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Über dieses Buch

Das bewährte Fachbuch wurde in der 7. Auflage stark überarbeitet und umfangreich ergänzt, so dass der Einstieg in das Gebiet Hydraulik für den Leser noch besser und schneller möglich ist. Mehr und mehr kann es als Nachschlagewerk für offene Fachprobleme genutzt werden.

Die Kapitel behandeln die physikalischen und technischen Grundlagen der Hydraulik, gehen auf die Eigenschaften der Druckflüssigkeit als Energieübertragungsmedium ein und stellen neben den hydraulischen Komponenten auch die für die Inbetriebnahme und den Betrieb von hydraulischen Anlagen erforderlichen Sensoren und Messgeräte vor. Neben einer umfangreichen Darstellung typischer Systemarchitekturen findet der Leser ebenso ausführliche Erläuterungen zur Regelung hydraulischer Antriebe. Grundlagen zur Modellierung und Simulation komplexer Hydrauliksysteme sind weitere Inhalte des Buches. Generell wird ein stärkerer Praxisbezug hergestellt.

Die Zielgruppen

Konstrukteure, Anwender und Betreiber hydraulischer AnlagenIngenieure und Studenten des Maschinenbaus Nachschlagwerk für in der Praxis tätige Hydrauliker

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung in die Hydraulik

Zusammenfassung
Die Hydraulik ist eine Antriebstechnologie, die mechanische Leistung über ein flüssiges Betriebsmedium überträgt. Ausgehend von der Einordung und Abgrenzung des Fachgebiets werden Wirkungsweise und Architektur hydraulischer Kreisläufe erläutert. Für Ingenieurinnen und Ingenieure wichtigen Zeichen zur Darstellung in technischen Dokumenten werden an einem Beispiel vorgestellt.
Jürgen Weber, Tobias Radermacher

Kapitel 2. Druckflüssigkeiten für Hydraulikanlagen

Zusammenfassung
Dass eine Flüssigkeit zu den Grundkomponenten eines hydraulischen Antriebes gehört, ergibt sich aus dem physikalischen Wirkungsprinzip der hydraulischen Leistungsübertragung. Die Druckflüssigkeit muss als Konstruktionselement der Hydraulikanlagen betrachtet werden. Über die mit der Druck- und Bewegungsübertragung verbundene Leistungsübertragung hinaus müssen die Druckflüssigkeiten weitere funktionswichtige Aufgaben erfüllen.
Dieter Herschel, Sven Osterland

Kapitel 3. Berechnungsgrundlagen von Hydraulikanlagen

Zusammenfassung
Beim Entwurf hydraulischer Anlagen müssen, nachdem Aufbau und Wirkungsweise durch den Funktionsschaltplan festgelegt wurden, u. a. die Auswahl des Betriebsdruckes, die Ermittlung des Volumenstromes und der erforderlichen Antriebsleistung sowie die Bestimmung der Baugröße der Motoren, Pumpen, Ventile und des Zubehörs erfolgen. Im Anschluss daran sollte ein Nachrechnen der Anlage durchgeführt werden, um kritische Betriebszustände bereits in der Projektierungsphase zu erkennen und durch geeignete Veränderungen zu vermeiden.
Jürgen Weber

Kapitel 4. Hydraulikpumpen und -Motoren

Zusammenfassung
Zu den hydraulischen Verdrängermaschinen (Hydromaschinen) gehören Pumpen und Motoren. Beide arbeiten nach dem Verdrängerprinzip und haben in der Regel den gleichen konstruktiven Aufbau. Pumpen können als Motoren arbeiten und umgekehrt, wenn der Flüssigkeitsstrom entsprechend gesteuert wird. Durch den Unterschied in der Wirkungsrichtung gilt für Hydropumpen, dass sie mechanische in hydraulische Leistung umwandeln und Hydromotoren hydraulische Leistung in mechanische Leistung zurückwandeln. Beide sind gekennzeichnet durch das geometrische Verdrängungsvolumdrängungsvolumen \( V \).
Norbert Gebhardt

Kapitel 5. Arbeitszylinder

Zusammenfassung
Arbeitszylinder wandeln hydraulische in mechanische Leistung um. Die so entstehende translatorische Bewegung führt dazu, dass man Hydraulikzylinder auch als Linearmotoren bezeichnet. Der Arbeitsdruck im Hydrauliksystem ermöglicht, große Kräfte zu überwinden, die durch Druckbegrenzungsventile (VD) variabel begrenzbar sind. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird vom Volumenstrom und von der Kolbenfläche beeinflusst. Hydraulikzylinder werden als Standardkomponenten von zahlreichen Herstellern angeboten. Für spezielle Anwendungen mit sehr kleinen oder großen Arbeitsgeschwindigkeiten [1], mit sehr hoher Verschleißfestigkeit [2] bzw. den Einsatz in Seewasser gibt es neuere Entwicklungen und entsprechende Marktangebote. Für ausgewählte Anwendungen [3] werden Zylinder auch als linearer Antriebsstrang (Aggregat) angeboten und stellen energetisch sehr gute Lösungen dar.
Norbert Gebhardt

Kapitel 6. Hydraulikventile

Zusammenfassung
Die Verbraucher (Hydromotoren bzw. Arbeitszylinder) erhalten von der Volumenstrom- bzw. Druckquelle ihre hydraulische Leistung und formen sie in mechanische Leistung um. In den Kreislauf geschaltete Ventile können dazu eingesetzt werden, den Verbrauchern an der anzutreibenden Maschine die geforderten Parameter (z. B. Drehzahl, Drehmoment bzw. Geschwindigkeit, Kraft) zeitlich und größenmäßig zur Verfügung zu stellen.
Norbert Gebhardt, Jan Lübbert, Giacomo Kolks, Jürgen Weber

Kapitel 7. Druckflüssigkeitsspeicher für Hydraulikanlagen

Zusammenfassung
Druckflüssigkeitsspeicher (auch Hydrospeicher, hydropneumatische Speicher, Druckspeicher) haben die Aufgabe, ein Flüssigkeitsvolumen unter Druck, also hydrostatische Energie, aufzunehmen und bei Bedarf wieder abzugeben. Passende Analogievergleiche sind Akkumulatoren und Kondensatoren (Kapazitäten) in elektrischen Systemen oder Schwungräder als Speicher mechanischer Energie. Eine herausragende Eigenschaft der Druckflüssigkeitsspeicher ist die Möglichkeit, Energie über lange Zeiträume nahezu verlustfrei zu speichern. Andererseits kann die Energieabgabe ebenso wie das erneute Laden in äußerst kurzen Zeiten erfolgen. Die Einsatzmöglichkeiten reichen bis zu Antriebssystemen mit Leistungsanforderungen im Megawatt-Bereich.
Dieter Herschel

Kapitel 8. Zubehör für Hydraulikanlagen

Zusammenfassung
Hinter dem Sammelbegriff Zubehör verbergen sich keinesfalls nebensächliche oder gar optionale Komponenten, sondern feste, für die Funktion und den zuverlässigen Betrieb unerlässliche Bestandteile aller Hydrauliksysteme. Die Druckflüssigkeit lagert bzw. bewegt sich in einem geschlossenen Gefäßsystem, bestehend aus Flüssigkeitsbehälter (Tank) und Leitungen. Als Leitungsverbindungen und Bindeglied zu anderen Komponenten (Pumpen, Motoren, Zylinder, Ventile) sind Rohrverschraubungen notwendig. Je nach den Anforderungen werden Filter in unterschiedlichen Bauformen und Einbauvarianten eingesetzt. Zur Sicherung günstiger Temperaturbereiche der Druckflüssigkeit werden Flüssigkeitskühler und Vorwärmer in den Kreislauf einbezogen.
Dieter Herschel

Kapitel 9. Messtechnik in der Hydraulik

Zusammenfassung
Moderne Maschinen und Anlagen, die hydraulische Systeme verwenden, müssen an die jeweils gegebenen Bedingungen, häufig auch unter Berücksichtigung mechatronischer Aspekte, angepasst werden. Dazu sind zumindest die Ventile einzustellen; oft reicht das aber nicht aus, da Steuer- oder Regelsysteme eingesetzt werden, die ebenfalls optimal abzugleichen sind. Die Kenntnis des Aufbaus und der Wirkungsweise von Sensoren und Messgeräten zur Messung der physikalischen Kenngrößen ist für den in der Praxis tätigen Hydrauliker unabdingbar.
Norbert Gebhardt

Kapitel 10. Systemarchitekturen und Anwendungsgebiete

Zusammenfassung
Die hydraulische Antriebstechnik bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, hydraulische Leistung bereitzustellen und zu steuern. Je nach Aufgabenstellung, Anwendungsgebiet und Leistungsklasse kommen dabei unterschiedliche Systemarchitekturen zum Einsatz. Das vorliegende Kapitel liefert der Leserin/dem Leser einen Überblick über die wichtigsten Systemarchitekturen, die in stationär- und mobilhydraulischen Anlagen und Maschinen anzutreffen sind und leistet Hilfestellung bei der Bewertung und Auswahl von Hydrauliksystemen. Im Zuge einer Systematisierung werden vier Grundstrukturen definiert, die sich hinsichtlich der Art ihrer Leistungssteuerung und der Art ihres Systemdruckverhaltens unterscheiden. Für jede Grundstruktur werden typische Aufbauten, Einsatzgebiete, statische Betriebsgrößen sowie das dynamische und energetische Verhalten beleuchtet. Ein Ausblick auf die technologische Weiterentwicklung von Ventilsteuerungen mithilfe von getrennten Steuerkanten wird am Ende des Kapitels gegeben.
Sebastian Michel, Jan Lübbert, André Sitte, Jürgen Weber

Kapitel 11. Systemanalyse und Regelung hydraulischer Systeme

Zusammenfassung
Eine mathematisch-physikalische Systembeschreibung ist die Grundlage für den Entwurf von Regelkreisen. Die Behandlung der komplexen Systemzusammenhänge von ventil- und verdrängergesteuerten Systemen erfordert Methoden mit denen das Verhalten vereinfacht und interpretierbar, gleichzeitig jedoch hinreichend genau beschrieben werden kann. Die Methode der Linearisierung erlaubt die Anwendung allgemein gültiger Verfahren der linearen Regelungstheorie, mit denen das Systemverhalten interpretiert sowie stabile Steuerungen und Regelungen entworfen werden können. Mit nichtlinearen Erweiterungen kann die Qualität der Regelung deutlich verbessert werden.
Tobias Radermacher

Kapitel 12. Montage u. Instandhaltung von Hydraulikanlagen

Zusammenfassung
Unter der harten Wettbewerbssituation auf den Märkten gewinnen die ökonomischen und ökologischen Forderungen zunehmend an Bedeutung. Um den funktionsgerechten und wirtschaftlichen Betrieb einer Hydraulikanlage mit hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit bei einer langen Lebensdauer zu gewährleisten, sind bei der Montage und Inbetriebnahme bestimmte Regeln einzuhalten und in der anschließenden Nutzungsphase die Verfügbarkeit durch vorbeugende Instandhaltung zu sichern.
Norbert Gebhardt, Dieter Herschel

Kapitel 13. Virtuelles Engineering fluidtronischer Komponenten und Systeme

Zusammenfassung
Der Einsatz von Simulationswerkzeugen ist ein nicht mehr wegzudenkendes Hilfsmittel für die Neu- und Weiterentwicklung fluid-mechatronischer Komponenten und Systeme. Von der Vorhersage der Kavitationserosion in Ventilen und Pumpen bis hin zur Sicherheitsbewertung von Steuerungsalgorithmen mobiler Arbeitsmaschinen liefern Modelle Erkenntnisse über das Systemverhalten, die i. d. R. messtechnisch nicht oder nur mit großem experimentellen Aufwand zugänglich sind. Dieses Kapitel stellt eine praxisorientierte Einführung in das virtuelle Engineering fluid-mechatronischer Komponenten und Systeme dar und erläutert anhand branchentypischer Beispiele die Einsatzmöglichkeiten der Systemsimulation, der numerischen Strömungssimulation und der numerischen Magnetfeldberechnung.
Oliver Koch, Sven Osterland, Thomas Kramer, Jürgen Weber

Backmatter

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