Hydraulik Aufbaustufe

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1 Hydraulik Aufbaustufe Arbeitsbuch TP 502 Mit CD-ROM 1A1 1B1 1B1 A P 1V2 P 1V3 P 1V1 A B T T P T 0V1 A P B Festo Didactic DE

2 Bestell-Nr.: Stand: 03/2012 Autoren: Renate Aheimer, Frank Ebel, Annabella Zimmermann Grafik: Doris Schwarzenberger Layout: 03/2012, Susanne Durz, Frank Ebel, Ralph-Christoph Weber Festo Didactic SE, Rechbergstraße 3, Denkendorf, Deutschland, 2015 Alle Rechte vorbehalten Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt. Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer und Studenten des Standortes für den Unterricht. Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen. Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic. Hinweis Soweit in diesem Arbeitsbuch 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, Aufbaustufe (TP 502) XII Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XIII Gerätesatz XIV Zuordnung von Komponenten und Aufgaben XVI Hinweise für den Lehrer/Ausbilder XVIII Struktur der Aufgaben XIX Bezeichnung der Komponenten XX Inhalte der CD-ROM XX Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3 Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) 13 Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) 21 Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) 29 Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) 35 Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) 43 Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) 53 Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) 61 Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) 67 Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) 75 Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) 83 Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile (Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) 91 Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) 99 Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) 107 Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) 113 Festo Didactic III

4 Inhalt Aufgaben und Arbeitsblätter Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3 Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) 13 Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) 21 Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) 29 Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) 35 Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) 43 Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) 53 Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) 61 Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) 67 Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) 75 Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) 83 Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile (Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) 91 Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) 99 Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) 107 Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) 113 IV Festo Didactic

5 Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Hydraulik, Aufbaustufe 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 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 Prais 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

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 praisorientierte Teachware umfasst: Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) Leika, 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 Tipps, Anregungen oder Vorschläge zur Verbesserung dieses Arbeitsbuchs? Dann senden Sie diese bitte per an Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. Festo Didactic VII

8 Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praisorientierte 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, ma. 5 A) zur Versorgung des Durchflusssensors. Sicherheits-Laborleitungen. Zur praktischen Durchführung der 15 Aufgabenstellungen benötigen Sie Komponenten aus den Gerätesätzen TP 501 und TP 502. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das Lehrbuch Grundlagen der Hydraulik und Elektrohydraulik Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Zylinder, Ventile usw.) zur Verfügung. VIII Festo Didactic

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, maimal 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 maimal 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 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

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 zwei Arbeitsbüchern. Das Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Hydraulik. Die Arbeitsbücher enthalten 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 Grundlagen der Hydraulik und Elektrohydraulik 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 Prais 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 XI

12 Lernziele Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502) Komponenten Sie kennen Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Stromteilerventils. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Druckreduzierventils. Schaltungen Sie können Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen. Sie können Schaltungen mit Bypass realisieren. Sie können ein Stromteilerventil für den Gleichlauf zweier Zylinder einsetzen. Sie können den Gleichlauf im Vor- und Rückhub sicherstellen. Sie kennen die Umströmschaltung. Sie kennen die Eilgangvorschubschaltung. Sie können ein Weg-Schritt-Diagramm aus einer Ablaufbeschreibung erstellen. Sie können Membranspeicher als Volumenspeicher einsetzen. Sie können Zylinder nach Abschalten der Pumpe aus dem Speicher aus- und einfahren. Sie können einen Membranspeicher als Druckspeicher einsetzen. Sie können einen Membranspeicher für eine Eilgangschaltung einsetzen. Sie kennen die Gleichrichterschaltung. Sie können ein Druckreduzierventil in einer Schaltung einsetzen. Sie können den Druck eines doppeltwirkenden Zylinders vorgeben. Sie können zwischen der Anwendung eines Druckbegrenzungsventils und eines Druckreduzierventils entscheiden. Sie können eine Ablaufsteuerung mit zwei Zylindern beschreiben und aufbauen. Sie kennen eine Druckfolgeschaltung. Sie kennen eine Druckstufenschaltung. Sie kennen eine Absicherung für ziehende Belastung. Messungen und Berechnungen Sie können Leistungsbilanzen hydraulischer Schaltungen aus Messwerten berechnen. Sie können die Kräfte am Zylinder berechnen. XII Festo Didactic

13 Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziel Aufgabe Sie kennen Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors. Sie können Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen. Sie können Schaltungen mit Bypass realisieren. Sie können Leistungsbilanzen hydraulischer Schaltungen aus Messwerten berechnen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Stromteilerventils. Sie können ein Stromteilerventil für den Gleichlauf zweier Zylinder einsetzen. Sie können den Gleichlauf im Vor- und Rückhub sicherstellen. Sie kennen die Umströmschaltung. Sie können die Kräfte am Zylinder berechnen. Sie kennen die Eilgangvorschubschaltung. Sie können ein Weg-Schritt-Diagramm aus einer Ablaufbeschreibung erstellen. Sie können Membranspeicher als Volumenspeicher einsetzen. Sie können Zylinder nach Abschalten der Pumpe aus dem Speicher aus- und einfahren. Sie können einen Membranspeicher als Druckspeicher einsetzen. Sie können einen Membranspeicher für eine Eilgangschaltung einsetzen. Sie kennen die Gleichrichterschaltung. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Druckreduzierventils. Sie können ein Druckreduzierventil in einer Schaltung einsetzen. Festo Didactic XIII

14 Aufgabe Lernziel Sie können den Druck eines doppeltwirkenden Zylinders vorgeben. Sie können zwischen der Anwendung eines Druckbegrenzungsventils und eines Druckreduzierventils entscheiden. Sie können eine Ablaufsteuerung mit zwei Zylindern beschreiben und aufbauen. Sie kennen eine Druckfolgeschaltung. Sie kennen eine Druckstufenschaltung. Sie kennen eine Absicherung für ziehende Belastung. Gerätesatz Dieser Gerätesatz der Aufbaustufe ist für die Weiterbildung in hydraulischer Steuerungstechnik zusammengestellt. Die beiden Gerätesätze (TP 501 und TP 502) enthalten Komponenten, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und können mit anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Gerätesatz Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502) Komponente Bestellnummer Menge 2/2-Wege-Stößelventil, umbaubar Wege-Druckreduzierventil Druckbegrenzungsventil, ausgeglichen Membranspeicher mit Absperrblock Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck Stromteilerventil Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube Anbausatz für Zylinder T-Verteiler XIV Festo Didactic

15 Schlauchleitungen mit Schnellverschlusskupplung Benennung Bestellnummer Menge Schlauch 600 mm Schlauch 1000 mm Schlauch 1500 mm Grafische Symbole des Gerätesatzes Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol 2/2-Wege-Stößelventil, umbaubar A P Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube B P 3-Wege- Druckreduzierventil A T-Verteiler P T Druckbegrenzungsventil, ausgeglichen Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck Stromteilerventil A B P Festo Didactic XV

16 Komponente Grafisches Symbol Membranspeicher mit Absperrblock Zuordnung von Komponenten und Aufgaben Gerätesatz TP 502 Komponente Aufgabe /2-Wege-Stößelventil, umbaubar Wege-Druckreduzierventil Druckbegrenzungsventil, ausgeglichen Membranspeicher mit Absperrblock Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck Stromteilerventil 1 1 Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube T-Verteiler XVI Festo Didactic

17 Gerätesatz TP 501 Aufgabe Komponente Hydromotor /3-Wege-Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend Drosselrückschlagventil Absperrventil Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät Druckmessgerät Wege Stromregelventil Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube 4/2-Wege-Handhebelventil, federrückgestellt Druckbegrenzungsventil Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck 1 4/3-Wege-Handhebelventil, Sperrmittelstellung, rastend 1 1 T-Verteiler 1 Schläuche Komponente Aufgabe Schlauch 600 mm Schlauch 1000 mm Schlauch 1500 mm Festo Didactic XVII

18 Notwendiges Zubehör Aufgabe Komponente Digital-Multimeter Netzgerät 24 V DC 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 Prais ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matri 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 15 Aufgaben benötigen Sie Komponenten eines Gerätesatzes TP 502. 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 XVIII Festo Didactic

19 Kennzeichnung der Lösungen Lösungstete und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern Zu ergänzende Tete 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 15 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 15 Aufgaben. Festo Didactic XIX

20 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 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. XX Festo Didactic

21 Inhalt Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3 Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) 13 Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) 21 Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) 29 Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) 35 Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) 43 Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) 53 Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) 61 Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) 67 Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) 75 Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) 83 Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile (Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) 91 Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) 99 Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) 107 Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) 113 Festo Didactic

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23 Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, kennen Sie Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors. können Sie Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen. Problemstellung Die Schlauchhaspel eines Heizöllasters wird mit einem Hydromotor angetrieben. Der Schlauch soll abgewickelt, längerfristig angehalten und wieder aufgewickelt werden. Für diese Schaltstellungen ist ein 4/3-Wegeventil zu verwenden. Die Geschwindigkeit soll mit einem Drosselventil einstellbar sein. Lageplan Tanklaster mit Schlauchhaspel Festo Didactic

24 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Beschreibung des Prozesses Nachdem die hydraulische Schaltung aufgebaut ist, wird das 4/3 Wege Handhebelventil 1V2 auf Mittelstellung gebracht. Das Hydraulikaggregat wird eingeschaltet und ein Systemdruck von 5 MPa (50 bar) eingestellt. Durch Umschalten des 4/3-Wegeventils auf die rechte oder linke Schaltstellung wird der Hydraulikmotor in Gang gesetzt. Mit dem Drosselrückschlagventil 1V1 wird der Durchfluss eingestellt. Arbeitsaufträge 1. Machen Sie sich mit der Funktion und dem Aufbau eines Hydraulikmotors vertraut. 2. Ergänzen Sie die Geräteliste 3. Bauen Sie die Steuerung praktisch auf. 4. Überprüfen Sie den Steuerungsaufbau 5. Messen Sie die Umdrehungen des Motors in 10 Sekunden bei unterschiedlichen Durchflüssen und vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den Werten aus dem Datenblatt für den Durchflusssensor. 6. Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen. Arbeitshilfen Datenblätter Bedienungsanleitungen Lehrbuch Hydraulik/Elektrohydraulik Simulationsprogramm FluidSIM H Sichtprüfung Eine permanente Sichtprüfung auf Defekte bei Schlauchleitungen und Hydraulikkomponenten gehört zum Sicherheitsstandard in der Hydraulik. 4 Festo Didactic

25 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 1. Funktion und Aufbau eines Hydraulikmotors Information In der Regel haben Hydromotoren den gleichen konstruktiven Aufbau wie Hydropumpen. Sie werden eingeteilt in Konstantmotoren konstantes Schluckvolumen Verstellmotoren verstellbares Schluckvolumen. Innerhalb dieser Grundtypen gibt es mehrere Bauarten. Bauarten von Hydromotoren Hydromotoren sind Bauelemente des Antriebsteils. Es sind Arbeitselemente (Aktoren). Sie wandeln die hydraulische Energie in mechanische Energie um und erzeugen drehende Bewegungen (Rotationsantrieb). Verläuft die Drehbewegung nur in einem bestimmten Winkelbereich, spricht man von Schwenkmotoren. Hydromotoren besitzen die gleichen Kenngrößen wie Pumpen. Allerdings spricht man bei Hydromotoren nicht vom Verdrängungsvolumen, sondern vom Schluckvolumen. Das Schluckvolumen wird von den Hydromotorenherstellern in cm 3 je Umdrehung angegeben und dazu der Drehzahlbereich, in dem der Motor wirtschaftlich arbeitet. Festo Didactic

26 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Für das Schluckvolumen von Hydromotoren gilt: M p = V q = n V p Druck [Pa] M Drehmoment [Nm] V Geometrische Verdrängung, Schluckvolumen [cm 3 ] q Volumenstrom [dm 3 /min] n Drehzahl [min -1 ] Aus dem Schluckvolumen und der gewünschten Drehzahl wird der Volumenstrom, den der Motor benötigt, errechnet. a) Ein Motor mit einem Schluckvolumen von V = 10 cm 3 soll mit einer Drehzahl n = 600 Umdrehungen je Minute arbeiten. Berechnen Sie den vom Motor benötigten Volumenstrom q. q = 3 10 cm 600 min = 6000 cm 3 /min = 6 dm 3 /min = 6 l/min Die Pumpe muss 6 dm 3 /min fördern, damit der Motor sich mit 600 Umdrehungen je Minute dreht. b) Ein Hydromotor mit einem Schluckvolumen V = 12,9 cm 3 wird mit einem Pumpenförderstrom von q = 15 dm 3 /min angetrieben. Bei der sich ergebenden Drehzahl ist das Drehmoment M = 1 Nm. Wie groß ist die Drehzahl n und die abgegebene Leistung P? Berechnen der Drehzahl n: n = q V dm m = = = 1163 min ,9 cm min 12,9 10 m min Berechnen der Leistung P in Watt: P = 2 π n M = 2 π 1163 min -1 1 Nm = 2 π Nm = 122 W 60 s 6 Festo Didactic

27 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) c) Berechnen Sie das abgegebene Drehmoment, wenn der Motor sehr stark abgebremst wird und sich dadurch ein Druck von 14 MPa (140 bar) einstellt. Lassen Sie dabei den mechanisch-hydraulischen und den volumetrischen Wirkungsgrad unberücksichtigt. Berechnen des Drehmoments M bei maimalem Eingangsdruck: 3 M = p V = Pa 12, m 3 = , N m 2 m M = Nm = 180,6 Nm 2. Ergänzen der Geräteliste Ergänzen Sie die Geräteliste, indem Sie die Menge der benötigten Komponenten, deren Kennzeichnung im Schaltplan und die Benennung der Komponenten in die unten stehende Tabelle eintragen. Menge Kennzeichnung Komponente 1 1M1 Hydromotor 1 1V2 4/3-Wege-Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend 1 1V1 Drosselrückschlagventil (alternativ Stromregelventil) 1 0V1 Absperrventil 2 Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät 1 0Z1 Hydraulikaggregat Menge Komponente 5 Schlauch 600 mm 1 Schlauch 1000 mm 1 Schlauch 1500 mm Hinweis Zur Durchführung der Messungen benötigen Sie: 1 Netzgerät 24 V DC, maimal 4,5 A 1 Digital-Multimeter Festo Didactic

28 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3. Aufbauen der Steuerung Beachten Sie beim Aufbau der Steuerung die folgenden Punkte: Stellen Sie am Druckbegrenzungsventil des Hydraulikaggregats einen Druck von 6 MPa (60 bar) ein, bevor Sie die Schaltung aufbauen. Benutzen Sie den Schaltplan. 1M1 1V2 A B P T 1V1 B A 0V1 0Z1 P T Bezeichnen Sie die Komponenten. Beachten Sie beim 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. 8 Festo Didactic

29 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Auswählen und Verlegen der Schlauchleitungen Wählen Sie die Länge der Schlauchleitung so, dass ausreichend Spielraum vorhanden ist, um Längenänderungen aufzufangen, die durch Druck entstehen. Vermeiden Sie mechanische Beanspruchungen der Schlauchleitung. Biegen Sie die Schlauchleitung nicht unterhalb ihres Mindestbiegeradius von 51 mm. Verdrehen Sie die Schlauchleitung nicht beim Einbau. Markieren Sie die angeschlossenen Schlauchverbindungen im hydraulischen Schaltplan. 4. Überprüfen des Steuerungsaufbaus Beachten Sie bei der Inbetriebnahme der Steuerung die folgenden Punkte: Kontrollieren Sie, ob alle Tankleitungen angeschlossen und alle Kupplungen fest aufgesteckt sind. Drehen Sie die Drossel des Drosselrückschlagventils 1V1 vollständig zu, öffnen Sie dann die Drossel eine halbe Umdrehung. Schalten Sie durch Öffnen des Absperrventils auf Pumpenumlauf. Schalten Sie die elektrische Versorgungsspannung 24 V DC für den Durchflusssensor ein. Hinweis Informationen zum Durchflusssensor entnehmen Sie der Bedienungsanleitung des Sensors. Schalten Sie die Hydraulikpumpe ein. Schließen Sie langsam das Absperrventil, bis ein Umlaufdruck von ca. 1,5 MPa (15 bar) entsteht. Schalten Sie bei Leckagen sofort zurück auf Pumpenumlauf. Schalten Sie den Hydromotor ein und achten Sie auf Leckagen. Anschließend schalten Sie den Motor wieder aus. Schließen Sie das Absperrventil vollständig und stellen Sie am Hydraulikaggregat den vorgesehenen Systemdruck von 5 MPa (50 bar) ein. Schalten Sie den Hydromotor ein und stellen Sie durch Schließen oder Öffnen der Drossel am Drosselrückschlagventil 1V1 den gewünschten Durchfluss q am Hydromotor ein. 5. Aufnehmen der Messwerte a) Tragen Sie die gemessenen Werte in die folgende Tabelle ein. Hinweis Um Messfehler zu minimieren, führen Sie jede Zeitmessung dreimal durch und bilden Sie daraus den Mittelwert. Festo Didactic

30 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Durchfluss q [l/min] Rechtslauf Linkslauf Zeit für 20 Umdrehungen [s] Drehzahl n [U/min] Zeit für 20 Umdrehungen [s] Drehzahl n [U/min] t 1, t 2, t 3 t mittel t 1, t 2, t 3 t mittel 17,8 17,6 0,5 17,1 17,5 68,6 18,3 18,2 65,9 17,6 18,7 9,7 9,4 1,0 9,3 9,5 126,3 9,6 9,5 126,3 9,5 9,5 b) Erstellen Sie mit den Werten aus der Tabelle die Drehzahl-Durchfluss Kennlinie. Drehzahl-Durchfluss Kennlinie Hinweis für den Unterricht Die eingezeichnete Linie soll nur das Auge führen. 10 Festo Didactic

31 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 6. Bewerten der Messergebnisse Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen. Durch Umschalten des 4/3-Wege-Handhebelventils ändert der Hydraulikmotor seine Drehrichtung. Bei unterschiedlichen Drosseleinstellungen verändert der Hydraulikmotor seine Drehgeschwindigkeit. Die Drehgeschwindigkeit des Hydraulikmotors verhält sich proportional zum Durchfluss. Doppelter Durchfluss ergibt doppelte Geschwindigkeit. Festo Didactic

32 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 12 Festo Didactic

33 Inhalt Aufgaben und Arbeitsblätter Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3 Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) 13 Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) 21 Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) 29 Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) 35 Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) 43 Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) 53 Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) 61 Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) 67 Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) 75 Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) 83 Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile (Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) 91 Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) 99 Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) 107 Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) 113 Festo Didactic

34 2 Festo Didactic

35 Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, kennen Sie Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors. können Sie Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen. Problemstellung Die Schlauchhaspel eines Heizöllasters wird mit einem Hydromotor angetrieben. Der Schlauch soll abgewickelt, längerfristig angehalten und wieder aufgewickelt werden. Für diese Schaltstellungen ist ein 4/3-Wegeventil zu verwenden. Die Geschwindigkeit soll mit einem Drosselventil einstellbar sein. Lageplan Tanklaster mit Schlauchhaspel Festo Didactic

36 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Beschreibung des Prozesses Nachdem die hydraulische Schaltung aufgebaut ist, wird das 4/3 Wege Handhebelventil 1V2 auf Mittelstellung gebracht. Das Hydraulikaggregat wird eingeschaltet und ein Systemdruck von 5 MPa (50 bar) eingestellt. Durch Umschalten des 4/3-Wegeventils auf die rechte oder linke Schaltstellung wird der Hydraulikmotor in Gang gesetzt. Mit dem Drosselrückschlagventil 1V1 wird der Durchfluss eingestellt. Arbeitsaufträge 1. Machen Sie sich mit der Funktion und dem Aufbau eines Hydraulikmotors vertraut. 2. Ergänzen Sie die Geräteliste 3. Bauen Sie die Steuerung praktisch auf. 4. Überprüfen Sie den Steuerungsaufbau 5. Messen Sie die Umdrehungen des Motors in 10 Sekunden bei unterschiedlichen Durchflüssen und vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den Werten aus dem Datenblatt für den Durchflusssensor. 6. Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen. Arbeitshilfen Datenblätter Bedienungsanleitungen Lehrbuch Hydraulik/Elektrohydraulik Simulationsprogramm FluidSIM H Sichtprüfung Eine permanente Sichtprüfung auf Defekte bei Schlauchleitungen und Hydraulikkomponenten gehört zum Sicherheitsstandard in der Hydraulik. 4 Name: Datum: Festo Didactic

37 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 1. Funktion und Aufbau eines Hydraulikmotors Information In der Regel haben Hydromotoren den gleichen konstruktiven Aufbau wie Hydropumpen. Sie werden eingeteilt in Konstantmotoren konstantes Schluckvolumen Verstellmotoren verstellbares Schluckvolumen. Innerhalb dieser Grundtypen gibt es mehrere Bauarten. Bauarten von Hydromotoren Hydromotoren sind Bauelemente des Antriebsteils. Es sind Arbeitselemente (Aktoren). Sie wandeln die hydraulische Energie in mechanische Energie um und erzeugen drehende Bewegungen (Rotationsantrieb). Verläuft die Drehbewegung nur in einem bestimmten Winkelbereich, spricht man von Schwenkmotoren. Hydromotoren besitzen die gleichen Kenngrößen wie Pumpen. Allerdings spricht man bei Hydromotoren nicht vom Verdrängungsvolumen, sondern vom Schluckvolumen. Das Schluckvolumen wird von den Hydromotorenherstellern in cm 3 je Umdrehung angegeben und dazu der Drehzahlbereich, in dem der Motor wirtschaftlich arbeitet. Festo Didactic Name: Datum: 5

38 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Für das Schluckvolumen von Hydromotoren gilt: M p = V q = n V p Druck [Pa] M Drehmoment [Nm] V Geometrische Verdrängung, Schluckvolumen [cm 3 ] q Volumenstrom [dm 3 /min] n Drehzahl [min -1 ] Aus dem Schluckvolumen und der gewünschten Drehzahl wird der Volumenstrom, den der Motor benötigt, errechnet. a) Ein Motor mit einem Schluckvolumen von V = 10 cm 3 soll mit einer Drehzahl n = 600 Umdrehungen je Minute arbeiten. Berechnen Sie den vom Motor benötigten Volumenstrom q. b) Ein Hydromotor mit einem Schluckvolumen V = 12,9 cm 3 wird mit einem Pumpenförderstrom von q = 15 dm 3 /min angetrieben. Bei der sich ergebenden Drehzahl ist das Drehmoment M = 1 Nm. Wie groß ist die Drehzahl n und die abgegebene Leistung P? 6 Name: Datum: Festo Didactic

39 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) c) Berechnen Sie das abgegebene Drehmoment, wenn der Motor sehr stark abgebremst wird und sich dadurch ein Druck von 14 MPa (140 bar) einstellt. Lassen Sie dabei den mechanisch-hydraulischen und den volumetrischen Wirkungsgrad unberücksichtigt. 2. Ergänzen der Geräteliste Ergänzen Sie die Geräteliste, indem Sie die Menge der benötigten Komponenten, deren Kennzeichnung im Schaltplan und die Benennung der Komponenten in die unten stehende Tabelle eintragen. Menge Kennzeichnung Komponente 2 Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät 1 Hydraulikaggregat Menge Komponente Schlauch 600 mm Schlauch 1000 mm Schlauch 1500 mm Hinweis Zur Durchführung der Messungen benötigen Sie: 1 Netzgerät 24 V DC, maimal 4,5 A 1 Digital-Multimeter Festo Didactic Name: Datum: 7

40 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 3. Aufbauen der Steuerung Beachten Sie beim Aufbau der Steuerung die folgenden Punkte: Stellen Sie am Druckbegrenzungsventil des Hydraulikaggregats einen Druck von 6 MPa (60 bar) ein, bevor Sie die Schaltung aufbauen. Benutzen Sie den Schaltplan. 1M1 1V2 A B P T 1V1 B A 0V1 0Z1 P T Bezeichnen Sie die Komponenten. Beachten Sie beim 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. 8 Name: Datum: Festo Didactic

41 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Auswählen und Verlegen der Schlauchleitungen Wählen Sie die Länge der Schlauchleitung so, dass ausreichend Spielraum vorhanden ist, um Längenänderungen aufzufangen, die durch Druck entstehen. Vermeiden Sie mechanische Beanspruchungen der Schlauchleitung. Biegen Sie die Schlauchleitung nicht unterhalb ihres Mindestbiegeradius von 51 mm. Verdrehen Sie die Schlauchleitung nicht beim Einbau. Markieren Sie die angeschlossenen Schlauchverbindungen im hydraulischen Schaltplan. 4. Überprüfen des Steuerungsaufbaus Beachten Sie bei der Inbetriebnahme der Steuerung die folgenden Punkte: Kontrollieren Sie, ob alle Tankleitungen angeschlossen und alle Kupplungen fest aufgesteckt sind. Drehen Sie die Drossel des Drosselrückschlagventils 1V1 vollständig zu, öffnen Sie dann die Drossel eine halbe Umdrehung. Schalten Sie durch Öffnen des Absperrventils auf Pumpenumlauf. Schalten Sie die elektrische Versorgungsspannung 24 V DC für den Durchflusssensor ein. Hinweis Informationen zum Durchflusssensor entnehmen Sie der Bedienungsanleitung des Sensors. Schalten Sie die Hydraulikpumpe ein. Schließen Sie langsam das Absperrventil, bis ein Umlaufdruck von ca. 1,5 MPa (15 bar) entsteht. Schalten Sie bei Leckagen sofort zurück auf Pumpenumlauf. Schalten Sie den Hydromotor ein und achten Sie auf Leckagen. Anschließend schalten Sie den Motor wieder aus. Schließen Sie das Absperrventil vollständig und stellen Sie am Hydraulikaggregat den vorgesehenen Systemdruck von 5 MPa (50 bar) ein. Schalten Sie den Hydromotor ein und stellen Sie durch Schließen oder Öffnen der Drossel am Drosselrückschlagventil 1V1 den gewünschten Durchfluss q am Hydromotor ein. 5. Aufnehmen der Messwerte a) Tragen Sie die gemessenen Werte in die folgende Tabelle ein. Hinweis Um Messfehler zu minimieren, führen Sie jede Zeitmessung dreimal durch und bilden Sie daraus den Mittelwert. Festo Didactic Name: Datum: 9

42 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) Durchfluss q [l/min] Rechtslauf Linkslauf Zeit für 20 Umdrehungen [s] Drehzahl n [U/min] Zeit für 20 Umdrehungen [s] Drehzahl n [U/min] t 1, t 2, t 3 t mittel t 1, t 2, t 3 t mittel b) Erstellen Sie mit den Werten aus der Tabelle die Drehzahl-Durchfluss Kennlinie. 300 U min ,0 2,0 l/min 3,0 q Drehzahl-Durchfluss Kennlinie 10 Name: Datum: Festo Didactic

43 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 6. Bewerten der Messergebnisse Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen. Festo Didactic Name: Datum: 11

44 Aufgabe 1 Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) 12 Name: Datum: Festo Didactic