sensorik & aktorik - fachhochschule dortmund · - hydraulik & pneumatik - prof. dr. ulrich...
TRANSCRIPT
- Hydraulik & Pneumatik -
Prof. Dr. Ulrich HahnSS 2010
Sensorik & AktorikWahlpflichtfach Studienrichtung „Antriebe & Automat ion“
Hydraulik 2
Hydraulik und Pneumatik
Flüssigkeiten: Hydraulik Gase (Luft): Pneumatik
Übertragung von KräftenDrehmomentenEnergie
durch Fluide
(Information)
Anwendungsbeispiele HydraulikBaumaschinen (Bagger, Kipper...)Fahrzeugtechnik (Bremsen, Servos...)HebebühnenProduktionsanlagen
Anwendungsbeispiele PneumatikAntriebe (Presslufthammer, Schrauber...)Fahrzeugtechnik (Bremsen, Servos...)Hebebühnen
Hydraulik 3
Vor- und Nachteile von Hydraulik☺ Bewirken großer Kräfte/Drehmomente mit kleinen Aktoren☺ stufenlose Geschwindigkeitsänderung, leichte Richtungsänderung
☺ Anfahren unter Volllast
☺ Änderung der Übersetzung unter Volllast (Getriebe)☺ geringe Massen � geringe Trägheit (rotierende Hydromotoren)
☺ einfacher Überlastschutz
☺ einfache Umwandlung Translation� Rotation
� hohe Anschaffungskosten (Präzisionsteile)� Anforderungen an Hydraulikflüssigkeiten (Lecks, Umwelt)
� kleine Übertragungsentfernungen (Viskosität der Hydraulikflüss.)
� kleiner Wirkungsgrad gegenüber direkten mechan. Antrieben� Schlupf � keine exakte Positionierung
� Rückfluss- und Leckleitungen erforderlich
Hydraulik 4
Vor- und Nachteile von Pneumatik☺ Energiespeicherung möglich (Kompressibilität von Luft)
☺ größere Übertragungsentfernungen
☺ keine Rückfluss- und Leckleitungen
� geringere Drücke gegenüber Hydraulik (Unfallschutz)
� keine gleichförmige Bewegung bei veränderlichen Lasten � Kompressibilität
� Geräusche der ausströmenden Luft
Hydraulik 6
Beispiel einer hydraulischen Anlagegeschlossener Flüssigkeitskreis-lauf ("Stromkreis")Energiezufuhr � Druckdifferenz Vorlauf - RücklaufEnergietransport: strömendes Fluid
Energieabfuhr (Hydromotor, Hydraulikzylinder)
Schaltbild der Hydraulikanlage ����
Hydraulik 8
Steuerung eines Hydraulikzylinders3/2 Wege-ventil
1. Endposition � Druckbe-grenzung spricht an� Pumpenenergie � Drossel
3/3 Wege-ventil
2. zurück durch Federkraft, Rückfluss in Behälter
1. Endposition � Druckbe-grenzung spricht an
2. Halten: Zylinder abgekoppelt vom Kreislauf
3. zurück durch Schwerkraft, Rückfluss in Behälter
Hydraulik 9
Steuerung eines Hydraulikzylinders4/3 Wege-ventil
1. Kolben � rechts
4/3 Wege-ventil
2. Haltestellung1. Kolben � rechts
2. "Schwimmstellung": Kolben kann von außen bewegt werden
3. Kolben � links
3. Kolben � links
Hydraulik 10
HydraulikflüssigkeitenAnforderungen:
geringe Kompressibilitätgute Schmierfähigkeit � Viskositäts- und Druckverhalten
gute Benetzung gegeneinander beweglicher Teile
angemessene Viskosität, geringe Temperaturabhängigkeit
hohe Wärmekapazität � Aufnahme von Wärmeverlusten
Alterungsbeständigkeit
schwer entflammbar
keine chemischen Reaktionen mit anderen Bauteilen
Stock- und Pourtemperatur niedrig (Verfestigung des Öls)
gutes Luftabscheidevermögen
umwelt- und wasserverträglich, ungiftig
Hydraulik 12
Hydraulikflüssigkeitendynamische Viskosität: Schubspannung/Strömungsgeschwindigkeitsgradient
kinematische Viskosität:
yvx
yx
dd: ,τ=η
Vergleich Wasser: νννν = 1 mm²/s
ρη=ν :
Viskositätsindex: "0" ηηηη stark temperaturabhängig "100" ηηηη schwach temperaturabhängig
Hydraulik 13
Hydraulikflüssigkeiten
Kompressibilität0
dd
: 0VV
pV ⋅−=κ κ: 1...3,5GN/m²
� Rückwirkung auf die Stellgenauigkeit
� hohe Genauigkeit: ∆p klein => Zylinderquerschnitt groß
Luft in Hydraulikflüssigkeiten
gelöste Luftfreie Luft (Blasen), bewirkt durch "Ausfällen" gelöster Luft bei Druckabfall (Lastwechsel)
0p
pVLuft ⋅α= α: 5 ... 8%
Hydraulik 14
Hydropumpenerzeugen den Druck im Hochdruckteil des Hydrauliksystems
Antrieb: ElektromotorenVerbrennungsmotoren
hohe Drücke, kleine Volumenströme ���� Verdrängerpumpensl
5<V&
Kolbenpumpen: HubAnVnV Kolbenverdr ⋅⋅=⋅= .&
� Förderverluste interner Leckstrom durch Undichtig-keiten, Fluid bleibt in der Pumpe
etxerner Leckstrom, Fluid verlässt Pumpe
unvollständige Füllung (Blasen, Kavitation)
Kompressionsverlust
� Reibungsverluste Viskosität, Reibung Kolben-Zylinder
� hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad
Hydraulik 15
Hydropumpen
Umlaufverdränger, meist Zahnradpumpen
☺ geringe Druck- und Volumenstromschwankungen
Hydraulik 17
HydropumpenFlügelzellenpumpe
Exzentrizität der Flügelzellen � VerdrängungsvolumenWiderlager mit Feder � Druck
Hydraulik 18
Hydropumpen
Axialkolbenpumpen
Rotation des Antriebsmotors � Translation der KolbenHub regelbar durch Winkel der Achse
Schrägachsenpumpe Schrägscsheibenpumpe
Hydraulik 20
Hydropumpen
Radialkolbenpumpen
Rotation des Antriebsmotors � Translation der Kolben durch Exzentrizität der Welle
1 Gehäuse2 Welle3 Zylinderführung4 Ventilplatte, (4.1) Saugventil5 Druckventil6 Kolben7 Zylinder8 Feder9 Arbeitsraum10 Saugraum