Hydraulik

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Das Fachgebiet Hydraulik ist ein Teilgebiet der Hydromechanik, welche die Hydrostatik und die Hydrodynamik umfasst. Ursprünglich wurden in der Technik unter dem Begriff „Hydraulik“ alle hydrostatischen und hydrodynamischen Kraft-, Bewegungs- und Strömungsvorgänge sowie die zugehörigen Geräte und Anlagen verstanden, die mit dem Übertragungsmedium Wasser arbeiten (griechisch: hydor = das Wasser). Die ersten hydraulischen Einrichtungen wurden folglich ausschließlich mit Wasser betrieben. Erst im Laufe der Entwicklung kamen zunehmend andere, überwiegend selbstschmierende, Flüssigkeiten als Übertragungsmedien zum Einsatz. Dadurch ist heute die Wasserhydraulik nur ein Teilgebiet der Hydraulik.

Hubert Ströhl, Dieter Will

2. Aufbau und Darstellung hydraulischer Anlagen

Zusammenfassung

Ausgehend von einem praktischen Beispiel werden nachfolgend Aufbau und Wirkungsweise einer einfachen hydraulischen Anlage erläutert. Die in Abb. 2.1 vereinfacht dargestellte hydraulische Transporteinrichtung ist u. a. zum Beschicken von Bearbeitungsmaschinen geeignet. Dabei muss die Last durch den Kolben des Zylinders 4 in eine bestimmte Position geschoben werden und in dieser über einen längeren Zeitraum verbleiben können.

Dieter Will

3. Druckflüssigkeiten

Zusammenfassung

Die Druckflüssigkeit ist ein wesentliches Konstruktionselement jeder Hydraulikanlage. Die spezifischen Eigenschaften der Druckflüssigkeiten beeinflussen die Funktionsfähigkeit, Betriebssicherheit und Umweltverträglichkeit hydraulischer Systeme.

Dieter Herschel

4. Berechnungsgrundlagen

Zusammenfassung

Beim Entwurf hydraulischer Anlagen müssen, nachdem Aufbau und Wirkungsweise durch den Funktionsschaltplan festgelegt wurden, u. a. die Auswahl des Betriebsdruckes, die Ermittlung 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. Nachfolgend werden die für diese Arbeiten notwendigen Berechnungsgrundlagen vorgestellt.

Dieter Will, Reiner Nollau

5. Grundstrukturen hydraulischer Kreisläufe

Zusammenfassung

Die Gestaltung hydraulischer Kreisläufe wird beeinflusst von Aufgabenstellung und Einsatzgebiet der Anlage, sowie durch die Größe der zu übertragenden Leistung P. Die durch den Volumenstrom Q und den Druck p bestimmte hydraulische Leistung wird dem Hydromotor zugeführt und dort in mechanische Leistung zurücktransformiert (s. Kap. 2). Der Hydromotor kann ein Arbeitszylinder (translatorische Bewegung) oder ein Rotationsmotor (drehende Bewegung) sein. Die für konkrete Einsatzgebiete und Aufgabenstellungen zu wählenden Kreislaufstrukturen werden in Kap. 14 behandelt.

Dieter Will

6. Pumpen 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 Verdrängungsvolumen V.

Norbert Gebhardt

7. 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.

Norbert Gebhardt

8. Ventile

Zusammenfassung

Die Verbraucher (Hydromotoren bzw. Arbeitszylinder) erhalten von der Volumenstrom- bzw. Druckquelle ihre hydraulische Leistung und formen sie in mechanische Leistung um. Damit die Verbraucher an der anzutreibenden Maschine die geforderten Parameter (z. B. Drehzahl, Drehmoment bzw. Geschwindigkeit, Kraft) zeitlich und größenmäßig zur Verfügung bringen können, sind Ventile in den Kreislauf zu schalten.

Hubert Ströhl, Reiner Nollau

9. Druckflüssigkeitsspeicher

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, s. Abschn. 4.5) in elektrischen Systemen oder Schwungräder als Speicher mechanischer Energie. Eine herausragende Eigenschaft der Druckflüssigkeitspeicher ist die Möglichkeit, Energie über lange Zeiträume nahezu verlustfrei zu speichern.

Dieter Herschel

10. Zubehör

Zusammenfassung

Es liegt an der Spezifik der Wirkungsweise eines Hydrauliksystems, dass als Anlagenkomponente ein Gefäß zur Bevorratung und zum Ausgleich der Druckflüssigkeit vorhanden sein muss. Der Flüssigkeitsbehälter einer Hydraulikanlage hat neben der Aufnahme des notwendigen Flüssigkeitsvorrates weitere wichtige Aufgaben zu erfüllen und erfährt deshalb bestimmte konstruktive Detailgestaltungen.

Dieter Herschel

11. Montage, Inbetriebnahme und Instandhaltung

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. Voraussetzungen dafür sind eine instandhaltungsgerechte Projektierung und Konstruktion, aussagefähige und nutzerfreundliche Betriebsanleitungen und Wartungsvorschriften der Hersteller sowie letztlich die Umsetzung der Vorgaben durch qualifiziertes Personal, s. a. [11.1, 11.15].

Dieter Herschel

12. Messtechnik in der Hydraulik

Zusammenfassung

Die Messtechnik stellt heute ein disziplinübergreifendes Wissensgebiet dar, das sich beim eigentlichen Messvorgang mit der Erfassung und Darstellung physikalischer Größen befasst. Sie unterliegt, bedingt durch die technologische Weiterentwicklung der Sensorik, der rechnergestützten Messwerterfassung, Messwertverarbeitung und Messwertauswertung einer ständigen Weiterentwicklung. Jede physikalische Größe G gemäß Gl. (12.1) umfasst immer eine quantitative Aussage [G], die durch den Zahlenwert (oft auch Maßzahl) ausgedrückt wird und eine qualitative Aussage [G], die durch die Einheit (oft auch Maßeinheit) charakterisiert wird.

Norbert Gebhardt

13. Diagnose und Zuverlässigkeit

Zusammenfassung

Die Abnutzung ist eine Hauptursache für die Schädigung von Maschinenbauteilen. Sie führt u. a. zur Veränderung der Abmessungen, der Form oder der Oberflächenbeschaffenheit und damit zur Veränderung der Eigenschaft jeweiliger Baugruppen, in denen die Einzelteile eingesetzt sind. Die Abnutzung kann auf mikrogeometrische Bereiche und Maschinenteile begrenzt bleiben, sie kann aber auch zur völligen Zerstörung der Baugruppen führen. Der Abnutzungsprozess ist von sehr vielen Faktoren abhängig, so dass, bedingt durch den stochastischen Charakter, keine allgemeingültigen Gesetze zu erwarten sind. Es können nur Aussagen unter definierten Bedingungen gemacht werden. Da bei sämtlichen mechanisch bewegten Maschinenbauteilen Abnutzung auftritt, ist sie bzw. ihre zeitliche Änderung die zentrale Größe zur Beurteilung des technischen Zustandes.

Norbert Gebhardt

14. Projektierung und Gestaltung von Kreisläufen

Zusammenfassung

Eine Hydraulikanlage ist Teil einer Gesamtanlage oder Maschine. Unabhängig davon, ob der Anlagenkonstrukteur und der Hydraulikprojekteur ein und dieselbe Person sind oder nicht, Grundlage der Projektierung einer Hydraulikanlage sollte immer eine schriftlich festgehaltene detaillierte Aufgabenstellung sein, die gegebenenfalls vor einem sachkundigen Gremium verteidigt wird. Für die Aufgabenstellung ist in erster Linie der verantwortliche Konstrukteur der Gesamtanlage zuständig; denn nur er kann einschätzen, was diese Einrichtung zu leisten hat. Dass er sich dabei mit dem Hydrauliker berät, ist vielfach notwendig. So müssen hydraulische Verbraucher genügend Platz in der Einrichtung finden; oder es kann z. B. infolge von Knickproblemen bei langen Kolbenstangen eine Änderung der Konstruktion der Maschine notwendig werden. Der Konstrukteur muss vorgeben, welche Bewegungen in welchen Zeiten gegen welche Kräfte/Momente zu realisieren sind.

Reiner Nollau

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