Dietmar Findeisen Franz Findeisen. Handbuch für die hydrostatische Leistungsübertragung in der Fluidtechnik

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1 Dietmar Findeisen Franz Findeisen # $ Handbuch für die hydrostatische Leistungsübertragung in der Fluidtechnik Vierte, völlig neubearbeitete Auflage Mit 296 Bildern und 41 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo HongKong Barcelona Budapest

2 Inhalt 1 Hydrostatische Antriebe Einordnung des hydrostatischen Antriebs in die Getriebesystematik Wirkschema hydrostatischer Antriebe und verallgemeinerte Getriebekennwerte Gleichmäßig übersetzende hydrostatische Antriebe Ungleichmäßig übersetzende hydrostatische Antriebe Elektrohydraulische Präzisions-Stellantriebe für kontrolliertes Bewegen (hydraulische Aktoren) Aktoren für spanende Werkzeugmaschinen Aktoren für umformende Werkzeugmaschinen Aktoren für kunststoffverarbeitende Maschinen Aktoren für Handhabungseinrichtungen Aktoren für Landmaschinen Aktoren für Simulatoren Aktoren für Werkstoffprüfmaschinen 50 Literatur zu Kapitel Druckflüssigkeit Physikalische Grundgesetze für Flüssigkeiten Gesetze der Hydrostatik Kompressibilität Kompression einer Flüssigkeitsmenge bei starrer Gefäßwandung Kompression einer Flüssigkeitsmenge bei elastischer Gefäßwandung Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten Gesetze der Hydrodynamik idealer Flüssigkeiten Kontinuitätsgleichung (Massenerhaltungssatz) Bernoullische Gleichung für stationäre Strömung (Energiesatz) Bernoullische Gleichung für instationäre Strömung Gesetze der Hydrodynamik realer (newtonscher) Flüssigkeiten bei Innenströmung in Rohren Strömungsformen realer Flüssigkeiten bei stationärer Strömung 77

3 VIII Inhalt Reynolds-Zahl als bestimmende Kennzahl für die Ausbildung der Strömungsform Bernoullische Gleichung für stationäre Strömung (Energiesatz für reibungsbehaftete Fluide) Druckverlust in geraden Rohrleitungen: Reibungsverlust Druckverlust in Rohrkrümmern, Leitungsverbindungen und Steuerventilen: Verwirbelungsverlust Gesamter Druckverlust und Wirkungsgrad von Energieübertragung und Energiesteuerung Physikalische Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeiten Dichte Viskosität Luftabscheidevermögen Verdampfungsdruck Mindestanforderungen an Hydraulikflüssigkeiten Hydrauliköle (Mineralöle) ISO-Viskositätsklassifikation der Mineralöle Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten Umweltverträgliche Hydraulikflüssigkeiten Hydraulikflüssigkeit und Betriebssicherheit der Hydroanlage Physikalische Kennwerte zur Qualitätsbewertung von Hydraulikölen Richtungskonstante und Viskositätsindex Korrosionsschutz Alterungsbeständigkeit Verhalten gegen Dichtungswerkstoffe Mechanische Prüfung in der FZG-Zahnrad-Verspannungs- Prüfmaschine Verschmutzung von Hydraulikflüssigkeiten Feststoffverschmutzung Gas in Öl (Luft in Öl) Wasser in Öl Durchflüßgesetze bei Innenströmung in Funktionsspalten ohne Querschnittsänderung Spaltströmung infolge bewegter Wand (Schleppströmung) Spaltströmung infolge Druckdifferenz (Leckströmung) Überlagerte Spaltströmung Rheologische Eigenschaften von Hydraulikflüssigkeiten mit VT-Verbesserer bei Strömung durch enge Kanäle Durchflüßgesetze bei Innenströmung in Einbauteilen mit Querschnittsänderung Strömung durch Drossel (Kapillare) Strömung durch Blende (Drosselscheibe) 140 Literatur zu Kapitel 2 143

4 Inhalt IX 3 Hydrogeräte zur Energieumformung (Verdrängermaschinen) Antriebseinheiten als Energiequelle Elektromotoren als Antriebseinheiten von Hydropumpen Drehstrom-Asynchronmotor mit Käfigläufer Gleichstrommotor mit Fremderregung Verbrennungsmotoren als Antriebseinheiten von Hydropumpen Hydropumpen Hydraulische Kenngrößen der verlustfreien Pumpe Betriebsdruck auf der Eingangsseite (Saugverhalten) Betriebsdruck auf der Ausgangsseite (Förderverhalten) Förderdruck als nutzbare Betriebsdruckdifferenz der Pumpe (Energieumsatz) Geometrisches und theoretisches Fördervolumen Theoretischer Förderstrom Kenngrößen des verlustfreien Antriebs Theoretisches Pumpendrehmoment Theoretische Pumpenleistung Hydraulische Kenngrößen der verlustbehafteten Pumpe Effektiver Förderstrom und volumetrischer Wirkungsgrad Kenngrößen des verlustbehafteten Antriebs Effektives Pumpendrehmoment und hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad Pumpenleistung und Gesamtwirkungsgrad Pumpenkennlinien Kennlinien hydraulischer Kenngrößen Kennlinien von Kenngrößen des Antriebs Pumpenkennfeld Methodische Pumpenauswahl - Arbeitshilfen Leitlinien und Konstruktionskatalog, Zugriffsteil mit Anhang ' Pumpenbauarten nach Verdrängerprinzipien - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Gliederungsteil Drehkolbenmaschinen Hubkolbenmaschinen Ausgeführte Pumpenbauarten - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Haupteil Pulsation des Förderstroms Hydroanlage als Geräuschquelle, Lärmschutzmaßnahmen Geräuschemission, Meßverfahren und Emissionskenngrößen Grundsätze der Geräuschminderung - Richtlinien des lärmarmen Gestaltens Lärmminderung an der Schallquelle Lärmminderung bei der Schallausbreitung 251

5 X Inhalt Hydraulikbehälter zur Flüssigkeitsaufbewahrung Antriebsaggregate Hydromotoren Hydraulische Kenngrößen des verlustfreien Motors Kenngrößen des verlustfreien Abtriebs Hydraulische Kenngrößen des verlustbehafteten Motors Effektiver Schluckstrom und volumetrischer Wirkungsgrad Kenngrößen des verlustbehafteten Abtriebs Effektives Motordrehmoment und hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad Motorleistung und Gesamtwirkungsgrad Motorkennlinien Anlauf- und Langsamlaufverhalten Dynamisches Verhalten Anlaufvorgang und dynamische Kenngrößen Schwingungskennwerte Schwingungsanalyse und Simulation des Antriebssystems Methodische Motorenauswahl - Arbeitshilfen, Leitlinie und Konstruktionskatalog, Zugriffsteil mit Anhang Motorbauarten nach Verdrängerprinzipien - Arbeitshilfe Konstxuktionskatalog, Gliederungsteil Ausgeführte Motorbauarten - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Hauptteil Hydraulische Schwenkmotoren Hydraulische Kenngrößen des verlustbehafteten Schwenkmotors Kenngrößen des verlustbehafteten Abtriebs Dynamisches Verhalten Bewegungsphasen und dynamische Kenngrößen Bremsphase mit Endlagendämpfung Methodische Schwenkmotorenauswahl - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Zugriffsteil Schwenkmotorbauarten nach Verdrängerprinzipien - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Gliederungsteil Ausgeführte Schwenkmotorbauarten - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Hauptteil Hydrozylinder Hydraulische Kenngrößen des verlustfreien Zylinders Kenngrößen des verlustfreien Abtriebs Hydraulische Kenngrößen des verlustbehafteten Zylinders Kenngrößen des verlustbehafteten Abtriebs Effektive Kolbenkraft und hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad Zylinderleistung und Gesamtwirkungsgrad 400

6 Inhalt XI Dynamisches Verhalten Bewegungsphasen und dynamische Kenngrößen Bremsphase mit Endlagendämpfung Schwingungskennwerte Schwingungsanalyse und Simulation des Antriebssystems Methodische Zylinderauswahl - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Zugriffsteil Zylinderbauarten für Schubkolbentriebe - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Gliederungsteil Ausgeführte Zylinderbauarten - Arbeitshilfe Konstruktionskatalog, Hauptteil Elektrohydraulische Linearantriebe Kompakte Linearantriebe (Aktoren) Präzisionszylinder (Servozylindersysteme) Elastische Berührungsdichtungen (Hydraulikdichtungen) Berührungsdichtungen an ruhenden Flächen Berührungsdichtungen an gleitenden Flächen 454 Literatur zu Kapitel Hydrogeräte zur Energiesteuerung und -regelung (Ventile) Wegeventile Nichtdrosselnde Wegeventile Mechanische Bauteile und Betätigungsarten Bauarten Betätigungskraft am Wege-Schieberventil Druckverlust bei voll geöffnetem Wege-Schieberventil Drosselnde Wegeventile (Fühlerventile) Hydraulische Stetigventile, insbesondere Stetigwegeventile Elektrische Eingangsstufe Hydraulische Vorsteuerstufe (Verstärkerstufe) Steuerkantengeometrie Rückführungssysteme Proportional-Wegeventile Aufgabe und Anwendung in Antriebssteuerungen Elektromagnetischer Umformer der Bauart Proportionalmagnet Hubgesteuerter Proportionalmagnet Kraftgesteuerter Proportionalmagnet Lagegeregelter Proportionalmagnet Bauarten der Ansteuerelektronik Integration der Elektronik in das Stetigventil Einstufige (direktwirkende) Proportional-Wegeventile Zweistufige (vorgesteuerte) Proportional-Wegeventile Schnelle Proportional-Wegeventile (Regelventile) Servoventile 549

7 XII Inhalt Aufgabe und Anwendung in Antriebsregelungen Zweistufige (vorgesteuerte) Servoventile Dreistufige Servoventile Sperrventile (Rückschlagventile) Druckventile Druckbegrenzungsventile Druckreduzierventile und Folgeventile Stetigdruckventile Proportional-Druckventile Servo-Druckventile Stromventile Drosselventile Stromregelventile Stetigstromventile Proportional-Drosselventile Proportional-Stromregelventile Stromteiler Wege-Einbauventile 595 Literatur zu Kapitel Hydrogeräte zur Energieübertragung, Energiespeicherung und Flüssigkeitsaufbereitung (Zubehör) Leitungen und Leitungsverbindungen zur Energieübertragung Rohrleitungen Rohrverschraubungen Lötlose (lösbare) Rohrverschraubungen Gelötete und geschweißte (lösbare) Rohrverschraubungen Löt- und Schweißverbindungen (nicht lösbare) Flanschverbindungen und richtungseinstellbare Verbindungen (lösbare) Schläuchleitungen Schläuche Schlaucharmaturen Anschlußelemente: Kupplungen Ventilmontagesysteme Rohrmontage und Montagewand Verkettungssysteme Blockbauweise Hydrospeicher zur Energiespeicherung Aufgaben und sicherheitstechnische Anforderungen Bauarten und Wirkungsweise Kenngrößen und Auslegung 681

8 Inhalt XIII Zustandsänderung und Arbeitsaustausch bei idealem Energieträger Zustandsänderung und Arbeitsaustausch bei realem Energieträger Bemessen nach thermischem Beharrungsverhalten: konventionelle Speicherauslegung Bemessen nach thermischem Zeitverhalten: Simulationsauslegung Dynamische Eigenschaften und Kennwerte Möglichkeiten zur Erhöhung der Energiekapazität Zentrale Druckflüssigkeitsversorgung (Zentralhydraulik) Hydraulikfilter zur Flüssigkeitsaufbereitung Arten der Feststoffverschmutzung Reinheitsforderungen an die Hydraulikflüssigkeit: ISO-Reinheitsklassen Anforderungen an die Filter: Filterkenngrößen Abscheideleistung: Filterfeinheit x Schmutzkapazität: ACFTD-Kapazität a Anforderungen an das Filtermaterial Filterkonzept Begriffserläuterung zum Filterkonzept Filterarten und Anforderungen Filterbauformen und Anordnungen Wärmetauscher zur Flüssigkeitsaufbereitung Luftgekühlte Ölkühler Wassergekühlte Ölkühler 731 Literatur zu Kapitel Herstellerverzeichnis 745 Sachverzeichnis 753