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GRUNDLAGEN-HYDRAULIK

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Vorwort

Sehr geehrte Teilnehmerinnen und Teilnehmer,

Die nachstehende Schulungsunterlage soll als Basis für Übungen zum Verständnis für Praktiker dienen.

Um die Nachvollziehbarkeit der Unterlage zu gewährleisten, haben wir auf präzise wissenschaftliche Formulierungen und Darstellungen verzichtet.

Alle Erkenntnisse sind aus der Sicht des Praktikers für die Analyse von Hydraulikanlagen gedacht.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg.

Mit freundlichen Grüßen

Robin Trompetter

Grundlagen Hydraulik FT 1.4

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Inhaltsverzeichnis Grundlagen Hydraulik .............................................................................................................................. 5

Hydrostatischer Antrieb .......................................................................................................................... 6

Symbole und Schaltzeichen in Anlehnung an die DIN ISO 1219 ............................................................. 9

Druckflüssigkeiten ................................................................................................................................. 10

Ölsorten ............................................................................................................................................. 11

Viskosität ........................................................................................................................................... 12

Das Viskositäts-Temperatur-Diagramm für Mineralöl ...................................................................... 13

Viskositäts-Vergleichstabelle ............................................................................................................. 15

Verhalten von mineralischen und synthetischen Schmierölen ......................................................... 16

Additive ............................................................................................................................................. 17

Konstruktion .......................................................................................................................................... 18

Zylinder .............................................................................................................................................. 20

Hydromotoren ................................................................................................................................... 22

Dimensionierung der Energieumwandlung ....................................................................................... 23

Endlagendämpfung ........................................................................................................................... 25

Geschwindigkeit ................................................................................................................................ 26

Volumenstrom ....................................................................................................................................... 27

Technische Größen ............................................................................................................................ 28

Pumpen ................................................................................................................................................. 30

Verdrängerprinzip ............................................................................................................................. 31

Antriebsbewegung ............................................................................................................................ 31

Pumpenübersicht .............................................................................................................................. 32

Pumpenbauarten ............................................................................................................................... 33

Pumpenkennwerte ............................................................................................................................ 35

Außenzahnradpumpe ........................................................................................................................ 36

Innenzahnradpumpe ......................................................................................................................... 37

Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ............................................................................... 38

Flügelzellenpumpe (konstant) ........................................................................................................... 39

Flügelzellenpumpe (regelbar) ........................................................................................................... 40

Radialkolbenpumpe mit konstantem Förderstrom (außenbeaufschlagt) ........................................ 42

Radialkolbenpumpe mit verstellbarem Förderstrom (innenbeaufschlagt) ...................................... 43

Ventile ................................................................................................................................................... 44

Schaltzeichen ..................................................................................................................................... 46

Funktionsweise Wegeventile ............................................................................................................ 48

Schaltstellungen ................................................................................................................................ 51



Betätigungsarten ............................................................................................................................... 52

Vorsteuerung Wegeventile ............................................................................................................... 54

Anschlussplatten ............................................................................................................................... 55

Schaltüberdeckung ............................................................................................................................ 56

Druckaufbau .......................................................................................................................................... 57

Systemeigene hydraulische Widerstände ......................................................................................... 58

Manometer ....................................................................................................................................... 60

Druckmessung ................................................................................................................................... 61

Druckbegrenzung .................................................................................................................................. 63

Druckbegrenzungsventil (direktgesteuert) ....................................................................................... 65

Druckbegrenzungsventil (vorgesteuert) ............................................................................................ 66

Gesetz von Pascal .............................................................................................................................. 67

Übungsauswertung ........................................................................................................................... 68

Übung 1: Pumpe, Volumenstrom, Flächenverhältnis ........................................................................... 70


Volumenstrommessung .................................................................................................................... 72

Flächenverhältnis .............................................................................................................................. 73

Übung 2: Strömungswiderstand ............................................................................................................ 75


Behälter ................................................................................................................................................. 78

Aufgaben des Ölbehälters ................................................................................................................. 79

Ansaugen von Luft ............................................................................................................................. 83

Typische Sauberkeitsniveaus ............................................................................................................. 90

Verschleißarten ................................................................................................................................. 91

Schlauchleitungen ................................................................................................................................. 92

Hydraulikschläuche Normen-Übersicht ............................................................................................ 93

Identifizierung von Schlauchleitungen .............................................................................................. 94

Verlegung von Schlauchleitungen ..................................................................................................... 96

Rohrverschraubungen ........................................................................................................................... 98

Montage: ........................................................................................................................................... 99

Dichtkegel mit O-Ring ...................................................................................................................... 100

Abmessungen und Druckstufen ...................................................................................................... 100

Ermittlung der vorhandenen Größen (Baureihe, Durchmesser) ..................................................... 101

Einschraubzapfen ............................................................................................................................ 102

Drosselventile ...................................................................................................................................... 105

Strömungsgeschwindigkeit ............................................................................................................. 106


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Übung 3: Drosselquerschnitt (Grundwirkung) .................................................................................... 108

Übungsauswertung ......................................................................................................................... 109

Ventilarten ........................................................................................................................................... 110

2-Wege Druckminderventil ............................................................................................................. 111

3-Wege Druckminderventil ............................................................................................................. 112

2-Wege Stromregelventil ................................................................................................................ 113

Stromteiler....................................................................................................................................... 114

Rückschläge/ Sperrventile ............................................................................................................... 115

Rückschläge entsperrbar ................................................................................................................. 116

Wechselventil .................................................................................................................................. 117

Absperrventil ................................................................................................................................... 118

Servoventil ....................................................................................................................................... 119

Proportionalventil ........................................................................................................................... 120

Speicher ............................................................................................................................................... 121

Sicherheitshinweise ............................................................................................................................. 122

Schaltzeichen in Anlehnung an die DIN ISO 1219 ............................................................................... 123



Grundlagen Hydraulik

Unter dem Begriff Hydraulik, versteht man die Übertragung von Kräften und Bewegungen mittels Druckflüssigkeit.

In Maschinen können Kräfte und Bewegungen hydraulisch übertragen werden.

Hydraulikanlagen, welche diese Funktionen erfüllen, werden als hydrostatische Antriebe bezeichnet.

Hydrostatische Antriebe sind in vielen Anwendungsbereichen wiederzufinden.

Unterschieden wird zwischen der Industrie-,Mobil-, Schiffs- und Flugzeughydraulik.

Der Aufbau und die Komplexibilität eines hydrostatischen Antriebs richten sich nach Art und Einsatzzweck.

HydrostatikMechanik ruhender Flüssigkeiten (Lehre von Gleichgewichtszuständen bei Flüssigkeiten), z.B. Kraftübertragung in der Hydraulik

HydrodynamikMechanik strömender Flüssigkeiten (Strömungslehre), z.B. die Umsetzung der Strömungsenergie in Turbinen bei Wasserkraftwerken.

Antrieb:Elektro-MotorVerbrennungs-

motor

Hydraulik-pumpe

Hydraulische Steuer- und

Regelelemente

Verbraucher:HydraulikzylinderHydraulikmotor

zu betätigendes Arbeitselement

elekrische oder thermische

Energie

mechanische Energie

mechanischeEnergie

hydraulische Energie

hydraulischeEnergie



Aufbau eines hydrostatischen Antriebs

Ein hydrostatischer Antrieb setzt sich aus der Ölaufbereitung, der Energieumwandlung undder Energiesteuerung zusammen.

Ordnen Sie folgende Begriffe den nummerierten Bauteilen zu.

Energieumwandlung, Energiesteuerung, Ölaufbereitung

12345



Das Viskositäts-Temperatur-Diagramm für Mineralöl

Alle Flüssigkeitsangaben werden durch eine Zahl ergänzt. Diese Zahl ist die kinematische Bezugsviskosität bei einer Bezugstemperatur von 40°C

HLP46 Druckflüssigkeit auf Mineralölbasis mit einer kinematischen Viskosität von 46 mm²/sec bei 40 °C

1cSt = 1mm²/s

Bezu

gste

mpe

ratu

r [40

°C]

Idealviskosität [36 mm²/sec]

1

10

100

1000

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Visk

ositä

t [m

m²/

sec]

Temperatur [°C]

Grenzwertige Startviskosität, je nach Pumpentyp zwischen 100 und 2000 mm²/sec

Optimaler Arbeitsbereich zwischen 12 und 100 mm²/sec

Zu niedrige Viskosität zwischen 0 und 12 mm²/sec



Viskositäts-Vergleichstabelle

Quelle: Shell



Linear wirkender Verbraucher

Rotierender Verbraucher

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Zylinder

Das für den Laien wohl bekannteste Bauelement ist der Hydraulik-Zylinder, macht er doch die Wirkung hydraulischer Kräfte sichtbar und erzeugt/ überträgt dabei die verschiedensten Arbeitsbewegungen an hydraulischen Anlagen.

Hydraulik-Zylinder erfüllen die Aufgabe, hydraulische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln und dabei geradlinige Bewegungen auszuführen, mit einem Minimum an konstruktivem Aufwand bei größter Leistungsdichte.

Im Gegensatz zu mechanischen Lösungen können Kräfte und Geschwindigkeiten über den gesamten Hub konstant gehalten oder beliebig variiert werden.

Durch die geradlinige Bewegung wird er meist auch als Linearmotor bezeichnet.

Bei den Abdichtungen von Hydraulikzylindern unterscheiden sich die Abdichtungen nach deren Dichtaufgabe. Die innere Abdichtung trennt die Kolben- von der Kolbenringseite des Zylinders. Sie muss nur dem Medium standhalten. Die äußere Abdichtung muss das Medium im Zylinder nach außen abdichten, jedoch auch das Eindringen von Schmutz etc. von außen verhindern. Dies erfolgt über zusätzliche Abstreifer. Je nach äußeren Bedingungen ist dieser Abstreifer sehr stark belastet und muss entsprechend ausgewählt werden.



Technische Größen

Von welchen technischen Größen ist der Volumenstrom abhängig?

𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑙𝑙𝑙𝑙ä𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑙𝑙𝑙𝑙𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑈𝑈𝑈𝑈𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙ℎ𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤 ∗ 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤𝑙𝑙𝑙𝑙𝑤𝑤𝑤𝑤𝑙𝑙𝑙𝑙𝐺𝐺𝐺𝐺𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙ℎ𝑧𝑧𝑧𝑧𝑏𝑏𝑏𝑏ℎ𝑙𝑙𝑙𝑙

𝑞𝑞𝑞𝑞𝑤𝑤𝑤𝑤 = ___________ ∗ _____________

Die Größe des Volumenstroms setzt sich aus der _____________________ der Pumpe und der _______________________ des Motors zusammen.

Der Volumenstrom hat die Einheit ___________ und das Formelzeichen „qv“.

Der Hubraum bzw. die Nenngröße (NG) einer Pumpe wird jedoch in cm³/U angeben. Daher muss der Umrechnungsfaktor 1000 mitberücksichtigt werden.

𝑞𝑞𝑞𝑞𝑤𝑤𝑤𝑤 = ∗

1000

Der entscheidende Unterschied zwischen den dargestellten Motoren ist, dass der E-Motor (links) eine konstante Drehzahl aufweist. Der Verbrennungsmotor (rechts) kann allerdings je nach Gasstellung eine variable Drehzahl annehmen.

Zu beachten ist, dass E-Motoren auch mit einem Frequenzumrichter (FU) ausgestattet sein können. Durch dieses optionale Bauteil wird auch bei E-Motoren die Drehzahl zu einer Variablen.



Pumpenübersicht

Pumpen gibt es nicht nur in technischen Anwendungen, sondern auch in allen Bereichen des täglichen Lebens, z.B. in Hauswasserwerken. Von der Wirkungsweise unterscheiden sich gravierend die Kreisel- von den Verdrängerpumpen. Da Kreiselpumpen im täglichen Leben eindeutig in der Überzahl sind, neigt man fälschlicherweise dazu, das Verhalten der Kreiselpumpe (z.B. die Druckprüfung) auf die Verdrängerpumpe zu übertragen. Dies ist aber so nicht möglich (siehe Abbildung unten).

Pumpenarten

Benennung Hydrostatische Pumpe

(Verdrängerpumpe)

Hydrodynamische Pumpe

(Kreiselpumpe)

Merkmal: innere Abdichtung keine innere Abdichtung

Verhalten: Der geförderte Volumenstrom ist weitgehend konstant, bis hin

zur Selbstzerstörung

Der geförderte Volumenstrom ist stark vom Widerstand abhängig und verringert sich bis auf 0 bei

Maximaldruck

Einsatzbereich: Hydraulikpumpen, Hochdruckreiniger, Einspritzpumpen

Kühlmittelpumpen, Hauswasserwerke, Feuerwehrpumpen

Funktionsprinzip:

Kennlinien:

Merke: Eine Verdrängerpumpe verdrängt einen weitgehend konstanten Volumenstrom gegen jeden Widerstand.



Außenzahnradpumpe

- AufbauZahnradpumpen bestehen im Wesentlichen aus zwei miteinander kämmenden Zahnrädern, die von einem Gehäuse mit so geringem axialen und radialen Spiel umgeben sind, dass fast Öldichtigkeit erreicht wird.

Die Saugseite steht mit dem Flüssigkeitsbehälter, die Druckseite mit dem Hydrauliksystem in Verbindung.

- FunktionEines der beiden Zahnräder wird über einer nach außen geführten Welle in Pfeilrichtung angetrieben und nimmt das gegenüberliegende in entgegengesetzter Drehrichtung mit. Durch die Drehbewegung laufen jeweils ein Zahn und eine Zahnlücke auseinander, wodurch ein Unterdruck entsteht und mit dem gleichzeitig auf den Flüssigkeitsspiegel wirkenden atmosphärischen Luftdruck ein Zulaufen der Flüssigkeit aus dem Behälter bewirkt, „die Pumpe saugt an“.

Die Druckflüssigkeit füllt die Zahnlücken und wird in diesen vom Sauganschluss zum Druckanschluss weitertransportiert. Im Druckraum tauchen Zähne und Zahnlücken wieder ineinander und verdrängen die Flüssigkeit in den Auslass, wodurch „Förderstrom-Pulsation“ eintritt. Um diese Pulsation so gering wie möglich zu halten, wird die in den Zahnräumen verbleibende Restflüssigkeit durch „Entlastungsnuten“ zum Saugraum abgeleitet.



Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise

- FunktionBei einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise sind die Kolben in der rotierenden Zylindertrommel angeordnet. Abhängig vom Winkel der Schrägscheibe werden die Kolben während der Drehbewegung vom oberen in den unteren Totpunkt bewegt. Hierbei vergrößert sich der durch Kolben und Trommel definierte Raum und die Pumpe saugt an. Bei der weiteren Bewegung wird der Kolben wieder in den unteren Totpunkt bewegt und die Pumpe verdrängt. Die Verbindung des Kolbens zur Saug- bzw. Druckseite übernimmt die Steuerscheibe. Vergrößert sich der Winkel der Schrägscheibe, vergrößert sich der Hub. Die Pumpe fördert mehr Volumenstrom. Bei einem Winkel zwischen Antriebswelle und Schrägscheibe von 90° befindet sich die Pumpe im Nullhub, die Pumpe fördert keinen Volumenstrom.



Flügelzellenpumpe (regelbar)

- AufbauRegelbare Flügelzellenpumpen bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse, einem Verstellring mit Verstelleinrichtung und einem Rotor mit in radialer Richtung verschiebbarem Flügel. Der Rotor ist mit einer fest im Gehäuse gelagerten Antriebswelle verbunden, die axiale Spaltanpassung geschieht analog zur Flügelzellenpumpe (konstant).



Radialkolbenpumpe mit konstantem Förderstrom (außenbeaufschlagt)

Die Kolben sind sternförmig in einer oder mehreren Ebenen angeordnet. Sie stützen sich zur Pumpenachse hin auf dem exzentrisch umlaufenden Lager ab. Gefördert wird über plattenförmigen Saug- und Druckventile, die jedem Kolben zugeordnet sind. Federn pressen die Kolben an. Die Fördermenge hängt von der Kolbenanzahl, dem Kolbendurchmesser um dem Hub ab.



Ergänzen Sie folgende Schnittdarstellungen mit dazugehörigen Schaltsymbolen

HIER ENDET DIELESEPROBE

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