Hydraulik Grundstufe. Arbeitsbuch TP 501. Mit CD-ROM. Festo Didactic DE 1A1 1V3 1V2 0V1

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1 Hydraulik Grundstufe Arbeitsbuch TP 501 Mit CD-ROM 1A1 1V3 A B m 1Z1 1Z2 1V2 B A X 1V1 A B P T 0V1 X A B Festo Didactic DE

2 Bestell-Nr.: Stand: 09/2011 Autoren: Renate Aheimer, Frank Ebel, Annabella Zimmermann Grafik: Doris Schwarzenberger Layout: 09/2011, Frank Ebel Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf, 2011 Internet: Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuführen. Hinweis Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.

3 Inhalt Bestimmungsgemäße Verwendung V Vorwort VI Einleitung VIII Arbeits- und Sicherheitshinweise IX Trainingspaket Hydraulik (TP 500) XI Lernziele Hydraulik, Grundstufe (TP 501) XII Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XIV Gerätesatz XVII Zuordnung von Komponenten und Aufgaben XIX Hinweise für den Lehrer/Ausbilder XX Struktur der Aufgaben XXI Bezeichnung der Komponenten XXII Inhalte der CD-ROM XXII Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 3 Aufgabe 2: In Betrieb nehmen einer hydraulischen Zweisäulenpresse 13 Aufgabe 3: Messen der Pumpenkennlinie 21 Aufgabe 4: Messen der Öffnungskennlinie eines Druckbegrenzungsventils 33 Aufgabe 5: Entladen einer Papiermaschine 41 Aufgabe 6: Öffnen eines Härteofens 51 Aufgabe 7: Öffnen und schließen einer Kesseltüre 59 Aufgabe 8: Berechnen einer Montagevorrichtung 69 Aufgabe 9: Sortieren von Transportkisten 73 Aufgabe 10: Messen der Kennlinie eines Stromregelventils 83 Aufgabe 11: Einstellen der Hubgeschwindigkeit einer Hebebühne 93 Aufgabe 12: Optimieren einer Prägemaschine 103 Aufgabe 13: Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit angleichen 115 Aufgabe 14: Absichern gegen unbeabsichtigtes Einfahren 123 Aufgabe 15: Korrigieren des Schräglaufs eines Transportbandes 133 Aufgabe 16: Gegenhalten beim Schließen einer Schotttür 139 Aufgabe 17: Be- und Entladen von Absetzmulden 145 Festo Didactic GmbH & Co. KG III

4 Inhalt Aufgaben und Arbeitsblätter Aufgabe 1: Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 3 Aufgabe 2: In Betrieb nehmen einer hydraulischen Zweisäulenpresse 13 Aufgabe 3: Messen der Pumpenkennlinie 21 Aufgabe 4: Messen der Öffnungskennlinie eines Druckbegrenzungsventils 33 Aufgabe 5: Entladen einer Papiermaschine 41 Aufgabe 6: Öffnen eines Härteofens 51 Aufgabe 7: Öffnen und schließen einer Kesseltüre 59 Aufgabe 8: Berechnen einer Montagevorrichtung 69 Aufgabe 9: Sortieren von Transportkisten 73 Aufgabe 10: Messen der Kennlinie eines Stromregelventils 83 Aufgabe 11: Einstellen der Hubgeschwindigkeit einer Hebebühne 93 Aufgabe 12: Optimieren einer Prägemaschine 103 Aufgabe 13: Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit angleichen 115 Aufgabe 14: Absichern gegen unbeabsichtigtes Einfahren 123 Aufgabe 15: Korrigieren des Schräglaufs eines Transportbandes 133 Aufgabe 16: Gegenhalten beim Schließen einer Schotttür 139 Aufgabe 17: Be- und Entladen von Absetzmulden 145 IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Hydraulik, Grundstufe ist nur zu benutzen: für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des Lernsystems: Technologieorientierte Trainingspakete Mechatronik und Fabrikautomation Prozessautomation und Regelungstechnik Mobile Robotik Hybride Lernfabriken Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert. Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben. Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Antrieben möglich. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen: Hardware Medien Seminare Hardware Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte der begleitenden Medien angepasst. Medien Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die praxisorientierte Teachware umfasst: Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen) Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung) Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten) Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt: Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte) Simulationssoftware Visualisierungssoftware Software zur Messdatenerfassung Projektierungs- und Konstruktionssoftware Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Seminare Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab. Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine an: Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und Weiterbildung. Die Trainingspakete TP 501 und TP 502 enthalten ausschließlich rein hydraulische Steuerungen. Die Grundstufe TP 501 eignet sich für die Grundausbildung in hydraulischer Steuerungstechnik. Es werden Kenntnisse über die physikalischen Grundlagen der Hydraulik sowie Funktion und Einsatz hydraulischer Komponenten vermittelt. Mit dem Gerätesatz können einfache hydraulische Steuerungen aufgebaut werden. Die Aufbaustufe TP 502 ist auf die Weiterbildung in hydraulischer Steuerungstechnik ausgerichtet. Mit dem Gerätesatz können weiterführende Schaltungen der Hydraulik aufgebaut werden. Im vorliegenden Arbeitsbuch werden Kenntnisse vermittelt über die physikalischen Zusammenhänge und die wichtigsten Grundschaltungen der Hydraulik. Die Themen der Aufgaben sind: Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten. Vergleich der Anwendung unterschiedlicher Komponenten. Aufbauen verschiedener Grundschaltungen. Anwenden der Grundgleichungen der Hydraulik. Technische Voraussetzungen für den Aufbau der Steuerungen sind: Ein Learnline oder Learntop-S Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo Didactic Profilplatte. Die Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm. Ein Hydraulikaggregat (Betriebsspannung 230 V, 50 Hz, Betriebsdruck 6 MPa (60 bar), Volumenstrom 2 l/min). Ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V, max. 5 A) zur Versorgung des Durchflusssensors. Sicherheits-Laborleitungen. Zur praktischen Durchführung der 17 Aufgabenstellungen benötigen Sie ausschließlich Komponenten aus dem Gerätesatz TP 501. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das Lehrbuch Hydraulik, Grundstufe Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Zylinder, Ventile usw.) zur Verfügung. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Arbeits- und Sicherheitshinweise Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen arbeiten. Betreiben Sie elektrische Geräte (z. B. Netzgeräte, Verdichter, Hydraulikaggregate) nur in Laborräumen, die mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung (FI, RCD) ausgestattet sind. Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt werden und sind umgehend zu beseitigen. Tragen Sie Ihre persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Sicherheitsschuhe), wenn Sie an den Schaltungen arbeiten. Mechanik Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau. Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte. Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden. Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche! Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher. Stellen Sie alle Komponenten so auf, dass das Betätigen von Schaltern und Trenneinrichtungen nicht erschwert wird. Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten. Bauen Sie die Zylinder immer mit zugehöriger Abdeckhaube auf. Elektrik Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC. Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand! Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern. Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den Leitungen. Hydraulik Begrenzen Sie den Systemdruck auf 6 MPa (60 bar). Der maximal zulässige Höchstdruck beträgt für alle Geräte des Trainingspaketes 12 MPa (120 bar). Verletzungsgefahr durch Öltemperaturen > 50 C! Hydrauliköl mit einer Öltemperatur > 50 C kann zu Verbrennungen oder Verbrühungen führen. Verletzungsgefahr beim Einschalten des Hydraulikaggregats! Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren. Sämtliche Ventile, Geräte, Schlauchleitungen haben selbstabdichtende Schnellverschlusskupplungen. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Kuppeln der Schlauchleitungen Nie bei laufendem Hydraulikaggregat oder unter Druck an- oder abkuppeln! Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden. Kupplungsdosen senkrecht auf Kupplungsnippel aufsetzen! Vermeiden Sie unbedingt ein Verkanten von Kupplungsdose und Kupplungsnippel. Kontrollieren Sie nach jedem entkuppeln, ob sich die Kupplungen geschlossen haben! Hydraulischer Schaltungsaufbau Während des Aufbaus der Schaltung müssen das Hydraulikaggregat und das elektrische Netzteil ausgeschaltet sein. Kontrollieren Sie vor der Inbetriebnahme, ob Sie alle Tankleitungen angeschlossen und alle Kupplungen fest aufgesteckt haben. Inbetriebnahme Nehmen Sie einen Zylinder immer nur mit Abdeckhaube in Betrieb. Schalten Sie zuerst das elektrische Netzteil ein und danach das Hydraulikaggregat. Hydraulischer Schaltungsabbau Achten Sie vor dem Abbau der Schaltung auf Druckentlastung. Schalten Sie zuerst das Hydraulikaggregat aus und danach das elektrische Netzteil. Werden Verbindungen unter Druck gelöst, wird durch das Rückschlagventil in der Kupplung Druck in das Gerät eingesperrt. Mit der Druckentlastungseinheit kann dieser Druck abgebaut werden. Befestigungstechnik Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet: Variante A, Rastsystem Leichte nicht belastbare Geräte (z. B. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels. Variante B, Drehsystem Mittelschwere belastbare Geräte (z. B. Hydraulik- oder Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter. Achten Sie darauf, dass die Hammerschrauben sich beim Festziehen um 90 gedreht haben. Variante C, Schraubsystem Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z. B. Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter befestigt. Notwendiges Zubehör Zur Auswertung der Aufgaben mit der Komponente Durchflusssensor wird ein Digital-Multimeter benötigt. Mit dem Digital-Multimeter wird die Ausgangsspannung des Durchflusssensors gemessen. Zur Messung der Ein- und Ausfahrzeiten des Hydraulikzylinders benötigen Sie eine Stoppuhr. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Trainingspaket Hydraulik (TP 500) Das Trainingspaket TP 500 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie Seminaren. Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich rein hydraulische Steuerungen. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket TP 500 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. Wichtige Komponenten des TP 500 Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z. B. Zylinder, Ventile, Druckmessgeräte) Komplette Laboreinrichtungen Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 500 besteht aus einem Lehrbuch und einem Arbeitsbuch. Das Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Hydraulik. Das Arbeitsbuch enthält zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert. Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Gerätesatz zur Verfügung gestellt. Medien Lehrbuch Hydraulik, Grundstufe Arbeitsbuch Hydraulik, Grundstufe (TP 501) Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502) Foliensammlung Simulationsprogramm Digitales Lernprogramm Grundlagen der Hydraulik FluidSIM Hydraulik WBT Hydraulik Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 500 Als Software zum Trainingspaket TP 500 stehen FluidSIM H und das digitale Lernprogramm Hydraulik zur Verfügung. FluidSIM H unterstützt bei der Unterrichtsvorbereitung. Hydraulische Steuerungen können erstellt und simuliert werden. Das digitale Lernprogramm Hydraulik vermittelt die Grundlagen hydraulischer Steuerungen. Anhand von Beispielen aus der industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen der Hydraulik und lernt die Komponenten hydraulischer Anlagen kennen. Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Lernziele Hydraulik, Grundstufe (TP 501) Komponenten Sie kennen den Aufbau und die Funktion einer Hydraulikpumpe. Sie kennen die wichtigsten Kenngrößen einer Hydraulikpumpe. Sie können erklären, wie der Druck in hydraulischen Steuerungen entsteht. Sie kennen die Abhängigkeit zwischen Pumpenförderstrom und Betriebsdruck. Sie kennen Bauarten und Einsatzmöglichkeiten von Druckbegrenzungsventilen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Druckbegrenzungsventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines einfachwirkenden Zylinders. Sie kennen Aufbau und Funktion eines doppeltwirkenden Zylinders. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 2/2-Wegeventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 3/2-Wegeventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 4/2-Wegeventils. Sie kennen Aufbau und Funktion von 4/3-Wegeventilen. Sie können den Einfluss der unterschiedlichen Mittelstellungsvarianten von 4/3-Wegeventilen bewerten. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Rückschlagventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Drosselrückschlagventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines entsperrbaren Rückschlagventils. Sie kennen Funktion und Aufbau eines Stromregelventils. Schaltungen Sie können hydraulische Steuerungen sicher in Betrieb nehmen. Sie können einen einfachwirkenden Zylinder ansteuern. Sie können die Unterschiede zwischen Zufluss- und Abflussdrosselung erklären. Sie können Schaltungen mit einem Stromregelventil im Zu- und Abfluss vergleichen. Sie können ein Stromregelventil zur Einstellung der Geschwindigkeit eines Antriebs einsetzen. Sie können Anwendungen von Stromventilen nennen. Sie können den Unterschied zwischen Stromregelventil und Drosselrückschlagventil aus der Anwendung erklären. Sie kennen Aufbau und Wirkungsweise einer Umströmschaltung. Sie können den Einfluss der Kolbenflächen auf Drücke, Kräfte, Geschwindigkeiten und Fahrzeiten erklären. Sie können entsperrbare Rückschlagventile fachgerecht einsetzen. Sie kennen die hydraulische Einspannung eines doppeltwirkenden Zylinders. Sie können Schaltungen mit und ohne Gegenhaltung vergleichen. Sie können die Unterschiede zwischen Gegenhalteschaltungen zwischen Drosselrückschlagventil und Druckbegrenzungsventil erklären. Sie können doppeltwirkende Zylinder mit wechselnder Belastung betreiben. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Messungen und Berechnungen Sie können die Kennlinie einer Hydraulikpumpe aufnehmen und interpretieren. Sie können den Volumenstrom einer hydraulischen Steuerung messen. Sie können die Kennlinie eines Druckbegrenzungsventils aufnehmen. Sie können die Kennlinie eines Stromregelventils aufnehmen. Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines einfachwirkenden Zylinders ermitteln. Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines doppeltwirkenden Zylinders ermitteln. Sie können Ausfahrzeiten von Kolben berechnen. Sie können die Leistungsbilanz beim Einsatz von 4/3-Wegeventilen mit verschiedenen Mittelstellungen berechnen. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziel Aufgabe Sie kennen den Aufbau und die Funktion einer Hydraulikpumpe. Sie kennen die wichtigsten Kenngrößen einer Hydraulikpumpe. Sie können erklären, wie der Druck in hydraulischen Steuerungen entsteht. Sie kennen Bauarten und Einsatzmöglichkeiten von Druckbegrenzungsventilen. Sie können hydraulische Steuerungen sicher in Betrieb nehmen. Sie können die Kennlinie einer Hydraulikpumpe aufnehmen und interpretieren. Sie können den Volumenstrom einer hydraulischen Steuerung messen. Sie kennen die Abhängigkeit zwischen Pumpenförderstrom und Betriebsdruck. Sie kennen Funktion und Aufbau eines Druckbegrenzungsventils. Sie können die Kennlinie eines Druckbegrenzungsventils aufnehmen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines einfachwirkenden Zylinders. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 2/2-Wegeventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Rückschlagventils. Sie können einen einfachwirkenden Zylinder ansteuern. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 3/2-Wegeventils. Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines einfachwirkenden Zylinders ermitteln. Sie kennen Aufbau und Funktion eines doppeltwirkenden Zylinders. Sie kennen Aufbau und Funktion eines 4/2-Wegeventils. XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Aufgabe Lernziel Sie können Zeiten, Drücke und Kräfte beim Aus- und Einfahren eines doppeltwirkenden Zylinders berechnen. Sie können einen doppeltwirkenden Zylinder ansteuern. Sie können Kräfte eines doppeltwirkenden Zylinders berechnen. Sie können Ausfahrzeiten von Kolben berechnen. Sie können Anwendungen von Stromventilen erklären. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Drosselrückschlagventils. Sie können die Unterschiede zwischen Zuflussund Abflussdrosselung erklären. Sie kennen Funktion und Aufbau eines Stromregelventils. Sie können die Kennlinie eines Stromregelventils aufnehmen. Sie kennen Aufbau und Funktion von 4/3-Wegeventilen. Sie können den Einfluss der unterschiedlichen Mittelstellungsvarianten bewerten. Sie können ein Stromregelventil zur Einstellung der Geschwindigkeit eines Antriebs einsetzen. Sie können Schaltungen mit einem Stromregelventil im Zu- und Abfluss vergleichen. Sie können den Unterschied zwischen Stromregelventil und Drosselrückschlagventil aus der Anwendung erklären. Sie kennen Aufbau und Wirkungsweise einer Umströmschaltung. Sie können den Einfluss der Kolbenflächen auf Drücke, Kräfte, Geschwindigkeiten und Fahrzeiten erklären. Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 Aufgabe Lernziel Sie kennen Aufbau und Funktion eines entsperrbaren Rückschlagventils. Sie können ein entsperrbares Rückschlagventil in einer Steuerung einsetzen.. Sie können die Leistungsbilanz beim Einsatz von 4/3-Wegeventilen mit verschiedenen Mittelstellungen berechnen. Sie kennen die hydraulische Einspannung eines doppeltwirkenden Zylinders. Sie können Schaltungen mit und ohne Gegenhaltung vergleichen. Sie können die Unterschiede zwischen Gegenhalteschaltungen zwischen Drosselrückschlagventil und Druckbegrenzungsventil erklären. Sie können doppeltwirkende Zylinder mit wechselnder Belastung betreiben. XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 Gerätesatz Der Gerätesatz Hydraulik, Grundstufe (TP 501) ist für die Grundausbildung in hydraulischer Steuerungstechnik zusammengestellt. Er enthält alle Komponenten, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und kann mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Gerätesatz Hydraulik, Grundstufe (TP 501), Bestell-Nr Benennung Bestellnummer Menge 2-Wege Stromregelventil /2-Wege-Handhebelventil, federrückgestellt /3-Wege-Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend /3-Wege-Handhebelventil, Sperrmittelstellung, rastend Absperrventil Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube Drosselrückschlagventil Druckbegrenzungsventil Druckmessgerät Durchflusssensor Gewicht, 9 kg, für Differenzialzylinder Hydromotor Rückschlagventil, Öffnungsdruck 0,6 MPa Rückschlagventil, entsperrbar T-Verteiler Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 Grafische Symbole des Gerätesatzes Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol 2-Wege Stromregelventil Druckmessgerät 4/2-Wege- Handhebelventil, federrückgestellt A P B T Durchflusssensor ISO EN q 24V (RD) 0 10V (BK) 0V (BU) 4/3-Wege- Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend A B Hydromotor P T 4/3-Wege- Handhebelventil, Sperrmittelstellung, rastend A P B T Rückschlagventil, Öffnungsdruck 0,6 MPa Absperrventil Rückschlagventil, entsperrbar Differenzialzylinder 16/10/200 T-Verteiler Drosselrückschlagventil A B Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät Druckbegrenzungsventil P Gewicht, 9 kg, für Differenzialzylinder m T XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Zuordnung von Komponenten und Aufgaben Gerätesatz TP 501 Hinweise Die Aufgaben 1 und 8 sind theoretische Aufgaben, in denen mit Datenblättern gearbeitet wird oder Berechnungen durchgeführt werden. Erhöhter Zeitaufwand für den Aufbau In den Aufgaben 5, 6, 11, 14 und 16 wird der Differenzialzylinder hängend an der breiten Seite der Profilsäule angeschraubt und mit dem Gewicht belastet. Die Abdeckhaube für das Gewicht muss montiert werden. Komponente Aufgabe Wege Stromregelventil /2-Wegeventil /3-Wegeventil, Mittelstellung Arbeitsleitungen entlastet /3-Wegeventil, Mittelstellung gesperrt 1 1 Absperrventil Differenzialzylinder 16/10/ Drosselrückschlagventil Druckbegrenzungsventil Druckmessgerät Durchflusssensor 1 1 Gewicht, 9 kg, für Differenzialzylinder Hydromotor 1 1 Rückschlagventil, Öffnungsdruck 0,6 MPa 1 1 Rückschlagventil, entsperrbar 1 1 T-Verteiler Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät Festo Didactic GmbH & Co. KG XIX

20 Notwendiges Zubehör Aufgabe Komponente Schlauchleitung 600 mm Schlauchleitung 1000 mm Schlauchleitung 1500 mm Abdeckhaube für Gewicht, 9 kg Digital-Multimeter 1 1 Netzgerät 24 V DC 1 1 Hydraulikaggregat Hinweise für den Lehrer/Ausbilder Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen der Hydraulik sowie der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. Richtzeit Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab. Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche. Komponenten des Gerätesatzes Lehrbuch, Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 17 Aufgaben benötigen Sie Komponenten eines Gerätesatzes TP 501. Jede Aufgabe kann auf einer Profilplatte mit mindestens 700 mm Breite aufgebaut werden. Normen Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet: DIN ISO : Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Symbole DIN ISO : Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Schaltpläne DIN EN : Graphische Symbole für Schaltpläne DIN EN : Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte; Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung XX Festo Didactic GmbH & Co. KG

21 Kennzeichnung der Lösungen Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet. Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt. Hinweise für den Unterricht Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Komponenten und den aufgebauten Steuerungen gegeben. Diese Hinweise sind in der Aufgabensammlung nicht enthalten. Lösungen Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer Messungen können von diesen Daten abweichen. Lernfelder Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema Hydraulik für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt. Ausbildungsberuf Lernfeld Thema Elektroniker/in für Automatisierungstechnik 3 Steuerungen analysieren und anpassen 6 Anlagen realisieren und deren Sicherheit prüfen Industriemechaniker/in 6 Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme Mechatroniker/in 4 Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen, pneumatischen und hydraulischen Baugruppen 7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme Struktur der Aufgaben Alle 17 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in: Titel Lernziele Problemstellung Lageplan Arbeitsaufträge Arbeitshilfen Arbeitsblätter Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt aller 17 Aufgaben. Festo Didactic GmbH & Co. KG XXI

22 Bezeichnung der Komponenten Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN-ISO Alle Bauteile eines Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Zylinder: 1A1, 2A1, 2A2,... Ventile: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1,... Signaleingabe: 1S1, 1S2,... Zubehör: 0Z1, 0Z2, 1Z1,... Inhalte der CD-ROM Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung. Die CD-ROM enthält folgende Ordner: Bedienungsanleitungen Bilder FluidSIM Schaltpläne Präsentationen Bedienungsanleitungen Bedienungsanleitungen für Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten. Bilder Fotos und Grafiken von Komponenten und industrieller Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden. FluidSIM Schaltpläne Für alle Aufgaben des Trainingspaketes sind die FluidSIM Schaltpläne in diesem Verzeichnis hinterlegt. Präsentationen Kurzpräsentationen für Komponenten des Trainingspakets sind in diesem Verzeichnis gespeichert. Diese Präsentationen können z. B. bei der Erstellung von Projektpräsentationen verwendet werden. XXII Festo Didactic GmbH & Co. KG

23 Inhalt Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 3 Aufgabe 2: In Betrieb nehmen einer hydraulischen Zweisäulenpresse 13 Aufgabe 3: Messen der Pumpenkennlinie 21 Aufgabe 4: Messen der Öffnungskennlinie eines Druckbegrenzungsventils 33 Aufgabe 5: Entladen einer Papiermaschine 41 Aufgabe 6: Öffnen eines Härteofens 51 Aufgabe 7: Öffnen und schließen einer Kesseltüre 59 Aufgabe 8: Berechnen einer Montagevorrichtung 69 Aufgabe 9: Sortieren von Transportkisten 73 Aufgabe 10: Messen der Kennlinie eines Stromregelventils 83 Aufgabe 11: Einstellen der Hubgeschwindigkeit einer Hebebühne 93 Aufgabe 12: Optimieren einer Prägemaschine 103 Aufgabe 13: Ein- und Ausfahrgeschwindigkeit angleichen 115 Aufgabe 14: Absichern gegen unbeabsichtigtes Einfahren 123 Aufgabe 15: Korrigieren des Schräglaufs eines Transportbandes 133 Aufgabe 16: Gegenhalten beim Schließen einer Schotttür 139 Aufgabe 17: Be- und Entladen von Absetzmulden 145 Festo Didactic GmbH & Co. KG

24 Inhalt 2 Festo Didactic GmbH & Co. KG

25 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, kennen Sie den Aufbau und die Funktion einer Hydropumpe. kennen Sie die wichtigsten Kenngrößen einer Hydropumpe. können Sie ein Hydraulikaggregat nach Vorgaben auswählen. Problemstellung In der Ausbildung soll ein neuer Hydraulikarbeitsplatz aufgebaut werden. Eingesetzt werden Komponenten der Baugröße NG 4. Der maximale Betriebsdruck ist auf 6 MPa (60 bar) begrenzt. Ein 230 V Wechselspannungsanschluss ist vorhanden. Ein geeignetes Hydraulikaggregat ist auszuwählen. Lageplan Hydraulikarbeitsplatz Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes Arbeitsaufträge 1. Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise von Hydropumpen. 2. Berechnen Sie den Volumenstrom einer Hydropumpe. 3. Berechnen Sie den Wirkungsgrad einer Hydropumpe. 4. Wählen Sie ein Hydraulikaggregat nach Vorgaben aus. Arbeitshilfen Datenblätter Lehrbuch Hydraulik 1. Aufbau und Funktion von Hydropumpen Information Hydropumpen sind Verdrängerpumpen und funktionieren nach dem Prinzip Saugen und Verdrängen. Anhand des Verdrängungsvolumens lassen sich drei Grundtypen von Hydropumpen unterscheiden: Konstantpumpen konstantes Verdrängungsvolumen Verstellpumpen verstellbares Verdrängungsvolumen Regelpumpen Verdrängungsvolumen wird nach Druck, Volumenstrom bzw. Leistung geregelt Die Hydropumpe erzeugt einen Volumenstrom (aber keinen Druck). Die Fördermenge/Umdrehung und die Antriebsdrehzahl bestimmen den Pumpenförderstrom, angegeben in l/min. Druck entsteht nur durch Widerstand gegen den Pumpenförderstrom z. B. Strömungswiderstand, Lastwiderstand, Druckbegrenzungsventil-Einstellung. Der Druck wird in MPa oder bar angegeben. 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG

27 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes a) Beschreiben Sie die Funktion der dargestellten Zahnradpumpe Zahnradpumpe Schnittbild; 1: Quetschflüssigkeit, 2: Druckraum, 3: Saugraum Bei Zahnradpumpen handelt es sich um Konstantpumpen, da das verdrängte Volumen, das durch die Zahnlücke bestimmt wird, nicht veränderbar ist. Die Zahnradpumpe arbeitet nach folgendem Prinzip: Ein Zahnrad ist mit dem Antrieb verbunden, das andere wird über die Verzahnung mit gedreht. Durch die Volumenvergrößerung, die sich ergibt, wenn ein Zahn aus einer Zahnlücke heraustritt, entsteht ein Unterdruck im Saugraum. Die Druckflüssigkeit füllt die Zahnkammern und wird außen am Gehäuse entlang in den Druckraum gefördert. Dort wird die Druckflüssigkeit durch Ineinandertauchen der Zähne und Zahnlücken aus den Zahnkammern herausgedrückt und in die Leitungen verdrängt. Hinweise für den Unterricht In den Zahnzwischenräumen zwischen Saug- und Druckraum tritt Quetschflüssigkeit auf. Diese wird über eine Nut dem Druckraum zugeführt, da durch Komprimierung des eingeschlossenen Öls Druckspitzen auftreten würden, die Geräusche und eine Zerstörung der Pumpe zur Folge hätten. Das Lecköl der Pumpe wird durch die Größe der Spalte (zwischen Gehäuse, Zahnköpfen und Zahnseitenflächen), die Überdeckung der Zahnräder, die Viskosität und die Drehzahl bestimmt. Festo Didactic GmbH & Co. KG

28 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes b) Benennen Sie die hinterlegten Schaltzeichen und beschreiben Sie kurz die Funktion der Komponenten P T M 4 Hydraulikaggregat Schaltzeichen 1. Elektromotor mit einer Drehrichtung Antrieb für Hydropumpen. 2. Hydraulikpumpe Pumpe mit konstantem Fördervolumen. Der Volumenstrom ist bestimmt durch Motordrehzahl und Verdrängungsvolumen pro Umdrehung. 3. Druckmessgerät Zeigt die Höhe des Druckes mit einer bestimmten Toleranz an. 4. Druckbegrenzungsventil Einstellbares Druckbegrenzungsventil ohne Leckölanschluss. Bei einem einstellbaren Druck beginnt das Ventil zu öffnen. 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG

29 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes c) Ordnen Sie den einzelnen Komponenten des Hydraulikaggregats die entsprechende Zahl in der Zeichnung zu Hydraulikaggregat Schematische Darstellung Komponenten-Nr. Komponente (Bezeichnung) 6 Ablassschraube 3 Ansaugkammer 2 Ansaugrohr 10 Belüftung mit Luftfilter 4 Beruhigungsblech 8 Einfüllfilter 9 Füllstandsanzeige, maximaler Füllstand 7 Füllstandsanzeige, minimaler Füllstand 1 Motor und Pumpe 11 Rücklauf 5 Rücklaufkammer Festo Didactic GmbH & Co. KG

30 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 2. Berechnen des Volumenstroms einer Hydropumpe Information Das Verdrängungsvolumen V (auch Fördervolumen oder Hubvolumen genannt) ist ein Maß für die Größe der Pumpe. Es bezeichnet das Flüssigkeitsvolumen, das von der Pumpe pro Umdrehung (bzw. pro Hub) gefördert wird. Das geförderte Flüssigkeitsvolumen pro Minute wird als Volumenstrom q (Förderstrom) bezeichnet. Dieser ergibt sich aus dem Verdrängungsvolumen V und der Drehzahl n: q = n V Berechnen Sie den Förderstrom einer Zahnradpumpe. Gegeben Drehzahl n = 1450 min -1 Verdrängungsvolumen V = 2,8 cm 3 (pro Umdrehung) Gesucht Förderstrom q in l/min Rechnung cm dm q = n V = 1450 min 2,8 cm = 4060 = 4,06 = 4,06 l/min min min 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG

31 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 3. Berechnen des Wirkungsgrads einer Hydropumpe Information Mechanische Leistung wird durch Pumpen in hydraulische umgewandelt, dabei entstehen Leistungsverluste, die mit dem Wirkungsgrad ausgedrückt werden. Die von der Pumpe abgegebene hydraulische Nutzleistung P hyd ist abhängig vom Betriebsdruck p und vom effektiven Förderstrom q eff. Die Nutzleistung errechnet sich nach P hyd = p q eff Der volumetrische Wirkungsgrad ist das Verhältnis von effektivem Förderstrom und dem theoretisch errechneten Förderstrom der Pumpe. q η vol = q eff th q = V n th th qeff = Vth n η vol Berechnen Sie den Wirkungsgrad einer Hydropumpe. Gegeben Drehzahl n = 1450 min -1 Verdrängungsvolumen V = 6,5 cm 3 (pro Umdrehung) effektiver Förderstrom l q eff = 8,6 bei 100 bar min Gesucht Wirkungsgrad η vol Rechnung 3-1 l q th = 6,5 cm 1450 min = 9,4 min l q 8,6 eff η min vol = = = 0,92 = 92 % q l th 9,4 min Festo Didactic GmbH & Co. KG

32 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes 4. Auswahl eines Hydraulikaggregats Information Im Folgenden finden Sie Auszüge aus drei Datenblättern von Hydraulikaggregaten. Wählen Sie das Aggregat aus, welches die folgenden Bedingungen erfüllt: Antriebsmotor mit 230 V Nennspannung Frequenz 50 Hz Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min Gewicht ohne Ölbefüllung max. 20 kg Allgemein HA-5L HA-5L HA-20L Abmessungen Länge Breite Höhe 580 mm 300 mm 180 mm 580 mm 300 mm 180 mm mm Gewicht leer mit Ölbefüllung 19 kg 24 kg 19 kg 24 kg 19 kg 29 kg Elektrik HA-5L HA-5L HA-20L Motor Wechselstrom, einphasig Wechselstrom, einphasig Wechselstrom, dreiphasig Nennleistung 650 W 550 W 550 W Nennspannung 230 V 110 V 400 V Frequenz 50 Hz 60 Hz 50 Hz Nenndrehzahl 1320 min min min -1 Schutzart IP 20 IP 20 IP 20 Einschaltdauer 50 % 50 % 100 % 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG

33 Aufgabe 1 Ausstatten eines Hydraulikarbeitsplatzes Hydraulik HA-5L HA-5L HA-20L Medium Pumpenbauart Mineralöl, empfohlen 22 cst (mm 2 /s) Außenzahnradpumpe Geometrisches Fördervolumen 1,6 cm 3 1,6 cm 3 1,6 cm 3 Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min 2,7 l/min 2,2 l/min Betriebsdruck Einstellung Druckmessgerät Anzeigebereich 0,5 6 MPa (5 60 bar) manuell 0 10 MPa (0 100 bar) Druckmessgerät Güteklasse 1,6 Ölvolumen des Tanks ca. 5 l ca. 5 l ca. 10 l Rücklauffilter, Filterfeinheit Anschluss 90 μm je eine Kupplungsdose für P und T, eine Kupplung für Tankleitung des Speichers, ein Anschluss für Abflussmessbehälter Welches Hydraulikaggregat haben Sie ausgewählt? Begründen Sie Ihre Auswahl. Ausgewählt wurde das Hydraulikaggregat mit der Bezeichnung HA-5L Es erfüllt die geforderten Bedingungen: Antriebsmotor mit 230 V Nennspannung Frequenz 50 Hz Fördermenge bei Nenndrehzahl 2,2 l/min Gewicht ohne Ölbefüllung max. 20 kg Festo Didactic GmbH & Co. KG