- Hydraulik & Pneumatik -

Prof. Dr. Ulrich HahnSS 2010

Sensorik & AktorikWahlpflichtfach Studienrichtung „Antriebe & Automat ion“

Hydraulik 2

Hydraulik und Pneumatik

Flüssigkeiten: Hydraulik Gase (Luft): Pneumatik

Übertragung von KräftenDrehmomentenEnergie

durch Fluide

(Information)

Anwendungsbeispiele HydraulikBaumaschinen (Bagger, Kipper...)Fahrzeugtechnik (Bremsen, Servos...)HebebühnenProduktionsanlagen

Anwendungsbeispiele PneumatikAntriebe (Presslufthammer, Schrauber...)Fahrzeugtechnik (Bremsen, Servos...)Hebebühnen

Hydraulik 3

Vor- und Nachteile von Hydraulik☺ Bewirken großer Kräfte/Drehmomente mit kleinen Aktoren☺ stufenlose Geschwindigkeitsänderung, leichte Richtungsänderung

☺ Anfahren unter Volllast

☺ Änderung der Übersetzung unter Volllast (Getriebe)☺ geringe Massen � geringe Trägheit (rotierende Hydromotoren)

☺ einfacher Überlastschutz

☺ einfache Umwandlung Translation� Rotation

� hohe Anschaffungskosten (Präzisionsteile)� Anforderungen an Hydraulikflüssigkeiten (Lecks, Umwelt)

� kleine Übertragungsentfernungen (Viskosität der Hydraulikflüss.)

� kleiner Wirkungsgrad gegenüber direkten mechan. Antrieben� Schlupf � keine exakte Positionierung

� Rückfluss- und Leckleitungen erforderlich

Hydraulik 4

Vor- und Nachteile von Pneumatik☺ Energiespeicherung möglich (Kompressibilität von Luft)

☺ größere Übertragungsentfernungen

☺ keine Rückfluss- und Leckleitungen

� geringere Drücke gegenüber Hydraulik (Unfallschutz)

� keine gleichförmige Bewegung bei veränderlichen Lasten � Kompressibilität

� Geräusche der ausströmenden Luft

Hydraulik 5

Vergleich energieübertragender Systeme

Hydraulik 6

Beispiel einer hydraulischen Anlagegeschlossener Flüssigkeitskreis-lauf ("Stromkreis")Energiezufuhr � Druckdifferenz Vorlauf - RücklaufEnergietransport: strömendes Fluid

Energieabfuhr (Hydromotor, Hydraulikzylinder)

Schaltbild der Hydraulikanlage ����

Hydraulik 7

Beispiel einer hydraulischen Anlage

Betriebsparameter

Hydraulik 8

Steuerung eines Hydraulikzylinders3/2 Wege-ventil

1. Endposition � Druckbe-grenzung spricht an� Pumpenenergie � Drossel

3/3 Wege-ventil

2. zurück durch Federkraft, Rückfluss in Behälter

1. Endposition � Druckbe-grenzung spricht an

2. Halten: Zylinder abgekoppelt vom Kreislauf

3. zurück durch Schwerkraft, Rückfluss in Behälter

Hydraulik 9

Steuerung eines Hydraulikzylinders4/3 Wege-ventil

1. Kolben � rechts

4/3 Wege-ventil

2. Haltestellung1. Kolben � rechts

2. "Schwimmstellung": Kolben kann von außen bewegt werden

3. Kolben � links

3. Kolben � links

Hydraulik 10

HydraulikflüssigkeitenAnforderungen:

geringe Kompressibilitätgute Schmierfähigkeit � Viskositäts- und Druckverhalten

gute Benetzung gegeneinander beweglicher Teile

angemessene Viskosität, geringe Temperaturabhängigkeit

hohe Wärmekapazität � Aufnahme von Wärmeverlusten

Alterungsbeständigkeit

schwer entflammbar

keine chemischen Reaktionen mit anderen Bauteilen

Stock- und Pourtemperatur niedrig (Verfestigung des Öls)

gutes Luftabscheidevermögen

umwelt- und wasserverträglich, ungiftig

Hydraulik 11

Hydraulikflüssigkeiten

Hydraulik 12

Hydraulikflüssigkeitendynamische Viskosität: Schubspannung/Strömungsgeschwindigkeitsgradient

kinematische Viskosität:

yvx

yx

dd: ,τ=η

Vergleich Wasser: νννν = 1 mm²/s

ρη=ν :

Viskositätsindex: "0" ηηηη stark temperaturabhängig "100" ηηηη schwach temperaturabhängig

Hydraulik 13

Hydraulikflüssigkeiten

Kompressibilität0

dd

: 0VV

pV ⋅−=κ κ: 1...3,5GN/m²

� Rückwirkung auf die Stellgenauigkeit

� hohe Genauigkeit: ∆p klein => Zylinderquerschnitt groß

Luft in Hydraulikflüssigkeiten

gelöste Luftfreie Luft (Blasen), bewirkt durch "Ausfällen" gelöster Luft bei Druckabfall (Lastwechsel)

0p

pVLuft ⋅α= α: 5 ... 8%

Hydraulik 14

Hydropumpenerzeugen den Druck im Hochdruckteil des Hydrauliksystems

Antrieb: ElektromotorenVerbrennungsmotoren

hohe Drücke, kleine Volumenströme ���� Verdrängerpumpensl

5<V&

Kolbenpumpen: HubAnVnV Kolbenverdr ⋅⋅=⋅= .&

� Förderverluste interner Leckstrom durch Undichtig-keiten, Fluid bleibt in der Pumpe

etxerner Leckstrom, Fluid verlässt Pumpe

unvollständige Füllung (Blasen, Kavitation)

Kompressionsverlust

� Reibungsverluste Viskosität, Reibung Kolben-Zylinder

� hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad

Hydraulik 15

Hydropumpen

Umlaufverdränger, meist Zahnradpumpen

☺ geringe Druck- und Volumenstromschwankungen

Hydraulik 16

Hydropumpen

Hydraulik 17

HydropumpenFlügelzellenpumpe

Exzentrizität der Flügelzellen � VerdrängungsvolumenWiderlager mit Feder � Druck

Hydraulik 18

Hydropumpen

Axialkolbenpumpen

Rotation des Antriebsmotors � Translation der KolbenHub regelbar durch Winkel der Achse

Schrägachsenpumpe Schrägscsheibenpumpe

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Hydropumpen

Kennlinien Axialkolbenpumpe

Hydraulik 20

Hydropumpen

Radialkolbenpumpen

Rotation des Antriebsmotors � Translation der Kolben durch Exzentrizität der Welle

1 Gehäuse2 Welle3 Zylinderführung4 Ventilplatte, (4.1) Saugventil5 Druckventil6 Kolben7 Zylinder8 Feder9 Arbeitsraum10 Saugraum

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Hydromotoren

Rotationsbewegung

Hydraulik 22

Hydromotoren

Translationsbewegung: Hydraulikzylinder

Hydraulik 23

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