 (A) und Y2 (B), schalten das Ventil in die jeweilige Arbeitsposition.

Y1

Y2

2 Bauteile der Hydraulik 2.3.0 Wegeventile (1)

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2 Bauteile der Hydraulik 2.3.1 Wegeventile (2)

Durch den Einbau verschiedener Kolben erhält ein 4/3-Wegeventil verschiedene Funktionen. In Abbildung A sind die Anschlüsse in Mittelstellung gesperrt, während in Abbildung B die Ar-beitsanschlüsse mit dem Tank verbunden sind.

Für eine Notbetätigung lassen sich die meisten Ventile von Hand schalten (Handhilfsbetäti-gung).

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2 Bauteile der Hydraulik 2.4 Antriebselemente

Zur Erzeugung von geradlinigen Bewegungen werden in der Hydraulik einfach- und doppelt-wirkende Zylinder verwendet. Drehbewegungen werden durch Hydromotoren erzeugt. Die fol-genden Seiten zeigen die wichtigsten Antriebselemente der Hydraulik.

einfachwirkender Zylinder (Tauchkolben oder Plunger)

Der Kolben wird einseitig mit hydraulischem Druck beaufschlagt. Durch sein Eigengewicht oder durch eine äußere Kraft wird der Kolben zurückgestellt. Die Vorteile dieser Bauart sind der einfache Aufbau und die gute Abdichtung, da nur eine Seite mit Druck beaufschlagt wird.

doppeltwirkender Zylinder (Differenzialzylinder)

Bei den weit verbreiteten doppeltwirkenden Zylindern mit einsei-tiger Kolbenstange ist bei gleichem Volumenstrom die Einfahrge-schwindigkeit größer als die Ausfahrgeschwindigkeit. Für gleiche Geschwindigkeiten beim Ein- und Ausfahren ist eine Regelung des Volumenstroms notwendig.

doppeltwirkender Zylinder (Gleichgangzylinder)

Gleichgangzylinder besitzen eine zweiseitige Kolbenstange. Die Vor- und Rückhubgeschwindigkeit ist immer gleich.

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Hydraulikmotor Zahnrad- und Flügelzellenmotoren erzeugen direkt eine Drehbe-wegung. Dabei werden die Zahnräder bzw. der Rotor mit den Flü-gelzellen direkt durch die strömende Flüssigkeit angetrieben. Es werden bereits bei niedrigen Drehzahlen große Drehmomente erzeugt.

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Die einfache hydraulische Schaltung zeigt folgende Problematik: Wird die Handhilfsbetätigung zum Ausfahren des Zylinders ständig ge-drückt, auch wenn der Zylinder seine Endlage bereits erreicht hat, arbeitet die Pumpe gegen einen großen Wi-derstand. Dadurch werden Pumpe, Leitungen und Zylinderdichtungen stark belastet und eventuell auch beschädigt. Durch den Einbau eines Druckventils wird dies verhindert. Das Druckbegrenzungsventil wird vom Anschluss P mit Druck beaufschlagt. Ist diese Druckkraft größer als die entgegenwirkende Federkraft, öffnet das Ventil und Hydraulikflüssigkeit gelangt zum Tank. Durch die einstell-bare Federkraft lassen sich verschie-

ffnungsdrücke realisieren. dene Ö

2 Bauteile der Hydraulik 2.5 Druckventile

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Die Geschwindigkeitssteuerung von Zylindern erfolgt in der Hydraulik mit Stromventilen. Die-se verkleinern den Durchfluss durch eine Verengung. Zwischen dem Eingang P und dem Aus-gang A bildet sich eine Druckdifferenz. Die Querschnittsverkleinerung reduziert den Strom der Hydraulikflüssigkeit. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen Drosselventile mit Nadeldrossel und mit Spaltdrossel.

2 Bauteile der Hydraulik 2.6.0 Stromventile (1)

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2 Bauteile der Hydraulik 2.7.0 Sperrventile (1)

Sperrventile (Rückschlagventile) lassen den Volumenstrom in eine Richtung durch und sperren ihn in der anderen Richtung.

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Wegeventile können in Sperrstellung wegen der auftretenden Leckölver-luste einen unter Last stehenden Zylinder nicht halten. Dies bedeutet, dass er langsam absinkt. Durch den Einbau eines Sperrventils wird dies verhindert. Jedoch muss zum Einfahren des Zylinders die Sperrwirkung aufgehoben werden, damit die Hydraulikflüssigkeit zu-rückfließen kann. Dafür sorgt ein entsperrbares Rück-schlagventil. Über den Steueran-schluss x wird das Ventil entsperrt. Betätigen Sie das Sperrventil mit der Maus!

2 Bauteile der Hydraulik 2.7.1 Sperrventile (2)

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2 Bauteile der Hydraulik 2.8 Schaltplanerstellung und Montage

der Bauteile

Die Umsetzung der steuerungstechnischen Aufgabe gliedert sich in folgende drei Abschnitte.

1. Hydraulischer Schalt-plan1

2. Elektrischer Schaltplan2

3. Montage der Bauteile3

Hinweis: Zur besseren Übersicht werden die pneumatische Spannvorrichtung und die pneumatisch be-tätigte Sicherheitstür lediglich durch zwei Sensorsignale berücksichtigt.

1 2 3

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http://www.buginword.com





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3 Inbetriebnahme der Anlage 3.0 Kapitelübersicht

Kapitelbezogene Eingangsfrage: Wie errechnet man den Druck einer hydraulischen Anlage? Themen: 3.1 Einführung 3.2 Hydraulischer Druck 3.3 Hydraulische Presse 3.4 Strömungen von Flüssigkeiten

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3 Inbetriebnahme der Anlage 3.1 Einführung

Das hydraulische System ist mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen, wobei auf Viskosität, Verschleiß-schutz, Alterungsbeständigkeit, Entflammbarkeit und das Temperaturverhalten zu achten ist. Weitere Informationen entnehmen Sie den Datenblättern der Ölhersteller und den entspre-chenden Nachschlagewerken (z.B. Tabellenbuch). Bei der ersten Inbetriebnahme sollte ein längerer Leerlaufbetrieb durchgeführt werden, wobei besonders die Förderrichtung der Pumpe, das Schalten der Ventile und die Sicherheitseinrich-tungen zu prüfen sind. Ebenso muss das System entlüftet und auf Dichtheit geprüft werden. Während des ersten Leerlaufbetriebs hat eine ständige Kontrolle zu erfolgen:

Ölstand

Temperatur der Pumpe

Temperatur der Hydraulikflüssigkeit

Leckstellen

Mit hydraulischen Anlagen werden in der Regel hohe Drücke und Kräfte erzeugt. Daher muss die Einstellung der Druck-, Drossel- und Stromventile mit besonderer Sorgfalt durchgeführt werden. Nach der Justierung dieser Ventile werden diese in der Regel verplombt.

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3 Inbetriebnahme der Anlage 3.1 Einführung - Hydraulikflüssigkeit

ckflüssigkeiten in der Hydraulik

rauliköle (vgl. DIN 51524 1985-2006)

n

uterung

(DIN 51524-1) DK

ruor

ckflüssigkeiten mit Wirkstoffen zur Erhöhung des rosionsschutzes und der Alterungsbeständigkeit.

(DIN 51524-2)

halten zusätzliche Wirkstoffe, die den Verschleiß ischreibungsbereich mindern. Sie werden in

raulikanlagen mit Hydropumpen und Hydromoto- verwendet, die mit mehr als 200 bar betrieben den.

Hy

nschaften

enschaften

- 20 °C

bei 0 °C

40 °C

ematische kosität in ²/s

100 °C

rpoint¹ gleich oder tiefer

mmpunkt höher als

10 10

HL 10HLP 10

HL 10HLP 10

HL 10 HLP 10

HL 10 HLP 10

HL 10HLP 10

- - - - -

14 0 25 0

100

- °C - 21 °C - 18 °C - 15 °C - 12 °C - 12 °C

5 °C 185 °C 175 °C 185 °C 198 °C 205 °C

r Pöl

ourpoint (engl.: Fließpunkt) ist ein international anerkanntes Maß für das Kälteverhalten von produkten. Nach DIN 51 597 ist der Pourpoint die Temperatur, bei der das Hydrauliköl unter erkrafteinfluss gerade noch fließt.

rauliköl DIN 51 524 - HLP 46: Hydrauliköl vom Typ HLP, kinematische Vis-ität von 46 mm²/s bei 40 °C

ositäts- Temperatur- Verhalten

Dru

Hyd

Arte

Typ Erlä

HL

HLP

Entim M

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HL HLP

500

90 300 420 780 0 6

10 22 32 46 88

2,4 4,1 5,0 8,1 7,8 9,9

30

12

¹ DeErdSchw

Hydkos

Visk

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1 - Grundlagen der Hy

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draulik

werentflammbare Hydraulikflüssigkeiten

eich- g

ISO- Viskositäts-

klassen

Eignung fürTemperaturen

genschaften Verwendung

8-2)

(nicgele

t fest-gt) + +55 3%

-Wasser-Emulsion, her Ölanteil 2 bis

kleine Viskosität, ge Schmierfähigkei

Grubenausbau

gelegt) + konzentraten in ser, Eigenschaften

FAE Wawi

46, 8, 100 -20...+srige Monomer- oder Polymerlösun- Verschleißschutz er als bei HFA

m

pgenbes

aschinen, Schwutomaten, Stahlinustrie, Schmiede-ressen

8, 100 Flüssigkeiten, gut ungsbeständig, ierfähig, großer

peraturbereich

mschTem

it hohen Betriebs-emperaturen

Sch

Beznun in °C

Ei

HFAE DIN

24320(199

1

h 5...Öl-inüblic

, gerin t

HFAS (nicht fest- 5...+55 Lösungen von Flüssig-keits

se H

Grubenausbau

HFC 15, 22, 32 6 80

Wäsund/

,s

Bergbau, Druckguss-eiß-

a -d

HFD 15, 22, 32 46, 6 -20...+150

Wasserfreie syntheti-schealter

m

Hydraulische Anlagen

t


3 Inbetriebnahme der Anlage 3.2 Hydraulischer Druck

Wird eine Flüssigkeit, die sich in einem geschlossenen System befindet, unter Druck gesetzt, breitet sich dieser in alle Richtungen gleichmäßig aus. Der Druck p wirkt zum Beispiel auf den Arbeitskolben eines Zylinders und erzeugt eine Kraft F. Dabei gilt: Je größer der Druck p und die Kolbenfläche A, desto größer ist die entstehende Kraft F!

F = p · A

Aufgabe: Das Hydraulikaggregat erzeugt einen Druck von 80 bar. Der Standardzylinder hat einen Kol-bendurchmesser von 80 mm und einen Kolbenstangendurchmesser von 40 mm. Berechnen Sie die Presskraft F im Vorhub des Kolbens und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!

F = N

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3 Inbetriebnahme der Anlage 3.3 Hydraulische Presse

Das System Hydraulikaggregat – Hydraulikzylinder ist vergleichbar mit dem Prinzip einer "Hydraulischen Presse". Der Druckzylinder im Hydraulikaggregat besitzt einen kleinen Kolbendurchmesser, während der Durchmesser des Hydraulikzylinders groß ist. Die Abbildung zeigt das geschlossene System einer hydraulischen Presse (z B. hydraulischer Wagenheber). Dabei gilt:

Der Druck ist im gesamten System gleich: p1 = p2

Der Druck wird ersetzt durch Kraft mal Fläche: F1 / A1 = F2 / A2

Durch Umformen der Gleichung ergibt sich: F1 / F2 = A1 / A2

Aufgabe: Die oben abgebildete Presse besitzt einen Pumpenkolben mit 10 mm und einen Hubkolben mit 120 mm Durchmesser. Die Hubkraft F2 soll 55 KN betragen. Berechnen Sie die benötigte Kraft F1 am Pumpenkolben und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!

F1 = N

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3 Inbetriebnahme der Anlage 3.4 Strömungen von Flüssigkeiten

Die Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls beeinflusst die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange eines Zylinders. Eine weitere Einflussgröße ist die Querschnittsfläche des Zylin-ders.

Je schneller die Flüssigkeit in den Zylinder strömt, desto größer ist die Ausfahrge-schwindigkeit der Kolbenstange.

Je größer der Zylinderquerschnitt, desto kleiner ist die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange bei gleichbleibendem Volumenstrom.

Dabei gilt:

Ausfahrgeschwindigkeit = Volumenstrom geteilt durch Quer-schnittsfläche v = Q / A

Aufgabe: Berechnen Sie die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange in mm/s, wenn der Zylinderdurchmesser 80 mm beträgt und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!

v = mm/s

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4 Hydraulische Steuerungen 4.0 Kapitelübersicht

Kapitelbezogene Eingangsfrage: Wie funktioniert ein Differenzialzylinder? Themen: 4.1__Einführung 4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (1) 4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (2) 4.3__Zulauf- und Vorlaufsteuerung 4.4__Rücklauf- und Ablaufsteuerung

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4 Hydraulische Steuerungen 4.1 Einführung

In hydraulischen Steuerungen werden besonders die Kräfte beim Vor- und Rückhub von Zylin-dern und deren Geschwindigkeitssteuerung berücksichtigt. Daraus ergeben sich grundlegende Überlegungen, die im Folgenden näher erläutert werden:

Differenzial- oder Gleichgangzylinder

Primärsteuerung in der Zulauf- oder Vorlaufleitung

Sekundärsteuerung in der Rücklauf- oder Ablaufleitung

In der Hydraulik müssen anders als in der Pneumatik relativ große Volumenteile an Hydraulik-flüssigkeit bewegt werden. Durch eine Veränderung des Volumenstroms mit Stromventilen, Stetigventilen oder Verstellpumpen lassen sich Kolbenstangengeschwindigkeiten steuern.

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4 Hydraulische Steuerungen 4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströ-

mungsschaltung (1)

Die Abbildung zeigt einen Differenzialzylinder. Dabei ist die Fläche A1 größer als die Fläche A2. Die Kolbenstangenkraft berechnet sich aus Druck mal Fläche.

Daraus folgt:

Doppeltwirkende Zylinder mit einseitiger Kolbenstange haben beim Vorhub eine größe-re Kraft als beim Rückhub.

Die Vorschubgeschwindigkeit ist beim Vorhub kleiner als beim Rückhub, da im Vorhub durch die größere Kolbenfläche ein größeres Volumen entsteht.

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Um eine konstante Geschwindigkeit und Kraft im Vor- und Rückhub zu erzeugen, müssen zwei Maßnahmen durchgeführt werden:

Flächenverhältnis Kolbenflä-che A1 zu Kolbenringfläche A2 von 2 : 1!

Umströmungsschaltung des Differenzialzylinders!

Beim Vorhub der Kolbenstange wird das von der Kolbenringfläche A2 ver-drängte Öl dem Vorhub zugeführt. Dadurch wird eine konstante Kolben-stangengeschwindigkeit und Kolben-stangenkraft erreicht. Betätigen Sie die Schaltung mit der Maus!

4 Hydraulische Steuerungen 4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströ-

mungsschaltung (2)

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Um die Geschwindigkeit einer Kol-benstange zu steuern, können Dros-selventile eingesetzt werden. Dabei können die Stromventile in der Zulaufleitung zwischen Wegeventil und Pumpe oder in der Vorlaufleitung zwischen Wegeventil und Zylinder eingebaut werden. Die Vorteile dieser Geschwindig-keitssteuerung sind:

Zylinderdichtungen werden geschont, da nicht der Pum-penhöchstdruck anliegt

Geringe Schwingungsnei-gung im Leitungssystem

Der Nachteil dieser Anordnung ist das ruckartige Ausfahren der Kol-benstange aufgrund des fehlenden

egendrucks. G

4 Hydraulische Steuerungen 4.3 Zulauf- und Vorlaufsteuerung

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Eine weitere Möglichkeit die Ge-schwindigkeit von Kolbenstangen zu steuern, ist der Einbau des Stromre-gelventils in die zum Tank führende Leitung. Wird das Stromventil zwischen Zylin-der und Wegeventil in die Rücklauf-leitung eingebaut, wird dies als Rück-laufsteuerung bezeichnet. Bei einer Ablaufsteuerung wird das Stromventil zwischen Wegeventil und Tank angeordnet. Der Vorteil dieser Steuerungsart ist das gleichmäßige Ausfahren der Kol-benstange, da sich durch das Strom-ventil ein Gegendruck aufbaut. Eine großer Nachteil dieser Strom-ventilanordnung ist die hohe Druck-belastung der Zylinderdichtungen.

4 Hydraulische Steuerungen 4.4 Ablauf- und Rücklaufsteuerung

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5 Zusammenfassung 5.1 Vergleich Pneumatik - Hydraulik

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Trainingsaufgaben Trainingsaufgabe 1


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Fallstudie

Die Auszubildenden haben zusammen mit Ihrem Ausbilder eine elektropneumatische Presse gebaut. Für einen neuen Auftrag reicht jedoch die Presskraft nicht mehr aus. Franz Huber: Heute beschäftigen wir uns noch mal mit der Presse. Bernd Wolf: Aber das hatten wir doch schon.... Franz Huber: Richtig. Dabei ging es aber um Pneumatik bzw. Elektro-Pneumatik. Für das Einpres-

sen der neuen Teile brauchen wir mehr Kraft. Bernd Wolf: ...und, was bedeutet das? Franz Huber: Wir werden die bestehende pneumatische Presse modifizieren. Da viele Komponen-

ten der Hydraulik ähnlich der Pneumatik sind, eignet sich das ganz gut für ein paar Wiederholungen.

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Abschluss Lerneinheit Bearbeitung der Fallstudie

Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe: Die bestehende pneumatische Presse soll mit einem hydraulischen Presszylinder ausgerüstet werden, um größere Kräfte zu erzeugen. Dazu müssen eine Reihe von technischen Verände-rungen vorgenommen werden. Für die Umrüstung der Presse sind folgende Punkte zu beach-ten:

Die Presse soll für geringe Stückzahlen ausgelegt werden.

Die elektropneumatische Spannvorrichtung bleibt erhalten.

Die hydraulische Presse muss mit einer eigenen Energieversorgung ausgerüstet sein.

Die Presskraft muss mindestens 10000 N betragen.

Der erste Teil des Vorhubs muss im Eilgang erfolgen.

Der letzte Teil des Vorhubs muss gedrosselt erfolgen.

Durch das Betätigen des NOT-AUS-Tasters muss der Pressenstempel sofort stehen bleiben.

Nach dem Lösen des NOT-AUS-Tasters wird der Pressenstempel durch die Richten-Taste in Grundstellung gebracht (Zylinder eingefahren).

Bestimmen Sie die benötigten hydraulischen Bauteile und fügen Sie diese zu einer funktions-fähigen Schaltung zusammen! Verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag.

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Anlagen

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LEITFRAGEN

Hinweis: Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen. Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen. Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.

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Ausbildung zum Mechatroniker Grundlagen der Hydraulik


TA Trainingsaufgabe zum Themenblock 1

Projektplanung

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

1.Nennen Sie mindestens drei wichtige Sicherheitsaspekte für hydraulische Anlagen. 2. Nennen Sie fünf wesentliche Bedingungen, die am Aufstellort berücksichtigt werden müssen.

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Bauteile der Hydraulik

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

1. Nennen Sie die vier wichtigsten Bauteile, die für eine hydraulische Steuerung unbedingt erforderlich sind. 2. Welche Aufgabe hat ein Stromregelventil in der Hydraulik? 3. Nennen Sie drei wichtige Punkte, die bei der Montage von Hydraulikleitungen und -schläuchen zu beachten sind. 4. Erklären Sie die Anschlussbezeichnungen eines hydraulischen Wegeventils.

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Inbetriebnahme der Anlage

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

1. Nennen Sie wichtige Bedingungen, die bei einer ersten Inbetriebnahme zu berücksichti-gen sind. 2. Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Druck, Fläche und Kraft.


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Hydraulische Steuerungen

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

1. Nennen Sie die Eigenschaften eines Differenzialzylinder in Bezug auf seine Kolbenstangengeschwindigkeit und Kolbenstangenkraft beim Aus- und Einfahren. 2. Nennen Sie je einen Vor- und Nachteil einer Zulaufsteuerung.

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Bearbeitung der Fallstudie

Name:

Vorname:

Klasse/Kurs:

Datum:

Die bestehende pneumatische Presse soll mit einem hydraulischen Presszylinder ausgerüstet werden, um größere Kräfte zu erzeugen. Dazu müssen eine Reihe von technischen Veränderungen vorgenommen werden. Für die Umrüstung der Presse sind folgende Punkte zu beachten:

- Die Presse soll für geringe Stückzahlen ausgelegt werden. - Die elektropneumatische Spannvorrichtung bleibt erhalten. - Die hydraulische Presse muss mit einer eigenen Energieversorgung ausgerüs-

tet sein. - Die Presskraft muss mindestens 10000 N betragen. - Der erste Teil des Vorhubs muss im Eilgang erfolgen. - Der letzte Teil des Vorhubs muss gedrosselt erfolgen. - Durch das Betätigen des Not-Aus-Tasters muss der Pressenstempel sofort ste-

hen bleiben. - Nach dem Lösen des Not-Aus-Tasters wird der Pressenstempel durch die Rich-

ten – Taste in Grundstellung gebracht (Zylinder eingefahren). Bestimmen Sie die benötigten hydraulischen Bauteile und fügen Sie diese zu einer funktionsfähigen Schaltung zusammen!

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Grundlagen der Hydraulik - · PDF file1 - Grundlagen der Hydraulik Einleitung...

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