Fluidtechnik. Pneumatik

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1 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Einstieg in die Hydraulik Fluidtechnik lüssige Medien Hydraulik Hydrostatik: ruhende Flüssigkeit, Druck,Kraft Hydrodynamik: strömende Flüssigkeit, Strömungsgeschwindigkeit gasförmige Medien Pneumatik Sie erinnern sich? In der Hydraulik gelten die Gesetze der Hydrostatik (Mechanik der ruhenden Flüssigkeiten), aber auch Gesetze der Hydrodynamik oder auch Hydrokinetik genannt (Mechanik der strömenden Flüssigkeiten) kommen zum Tragen, wobei die hydrostatischen Verhältnisse überwiegen. Hydraulische Antriebe und Steuerungen, um die es in diesem Lehrgang geht, werden üblicherweise der Hydrostatik zugeordnet. Die physikalischen Zusammenhänge sind, natürlich in Verbindung mit der praktischen Anwendung, im Kapitel 3 näher beschrieben. Um zunächst eine Vorstellung von der Einsatzbreite der Hydraulik zu erhalten, erfahren Sie in den jetzt folgenden Kapiteln 1.2 und 1.3 mit zahlreichen Beispielen die Breite der Anwendungen hydraulischer Antriebe und Steuerungen. 1.2 Überblick Beispiele Industriehydraulik Die nachfolgenden Bilder machen uns die schon mehrfach angesprochene Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten für die Hydraulik deutlich. Wir wollen uns jetzt einige der Anwendungsbeispiele aus den Abbildungen 1.1 bis 1.7, die auch nur einen Auszug der Möglichkeiten zeigen, näher ansehen. Nochmals zur Erinnerung: Unter dem Begriff Industriehydraulik versteht man üblicherweise den Einsatz der Hydraulik in stationären, d. h. in fest installierten Maschinen und Systemen, in Produktionsanlagen. Einige der Anwendungsbeispiele wollen wir näher betrachten: Werkzeugmaschinen: Z. B. Bearbeitungszentren, Transfer ma schinen, Drehzentren sowie Bohr-, Fräs-, Säge-, Schleif-, Hon- und Verzahnungsmaschinen. Die Hydraulik kommt z. B. bei Vorschubantrieben, Spannen von Werkzeugen und Werkstücken sowie auch zum Gewichtsausgleich von nicht waagerecht angeordneten Werkzeugschlitten zum Einsatz. Abb. 1.1 Beispiel Werkzeugmaschine (Quelle: Bosch-Rexroth) 13

2 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Einstieg in die Hydraulik Abb. 1.2 Beispiel Pressen (Quelle: Bosch-Rexroth) Pressen: Z. B. Abkantpressen, Baustoff- und Keramikpressen, Formpressen, Ziehpressen oder Strangpressen. Mit hydraulischem Antrieb und entsprechender Steuerung oder Regelung können problemlos große Kräfte sowie gezielter Druck- und Verformungsablauf erreicht werden. Viele Teile aus unserem Alltag wie z. B. Karosserieteile oder Spülen, um nur zwei bekannte Teile zu nennen, könnten ohne diese Technologie kaum hergestellt werden. Holz-, Druck- und Papiermaschinen: Z. B. Durchbiegekompensation von Walzen, Positionierantriebe für Sägen oder Schälmesserantriebe für Furnierschälmaschinen. Abb. 1.3 Holz-, Druck-, und Papier- Maschinen (Quelle: Bosch-Rexroth) Bühnentechnik: Z. B. hydraulisches Heben, Senken, Verschieben oder Drehen von Bühnenteilen im Theater, kombiniert mit elektronischer Ansteuerung; oder das Bewegen von großen Kulissen mit tollen Effekten für den Zuschauer. Abb. 1.4 Beispiel Bühnentechnik (Quelle: Bosch-Rexroth) Abb. 1.5 Beispiel Flugsimulator (Quelle: Simtec) Bewegungssysteme: Z. B. Flugsimulatoren, Fahrsimulatoren. Hier werden mittels hydraulischer, hoch dynamischer Systeme realistische Bewegungen simuliert, damit Flugzeugführer und Fahrer auf kritische Situationen trainiert werden können, ohne Gefahr für den Menschen und ohne Beschädigung des Verkehrsmittels (Flugzeug/Fahrzeug). Stahlwasserbau: Z. B. Betätigung von Schiffsschleusen, Flutsperrwerken oder Wehren, Öffnen/Schließen von beweglichen Brücken Abb. 1.6 Beispiel Hebebrücke Abb. 1.7 Beispiel Kunststoffmaschinen (Quelle: Bosch-Rexroth) Kunststoffverarbeitungs- und Druckgießmaschinen: Z. B. werden bei Kunststoffspritzgießmaschinen das Antreiben der Schnecke (Granulat wird teigig geknetet), Zufahren der Form (hier werden große Kräfte benötigt), der Vorschub zum Einspritzen des Materials oder das Betätigen des Auswerfers (Spritzteile werden aus der Form gestoßen) durch ein an dem unterschiedlichen Leistungsbedarf (Druck, Geschwindigkeit) in den einzelnen Arbeitsschritten ausgelegtes Hydrauliksystem betätigt. 14

3 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Hydraulikkreislauf Abb. 2.2 Funktion Wegeventil (Pos. 5) in Mittelstellung Die Pumpe (Pos. 2) wird eingeschaltet. (Der Antrieb erfolgt durch einen Elektromotor; Schaltzeichen ist der Kreis neben der Pumpe mit dem M in der Mitte). Die Pumpe (Pos. 2) saugt Flüssigkeit aus dem Behälter (Pos. 1) an und fördert diese über Anschluss P in das angeschlossene Leitungssystem. Die Leitungen sind als durchgezogene Linien dargestellt. Da in der Ruhestellung (Mittelstellung) des Wegeventils (Pos. 5) der P-Anschluss gesperrt sowie das Druckbegrenzungsventil (Pos. 4) in der Ausgangsstellung geschlossen ist, kann die Flüssigkeit zunächst nicht weiterließen. Somit steigt der Druck an, bis er den am Druckbegrenzungsventil (Pos. 4) eingestellten maximalen Systemdruck erreicht hat. Dies erfolgt in Bruchteilen von Sekunden (die Leitungen sind immer mit Flüssigkeit gefüllt, die Fortplanzungsgeschwindigkeit des Druckes in Flüssigkeiten entspricht rund der dreifachen Schallgeschwindigkeit). 24

4 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Hydraulikkreislauf Bei Erreichen des maximalen Systemdruckes (ablesbar am Manometer Pos. 10) öffnet das Druckbegrenzungsventil (Pos. 4) und lässt die Flüssigkeit gegen den stetigen Widerstand der Federkraft auf das Schließelement (meist ein Kegel) zum Behälter (Pos. 1) zurückströmen. Nach dem Ventil (Pos. 4) ist die Flüssigkeit drucklos. In der rot gezeichneten Leitung herrscht der maximale Systemdruck. Der Zylinder (Pos. 8) bleibt in seiner Position stehen, er ist zwischen den Anschlüssen A und B des Wegeventils eingespannt. Jetzt können Sie sich dazu in Ruhe den Schaltplan ansehen, der mit der Software Automation Studio erstellt worden ist. Abb. 2.3 Funktion Wegeventil in Mittel stellung (mit Automation Studio erstellt) Wenn Sie sich beide Schaltbilder anschauen und vergleichen, dann sehen Sie schon Unterschiede, wie z. B. keine gekreuzten Leitungen und die Anordnungen von den Pos. 4 und 9. Deshalb, weil im Programm auf die Kreuzung verzichtet wurde. Die Komponenten Pos. 6 und 7 bestehen aus einem Zeichnungssymbol und deshalb sind keine Kontaktpunkte vorhanden Software Automation Studio An dieser Stelle bietet sich jetzt der Einstieg in die Software Automation Studio an. Natürlich möchten Sie nicht nur die Abbildungen sehen können, sondern sich mit der Handhabung und den Einsatzmöglichkeiten der Software vertraut machen. Dazu starten Sie auf dem beigefügten Datenträger als Erstes die Präsentation AS. Diese Präsentation dient Ihnen als Einführung und Übersicht der Leistungsfähigkeit und Anwendungsbereiche der Software. Nach dieser Präsentation beginnen wir mit der Installation auf Ihrem Rechner. In den Informationen und Systemvoraussetzungen haben wir auf die Betriebssysteme hingewiesen, die für die Nutzung von Automation Studio notwendig sind. Bitte prüfen Sie dieses nochmal. Auf dem Datenträger nutzen Sie für den Softwaredownload den angegebenen Link und das Kennwort. Folgende Schritte sind jetzt auszuführen: 1. Bitte speichern Sie die einzelnen Dateien bzw. Ordner auf Ihre Festplatte: AS-Software (Ordner mit der rechten Maustaste anklicken und auf Ihre Festplatte speichern) AS-PDF_Handbücher.zip (Datei mit der rechten Maustaste anklicken, speichern und danach entpacken) 2. AS-Software installieren (Setup in dem Ordner AS_Software starten) 3. AS-Software starten 4. AS 5.7 Konigurationsanleitung für WAN-Zugriff beachten und ausführen Ihre Login-Daten für Automation Studio sind in einer separaten mitgeteilt worden. Tragen Sie Ihren Anwendernamen und das Kennwort ein. Jetzt steht Ihnen die Software für sechs Monate in der Fluidtechnik zur Verfügung. Für die nächsten Anmeldevorgänge benötigen Sie nur noch Ihren Anwendernamen und das Kennwort. 25

5 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Physikalische Grundlagen Der Druck in der Flüssigkeit planzt sich gleichmäßig nach allen Seiten fort. Die Fortplanzungsgeschwindigkeit des Druckes in einer Flüssigkeit beträgt ca m/s. Vernachlässigt man den Schweredruck, dann ist der Druck an jeder Stelle gleich groß. Der Zusammenhang F = p A indet bei der Berechnung und Auslegung des Arbeitselementes in der Hydraulik Anwendung. Beispiel: Gewünschte Kraft an einem Zylinder beim Ausfahren F = N Festgelegter max. Systemdruck p = 200 bar Die erforderlichen Kolbenläche A = F p 2 2 [ ] [ ] A cm = N : 200 bar 2 [ ] [ ] N cm 2 A cm = N A = 75 cm A 4 2 d = cm π Damit ergibt sich ein erforderlicher Kolbendurchmesser von d = 9,77 cm = 97,7 mm. In der Praxis würde ein Zylinder mit 100 mm Kolbendurchmesser gewählt werden. Abb. 3.3 Kraftübersetzung (Quelle: Rexroth Didaktik) Kraftübersetzung In der Abb können wir in einfacher Form Druckaufbau und Kraftübersetzung verdeutlichen. Wirkt die Kraft F1 auf die Fläche A1, dann baut p A p 1 A 2 sich in der Flüssigkeit ein Druck auf. Dieser Druck wirkt an jeder Stelle im System, also auch auf die Fläche A2. Der Druck steigt bei ausreichender Kraft F1 so hoch an, bis Druck mal Fläche A2 eine darauf wirkende Last überwindet und der Kolben mit der Fläche A2 sich nach oben bewegt. Die maximal mögliche Kraft am rechten Kolben ergibt sich aus der Gleichgewichtsbedingung. Daraus ergibt sich, dass die Kraft F2 entsprechend dem Flächenverhältnis A2 zu A1 größer ist als F1. Zahlenbeispiel: Nehmen wir an die Kraft F1 beträgt 1000 N. Die Fläche A1 ist 5 cm 2 und die Fläche A2 ist 20 cm 2 groß. Die max. mögliche Kraft Der max. mögliche Druck 2 F2 = F1 A 1 F F p F 1 s 2 F 2 2 A 20 cm = 1000 N 5 cm = 4000 N F 1000 N 1 = = = 20 bar 2 A1 5 cm s

6 Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Lösungen zu den Wiederholungsaufgaben 7 Lösungen zu den Wiederholungsaufgaben Nachfolgend inden Sie die Lösungen zu den Wiederholungsaufgaben der einzelnen Kapitel. Diese sind zur leichten Orientierung jeweils den Kapitelnummern direkt zugeordnet. Kapitel 1 Einstieg in die Hydraulik a) Nennen Sie einige Eigenschaften der Hydraulik, die sie Ihrer Meinung nach von anderen Technologien unterscheiden? Einige besondere Eigenschaften der Hydraulik sind z. B. große Leistungsdichte; Kraft und Geschwindigkeit sind stufenlos beeinlussbar. b) In der Hydrodynamik werden insbesondere die Strömungskräfte genutzt. Aus welchem Gebiet der Physik kommen in der Hydraulik Gesetzmäßigkeiten zur Anwendung? Schwerpunkt sind die Gesetzmäßigkeiten der Hydrostatik. c) Erkunden Sie bitte in Ihrem persönlichen und betrieblichen Umfeld, in welchen Maschinen und Anlagen Hydraulik im Einsatz ist. Dies könnten z. B. sein: Baumaschinen, Pressen, Werkzeugmaschinen usw. Kapitel 2 Hydraulikkreislauf a) Zeichnen Sie den Schaltplan 2.3 von Hand auf ein kariertes A4-Blatt und tragen Sie die Bezeichnungen (Namen) der Geräte ein. Vergleichen Sie bitte sorgfältig Ihren gezeichneten Schaltplan mit der Vorlage. b) Wo beginnt man einen Schaltplan zu lesen? Man beginnt das Lesen des Schaltplans bei der Pumpe und verfolgt jeden Weg, den die Flüssigkeit nehmen kann. c) An welcher Hydraulikkomponente wird der max. Systemdruck eingestellt? Der max. Systemdruck wird am Druckbegrenzungsventil eingestellt. d) Mit welchem Ventil kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders eingestellt werden? Die Bewegungsgeschwindigkeit kann mit dem Drosselventil eingestellt werden. e) Welche physikalischen Größen können in einem Hydrauliksystem am Arbeitselement stufenlos beeinlusst werden? Die physikalischen Größen sind die Kraft und die Geschwindigkeit (als Ableitung von der Geschwindigkeit natürlich auch die Beschleunigung und die Verzögerung). Kapitel 3 Physikalische Grundlagen a) Welche Kraft ergibt sich an einem Hydraulikzylinder (ohne Wirkungsgrad) wenn die Kolbenläche A am Zylinder = 31,16 cm 2 beträgt (ergibt sich aus Kolben d = 63 mm) und der Systemdruck auf 80 bar eingestellt ist? 73

7 Hydraulik kompakt Lehrbrief 2 Kapitel 1 Abb. 1.8 Radialkolbenpumpe Kolbenabstützung innen Radialkolbenpumpe d K e Das Verdrängungsvolumen wird durch den Hub der Kolben, abhängig vom Exzenter der rotierenden Antriebswelle und dem Durchmesser der Kolben gebildet. Max. Systemdruck... bis 1000 bar Verdrängungsvolumen... bis 20 cm 3 /U Antriebsdrehzahl bis 3400 U/min Abb. 1.9 Axialkolbenpumpe Schrägscheibe Axialkolbenpumpe α d K r h Das Verdrängungsvolumen wird durch den Hub der Kolben, abhängig vom Neigungswinkel der Schrägscheibe und dem Kolbendurchmesser, gebildet. Max. Systemdruck... bis 450 bar Verdrängungsvolumen... bis 500 cm 3 /U Antriebsdrehzahl... bis 4200 U/min Abb Axialkolbenpumpe Schrägachse Axialkolbenpumpe α d K r h Das Verdrängungsvolumen wird durch den Hub der Kolben, der von Schwenkwinkel (Neigungswinkel) des Triebwerkes zur Antriebswelle abhängig ist, und den Kolbendurchmessern gebildet. Max. Systemdruck... bis 450 bar Verdrängungsvolumen... bis 1000 cm 3 /U Antriebsdrehzahl... bis 5600 U/min Jetzt sind Sie eventuell etwas erstaunt von der Vielzahl der Pumpenvarianten, die wir einmal als Tabelle zur einfachen Übersicht und dann nochmal mit Schemadarstellungen und Kenngrößen zusammengestellt haben. Daraus erkennen Sie, dass die einzelnen Konstruktionen bzw. Variationen doch unterschiedliche Kenngrößen aufweisen, die dann beim Einsatz in einem Hydrauliksystem zu beachten sind. Abb Schaltzeichen für Konstant- und Verstellpumpe Was kann man nun anhand der Schaltzeichen erkennen? Aus einem Schaltzeichen für die Pumpe kann man erkennen, ob eine Konstantpumpe oder eine verstellbare Pumpe eingesetzt ist. Das Schaltzeichen gibt aber keine Aussage über die Bauart der Pumpe. Wenn Sie sich nochmals die Kenngrößen ansehen, finden Sie je nach Bauart die maximalen möglichen Drücke von 15 bar, und dann von max. 200 bar bis 1000 bar. Das Verdrängungsvolumen reicht bis max cm 3 /U und die Antriebsdrehzahl ist ebenfalls unterschiedlich und abhängig von der Bauart. Deshalb zunächst nochmal eine Anmerkung zu den Kenngrößen: Es ist natürlich nicht möglich, alle Varianten und die entsprechenden Kenngrößen der auf dem Markt angebotenen Pumpen hier aufzulisten bzw. mit unterzubringen. Die Daten sind deshalb, wie eingangs angesprochen, Orientierungswerte, es sind für die Anwendung typische Werte. Besonders bei den Axialkolbenpumpen beziehen sich 12

8 Hydraulik kompakt Lehrbrief 2 Kapitel 3 Am vereinfachten Schaltzeichen können Sie erkennen, dass die Steueranschlüsse X (Steuerölzulauf) und Y (Steuerölablauf) nach außen geführt sind und damit am Hauptventil separat angeschlossen werden müssen. Im ausführlichen Schaltzeichen ist die Verknüpfung des elektrisch betätigten Vorsteuerventils (manchmal auch Pilotventil genannt) mit dem Hauptventil gut nachvollziehbar Schaltungsbeispiel Zur Vertiefung und Festigung des Verständnisses zu diesem Kapitel Wegeventile nun noch ein Schaltungsbeispiel. Abb Schaltungsbeispiel Zu dem oben dargestellten Hydraulikkreislauf wollen wir folgende Fragen beantworten: 1) Welche Komponenten sind bei den Positionen 1 bis 10 dargestellt? 2) An welchem Ventil wird der maximale Systemdruck eingestellt? 3) Das System ist in der gezeichneten Grundstellung, die Pumpe wird eingeschaltet. a) Welche Funktion ergibt sich am Zylinder? b) Welcher Druck baut sich auf? Bei den nachfolgenden Betrachtungen ist die Pumpe jeweils eingeschaltet. 4) Was macht der Zylinder, wenn Ventil Pos. 6 in Schaltstellung a und Ventil Pos. 8 in Schaltstellung a steht? 5) Welche Zylinderfunktion ergibt sich, wenn Ventil Pos. 6 in Schaltstellung a und Ventil Pos. 8 in Schaltstellung b steht? 6) Welche Zylinderfunktion erhalten wir, wenn Ventil Pos. 6 in Schaltstellung b steht und Ventil Pos. 8 in Schaltstellung a steht? 7) Welche Zylinderfunktion ergibt sich, wenn Ventil Pos. 6 in Schaltstellung b und Ventil 8 in Schaltstellung b steht? Versuchen Sie bitte zunächst die Fragen selbstständig zu beantworten. Die Lösungshinweise dazu finden Sie im Kapitel 6. Nutzen Sie auch das Programm Abb.3.23_Programm_Simulation auf dem USB-Stick. 59

9 Hydraulik kompakt Lehrbrief 2 Kapitel 3 In der linken Schnittzeichnung (Abb. 3.29) erkennen Sie links die Druckwaage, die von der Feder nach oben, das entspricht in unserem Prinzip-Bild nach rechts, gedrückt wird. Eingang ist der Anschluss A. Die Steuerleitung von p 2 auf die Kolbenfläche gegenüber der Feder ist im Schnittbild die Bohrung im Kolben. Die einstellbare Drosselstelle ist, wie in Kapitel beschrieben, eine Blende. Zu erkennen ist nur die Büchse (in der Mitte das Schaltzeichen für die Drossel). Im rechten Schnittbild ist durch den senkrechten Schnitt der Kurvenbolzen in der Büchse dargestellt. Bei einem Stromregler ist übrigens die Drosselstelle meist als Blende ausgeführt. Vom Ausgang B, also nach der Drosselstelle, führt eine Bohrung in den Federraum. Dieser Druck p 3 wirkt wie beschrieben zusätzlich zur Feder auf die Kolbenfläche. Damit können Sie leicht die Funktion in Verbindung mit dem Prinzip-Bild nochmals nachvollziehen. Die Durchflussrichtung mit Regelwirkung ist nur von A nach B. Wird das Stromregelventil im System von B nach A durchströmt, öffnet das im linken Schnittbild rechts oben eingezeichnete Rückschlagventil. Die Flüssigkeit gelangt nun ungedrosselt nach A. Anmerkungen: Es gibt auch Konstruktionen mit nachgeschalteter Druckwaage, d. h. die Druckwaage ist nach der einstellbaren Drossel angeordnet. Ob die Druckwaage vor- oder nachgeschaltet ist, hat für die Praxis keine Bedeutung. Ist die Druckwaage nicht in Reihe, sondern parallel zur einstellbaren Drosselstelle angeordnet, dann erhält man ein Drei-Wege-Stromregelventil. Hier regelt die Druckwaage den überschüssigen Volumenstrom, das ist die Differenz zwischen der Pumpenfördermenge und der über die Drosselstelle zum Arbeitselement weiterfließenden Flüssigkeit, über einen zusätzlichen Anschluss (dritter Weg) zum Tank ab. Abb Schaltzeichen vereinfacht Anordnung von Stromventilen In diesem Kapitel befassen wir uns mit der Anordnung von Stromventilen in einer Steuerung und den sich daraus ergebenden Auswirkungen. Ein spannendes und, wie ich aus der Erfahrung der Praxis weiß, ein oft unterschätztes Thema. Sehen wir uns zunächst einmal grundsätzliche Lastwirkungen an. Gemeint ist damit die Wirkung der Last auf das Arbeitselement am Beispiel des Zylinders. Positive Lastwirkung Die Last wirkt gegen die Bewegungsrichtung auf den Zylinder. Auch bei Stillstand bleibt die Lastwirkung auf den Zylinder bestehen. Abb Positive Lastwirkung Neutrale Lastwirkung Die Last übt auch bei Stillstand keine Kraft auf den Zylinder aus. Abb Neutrale Lastwirkung Negative Lastwirkung Die Last wirkt in Bewegungsrichtung, d. h. sie übt auch bei Stillstand eine Zugkraft auf den Zylinder aus. Abb Negative Lastwirkung 75

10 Hydraulik kompakt Lehrbrief 2 Kapitel 7 7 Einsendeaufgaben Glückwunsch, Sie haben den zweiten Lehrbrief durchgearbeitet. Jetzt sind Sie bei den zweiten Einsendeaufgaben angelangt. Sehr viel haben Sie an Wissen und Kenntnissen vertieft und gefestigt. Umfangreiche Übungen mit den Programmen haben dazu beigetragen, dass Sie dieses Wissen anwenden können. Die Einsendeaufgaben für den Lehrbrief 2 finden Sie auf dem mitgelieferten Datenträger im Ordner Prüfungsaufgaben. Öffnen Sie den Ordner und speichern Sie das Textdokument entsprechend Ihrem Office-Paket auf Ihrem Rechner unter folgender Bezeichnung: Teilnehmernummer_Name_Lehrbrief2. Beispiele: _Schulze_LB2.doc oder _Schulze_LB2.odt Lösen Sie die Einsendeaufgaben, tragen Sie die Lösungen in das Textfeld (unbegrenzte Zeichenanzahl) ein und senden Sie das Dokument per an: Unter dem Stichwort Kommentar/Punkte erhalten Sie vom Betreuer das Ergebnis bzw. die Korrekturhinweise. Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei der Bearbeitung der Aufgaben. Aufgabe 1 Grundlage für die Beantwortung der Fragen und Lösung der Aufgaben ist der Schaltplan Abb. 7.1 mit den angegebenen Systemdaten. Abb. 7.1 Schaltplan Aufgabe 1 113

11 Hydraulik kompakt Lehrbrief 3 Kapitel Anwendung der Kennzeichnung am Beispiel 2 Zur Vertiefung schauen wir uns einen zweiten Schaltplan mit zwei Zylindern und Versorgung durch eine Pumpe in der Kennzeichnung an. Beispiel 2 Abb. 1.4 Schaltplan Beispiel 2 In diesem Schaltungsbeispiel haben wir nun zwei Zylinder mit der zugehörigen Ansteuerung (Schaltkreis 1, Schaltkreis 2) und einer Versorgung und Bauteilen für beide Schaltkreise. Dementsprechend ist auch die Kennzeichnung für die Bauteile der beiden Schaltkreise und der Versorgung, die hier zum besseren Verständnis nochmals farbig hervorgehoben sind. Sie können jetzt diese Schaltung in Automation-Studio öffnen und beobachten. Dazu steht Ihnen das Programm Abb. 1.4 Schaltplan Beispiel 2 auf dem USB- Datenträger zur Verfügung. Starten Sie nach dem Laden die Simulation und betätigen Sie die Ventile. Beobachten Sie das Verhalten der Komponenten in diesem Schaltplan. Was stellen Sie fest? 1.4 Zusammenfassung Die Kennzeichnung der Bauteile in einem Schaltplan ist ganz sicher eine sinnvolle Sache, insbesondere wenn man an die Kommunikation per Telefon denkt. Sie wird jedoch nicht durchgängig so angewandt. Mit der gezeigten Kennzeichnung nach dieser Norm erkennen Sie leicht(er) die Zugehörigkeit der Bauteile zur Ansteuerung zum Arbeitselement sowie die Grundart des Bauteils. Sie werden in der Praxis aber auch abweichende Auslegungen der Kennzeichnung inden. 13

12 Hydraulik kompakt Lehrbrief 3 Kapitel 2 Als Schaltplan verwenden wir das Beispiel 1 von Kapitel 1.2 in diesem Lehrbrief mit farblicher Kennzeichnung. Abb. 2.1 Beispiel 1 Schaltplan 2.2 Montage Behälter, Motor-Pumpengruppe, Filter, Belüftung Behälter: Der Behälter muss sauber sein, d. h. zum Beispiel keine Späne, Schweißrückstände, allgemeine Verschmutzung, Feuchtigkeit usw.. Soll der Behälter innen mit einem Schutzanstrich versehen werden, muss er gegen die verwendete Drucklüssigkeit beständig sein. Abb. 2.2 Behälter 20

13 Hydraulik kompakt Lehrbrief 3 Kapitel Zusammenfassung Der Hydrospeicher fällt unter die Gruppe der Druckbehälter und unterliegt den entsprechenden Verordnungen. Darauf wurde wegen der Bedeutung an verschiedenen Stellen bewusst auch wiederholend hingewiesen. Von den fünf grundsätzlichen Speicherarten, sind der Blasenspeicher, der Membranspeicher und der Kolbenspeicher in der industriellen Anwendung zu inden. Entsprechend ihrem Trennelement und dem möglichen Speichervolumen haben die drei Varianten unterschiedliche Anwendungsschwerpunkte. Wegen seiner Bedeutung für die Hydraulik haben wir den Blasenspeicher mit seinen einzelnen Betriebszuständen ausführlicher behandelt. Die Verknüpfung mit einem System erfolgt über einen Speichersicherheitsblock. Die Elemente dieses Blocks sowie die Anordnung in einem Hydraulikkreislauf wurden in Verbindung mit einem Schaltungsbeispiel verdeutlicht. Ich bin sicher, dass Ihnen durch die Hinweise zum Einsatz und Betrieb eines Speichers die Eigenschaften deutlich geworden sind. Abschließend waren in der Tab. 5.2 noch für Sie einige wichtige Punkte aus der Druckbehälterverordnung zusammengestellt. 5.7 Wiederholungsaufgaben Aufgabe 1 Erläutern Sie bitte, weshalb ein Hydrospeicher seine Funktion nicht übernehmen kann, wenn er im Lieferzustand in das System eingebaut und dann die Anlage betrieben wird? Aufgabe 2 Nehmen Sie bitte den Schaltplan für den Speichersicherheitsblock und geben Sie an, welcher Druck in den nachfolgend beschriebenen Zuständen des Speichers am Manometer M1 abzulesen ist: a) Das Handventil Pos. 1 ist offen und in der Anlage herrscht der max. Betriebs-/Systemdruck. b) Handventil Pos. 1 wurde geschlossen. c) Handventil Pos. 2 wurde geöffnet (Handventil Pos. 1 bleibt geschlossen). Aufgabe 3 Worin besteht der Hauptunterschied zwischen einer Hydropumpe und einem Hydrospeicher? 56

14 Hydraulik kompakt Lehrbrief 4 Kapitel 1 Da im Stromlaufplan der Strompfad 1 bei unseren Beispielen immer gleich geblieben ist (S1 ist eingeschaltet) starten wir auch hier wieder mit dem Strompfad 2 und betätigen gleichzeitig die Taster S1 und S2. Nur wenn beide Taster gedrückt sind und der Schließer von K2 durch den Sensor 1B1 (Signal dass der Zylinder in der eingefahrenen Position steht) betätigt wird, dann ist der Strompfad 2 geschlossen und Relais K1 wird betätigt. Im Strompfad 2 befinden sich zwischen S3 und dem Relais K1 noch: Der Öffner mit Taster S4, mit dem die Selbsthaltung von K1 per Hand unterbrochen werden kann und der Öffner von Relais K3 (gegenseitige Verriegelung), der nicht betätigt sein darf. Der Schließer von Relais K1 im Strompfad 3 bewirkt die Selbsthaltung für Relais K1. Von Relais K1 befindet sich noch ein Schließer im Strompfad 11, der den Magneten 1M1 betätigt. Damit schaltet das Wegeventil 1V3 in die Schaltstellung a und der Zylinder fährt aus. Verlässt der Zylinder die eingefahrene Position wird Relais K2 stromlos, der Schließer von K2 im Strompfad 2 öffnet wieder, der Öffner von K2 im Strompfad 6 geht wieder in die geschlossenen Ausgangsstellung. Erreicht der Zylinder die ausgefahrene Position, dann betätigt er den Sensor 1B2 und somit Relais K4. Der Schließer von Relais K4 im Strompfad 6 schließt und schaltet Relais K3. Die Betätigung von Relais K3 bewirkt nun folgende Funktionen: Im Strompfad 2 wird die Selbsthaltung von Relais K1 unterbrochen, das Relais ist stromlos und damit auch über Strompfad 11 der Magnet 1M1. Der Schließer von Relais K3 im Strompfad 7 bewirkt die Selbsthaltung für Relais K3. Die ist notwendig, da der Kontakt von K4 im Strompfad wieder öffnet, wenn der Zylinder die ausgefahrene Position wieder verlässt, also einfährt Abb. 1.9 Stromlaufplan Beispiel 2 19

15 Hydraulik kompakt Lehrbrief 4 Kapitel Wahl der Behältergröße V = 3 bis 5mal Q Pumpe in [l] V = Behältervolumen in [l] Luftpolster sollte ca. 10 % bis 15 % betragen Wärmeabstrahlung Behälter W A k A t = 860 [ kw] 1 kw = 860 kcal/h W A = Wärmeabgabe Behälter in [kw] k = Wärmedurchgangszahl in [kcal/m 2 h C] k ~ 5 bei Wärmestau k ~ bei normaler Belüftung k ~ 20 bei starker Luftbewegung A = Abstrahlfläche Behälter in [m 2 ] Hier sollte aus Erfahrung in der Praxis nur die vom Öl benetzte Fläche eingesetzt werden. t = Temperaturdifferenz t Öl t Luft [ C] Verlustleistung im System P Verlustleistung ges = P V1 + P V2 + P V3 + P V4 + P V5 [kw] P V1 = Verlustleistung entspricht η Pumpe P V2 = Verlustleistung Durchflusswiderstand Leitungen P V3 = Verlustleistung Durchflusswiderstand Ventile P V4 = Verlustleistung durch innere Leckagen P V5 = Verlustleistung an Drosselstellen In der Praxis können normaler Weise P V2 und P V4 bei Einhaltung der Richtwerte für die Strömungsgeschwindigkeiten und bei normalen Leckagen (kein bzw. geringer Verschleiß) vernachlässigt werden, da diese Verlustleistung über die Leitungen und Bauteile abgestrahlt wird Beharrungstemperatur Darunter versteht man die Flüssigkeitstemperatur, die sich auf Grund der zugeführten Wärmemenge (Verlustleistung) sowie der abgestrahlten Wärmemenge (in Abhängigkeit von der Behälterfläche und der Umgebungstemperatur) einstellt. T Öl Pvges 860 = + T A K Luft [ C] Pvges = Verlustleistung gesamt in [kw] A = Abstrahlfläche Behälter in [m 2 ] K = Wärmedurchgangszahl in [ kcal/m 2 h C] 27

16 Hydraulik kompakt Lehrbrief 4 Kapitel 3 Abb. 3.2 Schaltplan mit Volumenströme (in l/min) Schritt 6: Leitungen berechnen Zunächst berechnen wir in Verbindung mit den Richtwerten der Strömungsgeschwindigkeiten (Angaben s. Kap. 2.1) die notwendigen Innendurchmesser der jeweiligen Leitung. Ein Rohr mit diesem errechneten Wert erhält man üblicher Weise nicht am Markt. Deshalb wird im nächsten Schritt aus einer Tabelle für Nahtlose Präzisionsstahlrohre nach DIN 2391/C das Rohr ausgesucht, mit dem die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit eingehalten wird. Wie Sie aus dem Kap. 2 erfahren haben gibt es verschiedene Leitungsabschnitte in einem Kreislauf: Saugleitung der Pumpe Q Pumpe = 36,5 l/min d i = 4 Q [cm] π v 6 Richtwert v = 0,5 m/s 4 36,5 = = 3,94 cm = 39,4 mm π 0,5 6 gewählt d i = 41,9 mm; d N = 48,3 3,2, p n = 16 bar 37

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