Grundlagen der Fluidtechnik Teil 1: Hydraulik

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1 Umdruck zur Vorlesung Grundlagen der Fluidtechnik Teil 1: Hydraulik Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Murrenhoff 6. neu bearbeitete Auflage 2011 Nachdruck - auch auszugsweise - nur mit Zustimmung des Verfassers Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen Steinbachstr. 53, D Aachen

2 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Titelfoto: M. van Rienen Copyright Shaker Verlag 2011 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

3 3 Inhalt Formelzeichen und Abkürzungen Einleitung Definition des Sachgebietes Historische Entwicklung Hydraulische Antriebe und Systeme in der Gegenwart Hydraulische Kraft- und Energieübertragung im Vergleich Literatur zu Kapitel Grundlagen Hydrostatik Die ideale Flüssigkeit Translatorische Bewegungen Rotatorische Bewegungen Hydrodynamik Gesetz von der Erhaltung der Masse Anwendung der Kontinuitätsgleichung Gesetz von der Erhaltung der Energie Anwendung der Bernoullischen Gleichung Hydraulische Widerstände Die Viskosität Widerstand von Rohrleitungen bei laminarer Strömung Widerstand von Spalten und Drosseln Die Reynolds-Zahl Widerstand von Blenden Druckverluste in Hydraulikkreisläufen Hydraulische Netzwerke Hydraulische Kapazitäten...62

4 Hydraulische Induktivität einer kurzen Rohrleitung Hydraulische Induktivität von Motoren Berechnungsbeispiel für ein hydraulisches Netzwerk Gesetz von der Erhaltung des Impulses Anwendung des Impulssatzes auf eine stationäre Strömung Anwendung des Impulssatzes auf eine instationäre Strömung Druckverluste an Querschnittsänderungen Die Flüssigkeitssäule als homogener Schwinger Lösung der Wellengleichung Eingangswiderstand einer Rohrleitung Der Druckstoß Reflexion einer Druckwelle Rohrschalldämpfer Literatur zu Kapitel Druckflüssigkeiten Aufgaben der Druckflüssigkeiten Arten der Druckflüssigkeiten Allgemeine Flüssigkeiten Schwerentflammbare Flüssigkeiten Umweltverträgliche Flüssigkeiten Spezielle Flüssigkeiten Eigenschaften der Druckflüssigkeiten Viskosität Stockpunkt und Pourpoint Dichte Kompressionsmodul Gaslösevermögen Luftabscheidevermögen und Schaumneigung Detergieren und Dispergieren Wärmekapazität und Wärmeleitung Entflammbarkeit...122

5 Lasttragevermögen und Verschleißschutz Werkstoffverhalten Alterungsverhalten Biologische Abbaubarkeit und Toxizität Additivierung von Druckflüssigkeiten Oxidationsinhibitoren Metalldesaktivatoren Verschleißschutz Reibwertminderer VI-Verbesserer Stockpunkterniedriger Schaumverhinderer Detergentien und Dispergentien Korrosionsinhibitoren Kennwerte von Druckflüssigkeiten Literatur zu Kapitel Verschmutzung und Filtration Verschmutzung hydraulischer Systeme Molekulare Verunreinigungen Flüssige Verunreinigungen Feste Verunreinigungen Klassifizierung von Fluidreinheiten Filtrationstechnik Wirkprinzipien der Filtration Aufbau eines Tiefenfilters Filterkenngrößen Funktion und Anordnung von Filtern Partikelmesstechnik Literatur zu Kapitel Pumpen und Motoren 159

6 6 5.1 Definition Hydropumpen Hydromotoren Bauarten hydraulischer Verdrängereinheiten Axialkolbenmaschinen Radialkolbenmaschinen Zahnradmaschinen Schraubenspindelpumpen Flügelzellenmaschinen Hydraulische Linearmotoren Einfachwirkender Zylinder Doppeltwirkender Zylinder Teleskopzylinder Endlagendämpfung Druckübersetzer Schwenkantriebe Strömungsmaschinen Eigenschaften und Betrieb von Verdrängereinheiten Kompressionsverluste von Pumpen Förderverhalten und Pulsation Wirkungsgrade Literatur Ventile Bauarten Längsschieberventile Drehschieberventile Sitzventile Verstellung Betätigung Mechanisch...238

7 Elektrisch Hydraulisch Sperrventile Wegeventile Schaltventile Wege-Einbauventile Proportional-, Regel- und Servoventile Druckventile Druckbegrenzungsventile Druckschaltventile Druckminderventile Stromventile Stromregelventile Stromteilerventile Kräfte am Längsschieberventil Strömungskraft Radial- und Axialkräfte Baugrößen, Einbau und Verkettung Literatur zu Kapitel Dichtungen Einteilung der Dichtungen Statische Dichtungen Dynamische Dichtungen Translatorische Dichtungen Rotationsdichtungen Dichtsysteme Reibung und Verschleiß Dichtungsmaterialien Literatur zu Kapitel

8 8 8 Weitere Komponenten Behälter Behältergröße Konstruktive Gestaltung Wärmetauscher Verbindungselemente Rohr- und Schlauchleitungen Anschlussarmaturen Anschlussplatten, Anschlussblöcke und Verkettungen Hydrospeicher Bauarten Sicherheitsbestimmungen Kenngrößen für die Speicherauslegung Zustandsänderungen des Speichergases Nutzungsgrad Dynamik von Hydrospeichern Anwendungen von Hydrospeichern Sensoren und Messgeräte Füllstandsensoren Drucksensoren Volumenstromsensoren Wegsensoren Temperatursensoren Ölzustandssensoren Literatur zu Kapitel Schaltungen Steuerungen Widerstandssteuerung Verdrängersteuerung Hydrostatische Getriebe...348

9 Verschaltung Räumliche Anordnung Verstellung Leistungsverzweigung Leistungsfluss Wirkungsgrade und Kennlinienfelder Regelung Lageregelung Druckregelung Stromregelungen Drehzahlregelung Leistungsregelung Schaltungsbeispiele Schaltungen zur Geschwindigkeitssteuerung Schaltungen mit Stromventilen Pressensteuerung Gleichlaufsteuerung Speicherladeschaltung Literatur zu Kapitel Anhang Umrechnungsfaktoren Abkürzungen von US-Maßeinheiten Schaltsymbole nach DIN ISO Stichwortverzeichnis