Hydraulik Flashcards
(17 cards)
Was ist Hydraulik? Was ist Pneumatik?
Hydraulik:
Hydraulik ist eine Technik, bei der mithilfe von druck beaufschlagten Flüssigkeiten
mechanische Arbeit verrichtet wird.
Pneumatik:
Pneumatik ist eine Technik, bei der mithilfe von Druckluft mechanische Arbeit
verrichtet wird.
Im weiteren Sinne werde die Medien auch benutzt zur:
* Signalübertragung, Steuerung und Regelung
* Kraftübertragung und Kraftübersetzung
* Energieübertragung
Welche Aufgaben übernimmt die Hydraulik?
Anwendung wo
Vorteile
Nachteile
Hydraulik wir in Werkzeugmaschinen häufig anstelle elektrischer Antriebe eingesetzt.
Vorteile:
* Sehr hohe Leistungsdichte
* Geringes Bauvolumen
* Geringes Leistungsgewicht
* Gutes Zeitverhalten (Druck liegt meisst an)
Nachteile:
* Geringer Wirkungsgrad
* Schmutzempfindlichkeit
* Temperaturabhängigkeit
* hohe Geräuschentwicklung
Nennen Sie die wesentlichen Bestandteile eines hydraulischen
Systems?
Prinzipielle Aufbau eines hydraulischen
Systems mit einem Verbraucher
(Zylinder)
Wesentliche Komponenten:
* Flüssigkeits-Reservoir
* Druckerzeugung
* Regel-, Mess- und Stellelemente
* Verbraucher
* (Rohr-) Leitungen, Übertragungselemente
Ergänzung 54.
Wie wird der Betriebspunkt eines hydraulischen Systems
bestimmt?
Q/H Diagramm (druck-volumenstrom Diagramm)
Schnittpunkt zwischen Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie, Dieser Punkt beschreibt die Arbeitsbedingungen, bei denen das System stabil und im Gleichgewicht arbeitet.
Entlang der Anlagenkennlinie kann der Betriebspunkt durch Drehzahländerung verschoben werden
Anlage = Verbraucher
Ergänzung 57.
Beschreiben Sie den Temperatureinfluss auf hydraulische Öle?
Welche Bedeutung hat dies für Hydraulik, Hydrostatik?
Temperatur hoch:
viskosität:
Sinkende Viskosität bei steigender Temperatur –> Schlechtere Schmierwirkung, was zu erhöhtem Verschleiß führt. Höhere Leckverluste, da dünnflüssiges Öl leichter durch Spalten und Dichtungen entweicht.
Alterung & Oxidation –> Ablagerungen verstopfen Ventile
Temperartur tief:
Steigende Viskosität bei sinkender Temperatur: zäher –> Erhöhter Energiebedarf, da Pumpen und Leitungen mehr Widerstand leisten. Trägere Reaktionszeiten und schlechtere Druckübertragung.
Startprobleme bei kaltem Wetter
Red. chem. Rkt. –> Lebensdauer länger vom Öl
Nennen Sie drei Arten von hydraulischen Pumpen?
Zahnradpumpe
Mehrkreiszahnradpumpen
Innenzahnradpumpe
Axialkolbenpumpe
Radialkolbenpumpe
Ergänzung59.
Wie funktionieren diese Pumpen?
Zahnradpumpe
* Bei Zahnradpumpen bilden die Zahnlücken mit dem Gehäuse den Öltransport bzw. die Verdrängerräume.
* Das Öl wird von der Saugseite in den Zahnlückenräumen, entlang der inneren Gehäusekontur zur Druckseite (in das hydraulische System) gefördert.
* Die Trennung zwischen druckbeaufschlagten und drucklosem Raum geschieht durch den Zahneingriff der beiden Zahräder und zwischen Zahnkopf und Gehäuseinnenwand.
* Zahnradpumpen erlauben keine Volumenverstellung.
* Schluckvolumen je Umdrehung * 𝑉=2 𝜋 𝑧 𝑏 𝑚 𝑘 (* 𝑧: Anzahl Zähne 𝑚: Modul * 𝑏: Zahnbreite * 𝑘: Korrekturfaktor, berücksichtig, dass Zahnlücke grösser als Zähne)
Mehrkreiszahnradpumpen
* Mehrkreiszahnradpumpen werden z. B. für die Ölversorgung mehrerer Verbraucher, ein Verbraucher je Pumpe, und zur Erhöhung des Volumenstroms verwendet.
* Es werden bis zu 10 Pumpenzahnräder bei einem zentralen Antriebszahnrad, ein Antriebsmotor, verwendet.
* Alle Pumpenzahnräder nutzen den gemeinsamen Pumpeneinlassdruck erzeugen eine eigene Druckseite.
* Vorteile ist die kompakte Bauweise und die auch bei sehr kleinen Ölmengen gleichmässige Fördermenge und geringer Druckpulsationen (hohe Präzision).
Innenzahnradpumpe
* Innenzahnradpumpe mit einem Hohlrad das deutlich mehr Zähne als ein exzentrisch dazu gelagertes Ritzel hat.
* Durch Rotation von Ritzen (und Hohlrad) wird Öl zur Druckseite gefördert.
* Vorteile: * Kleineres Bauvolumen * geringerer Förderstrom- und Druckpulsationen * geringere Geräuschentwicklung
Axialkolbenpumpe
- Antriebswelle und Kolbenachsen parallel oder im
Schwenkwinkel α zueinander geneigt.
- Arbeiten nach dem Verdrängerprinzip der Kolbenpumpe und besitzen mehrere
Arbeitskolben
Ausführungsvarianten
* Taumelscheibenpumpe
* Schrägscheibenpumpe
* Schrägachsenpumpe
Radialkolbenpumpe
* Bei Radialkolbenpumpen stehen Kolbenachse und Antriebswelle senkrecht zueinander
* Die Kolben sternförmig um die Welle angeordnet
* Radialkolbenpumpen: * Innen beaufschlagten (bzw. außen abgestützten) * Aussen beaufschlagten (bzw. innen abgestützten)
Nennen Sie die Bestandteile eines hydraulischen Antriebs?
- Hydraulischer Antrieb besteht aus: * Elektromotor mit Hydraulikpumpe * Rohre, Schläuche * hydraulischen Abnehmer
- Geradlinig alternierende Bewegungen * Hydraulikzylinder (Kolben)
- Rotatorische Bewegungen * Hydraulikmotoren
Was ist ein kaskadierter Regelkreis bei Werkzeugmaschinen?
Ein kaskadierter Regelkreis bei Werkzeugmaschinen ist ein hierarchisch aufgebautes Regelsystem, bei dem mehrere Regelkreise ineinandergreifen. Dabei arbeitet jeder Regelkreis auf einer eigenen Hierarchieebene und hat eine spezifische Aufgabe, wobei die übergeordneten Regelkreise die Sollwerte für die nachgeordneten Regelkreise vorgeben. Diese Struktur ermöglicht eine präzise Steuerung komplexer Prozesse in Werkzeugmaschinen.
- Positionierregelung (äußerer Regelkreis)
- Geschwindigkeitsregelung (mittlerer Regelkreis)
- Stromregelung (innerer Regelkreis)
Äußerer Regelkreis:
Der äußere Regelkreis misst die Ist-Position des Werkzeugs (z. B. über Linearmaßstäbe oder Encoder) und vergleicht diese mit der Soll-Position. Basierend auf der Abweichung wird ein Sollwert für die Geschwindigkeit berechnet und an den Geschwindigkeitsregelkreis weitergegeben.
Mittlerer Regelkreis:
Der Geschwindigkeitsregelkreis regelt die Ist-Geschwindigkeit, die z. B. über Tachometer oder Encoder gemessen wird. Bei Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit wird ein Sollwert für den Strom berechnet und an den Stromregelkreis übergeben.
Innerer Regelkreis:
Der Stromregelkreis regelt den tatsächlichen Strom im Antrieb. Dieser steht in direktem Zusammenhang mit dem erzeugten Drehmoment des Motors. Änderungen im Strom werden blitzschnell ausgeglichen, da elektrische Regelungen sehr schnelle Reaktionszeiten haben.
Vorteile eines kaskadierten Regelkreises
Präzision:
Durch die Aufteilung in verschiedene Regelkreise wird eine sehr genaue Regelung der Position, Geschwindigkeit und Kräfte/Drehmomente erreicht.
Dynamik:
Schnelle Reaktionen auf äußere Störungen, z. B. durch den inneren Stromregelkreis.
Stabilität:
Durch die hierarchische Struktur werden Regelkreise entkoppelt, wodurch Instabilitäten reduziert werden.
Flexibilität:
Änderungen in einem Regelkreis (z. B. Änderung der Geschwindigkeitsanforderung) wirken sich nicht direkt auf die anderen Regelkreise aus.
Nennen Sie Vorteile eines hydraulischen Antriebs?
- Pros: * schnelles Ansprechverhalten * stufenlose Drehzahländerung * grosses Drehmoment * gleichmäßige Drehmomentabgabe * kleiner Bauraum
Worin unterscheidet sich die Volumenstromsteuerung von
Widerstandssteuerung?
Vorteile:
Geringe Energieverluste, da der Druck nur auf das benötigte Maß erhöht wird. Hohe Präzision durch direkte Steuerung. Effizient bei wechselnden Betriebszuständen.
Nachteile:
Höherer technischer Aufwand (z. B. verstellbare Pumpe und Steuerung). Kostenintensiver als Widerstandssteuerung.
Verdrängersteuerung
* Sehr gute Energieausnutzung; vom elektrischen Steuersignal angesteuerte
Verstellpumpe erzeugt nur die hydraulische Leistung welche der Abtrieb
(Verbraucher) benötigt
* Langsames Zeitverhalten, da grosse Massenüber längere Wege beweget werden
müssen
Widerstandssteuerung
* Sehr gutes Zeitverhalten
* Geringer Wirkungsgrad aufgrund hoher Energieverluste durch Drosselung
* Hohe Dynamik durch Bewegen geringer Massen über sehr kurze Wege in den
Ventilen (z. B. 0,1 kg Masse über einen Weg von ca. 0,1 bis 1 mm)
Vorteile:
Einfacher Aufbau mit kostengünstigen Komponenten. Robustheit und einfache Wartung. Geeignet für einfache Steuerungsaufgaben.
Nachteile:
Hohe Energieverluste durch Drosselung. Wärmeentwicklung, die zu zusätzlichem Kühlbedarf führen kann. Eingeschränkte Effizienz bei wechselnden Lasten.
Faustregel:
* Widerstandssteuerung im Leistungsbereich bis 10 kW
* Verdrängersteuerung für größere Leistungen
Können Sie die Kennlinie eines hydraulischen Motors, einer
Pumpe beschreiben?
Ergänzung 65.
Wie funktioniert eine Bypasssteuerung?
Die Bypasssteuerung ist ein Prinzip zur Steuerung des Volumenstroms oder Drucks in einem hydraulischen oder pneumatischen System. Dabei wird der überschüssige Volumenstrom oder Druck von der Hauptleitung durch einen parallelen „Bypass“-Kreislauf umgeleitet, anstatt direkt durch das System zu fließen. Dieses Prinzip wird häufig verwendet, um Energieverluste zu minimieren oder um empfindliche Komponenten vor zu hohem Druck zu schützen.
- Schaltung erfolgt die Druckregelung mithilfe einer Bypass Regelung mit Druckbegrenzungsventil
- Die Pumpe fördert konstanten Volumenstrom. Ist dieser zu hoch steigt der Druck im System und das DBV (Druckbegrenzungsventil) öffnet und führt den überschüssige Volumenstrom ab in den Tank
- Hohe Verluste bei Systemen mit stark schwankenden Volumenstromverbrauch, insbesondere wenn dieser Null wird.
Ergänzung 66.
Welche Aufgaben erfüllen Ventile?
Ventile steuern (regeln) den Druck und Volumenstrom innerhalb des hydraulischen
Systems
* Bestimmen: Start, Stopp und Richtung des Druckmediums
* Durch Einstellung des Strömungsquerschnitts können Ventil den Druck- und
Volumenstrom regeln
Beschreiben Sie ein hydraulisches Ventil?
- Ansteuerung erfolgt: * Mechanisch (Nocken) * Hydraulisch (druckbeaufschlag) * Elektrisch
- Ventile sind: * Schaltend * Steuern/regeln den Volumenstrom oder Druck proportional
Einteilung nach der Funktion:
* Wegeventile, beeinflussen die Richtung der Druckflüssigkeiten
* Druckventile, regeln den Druck im hydraulischen System
* Stromventile, regeln den Volumenstrom im hydraulischen System
* Sperrventile, sperren den Volumenstrom in eine oder beide Richtungen
Ergänzung 68.
Wie funktionieren hydraulische Druckspeicher?
Druckspeicher nehmen unter Druck stehende Flüssigkeitsvolumina auf und speichern diese über einen bestimmten Zeitraum (möglichst verlustarm)
Der Speicher funktioniert, indem ein nicht kompressibles Medium (Hydraulikflüssigkeit) und ein kompressibles Medium (z. B. Gas) in einem Behälter zusammenwirken.
Die grundlegende Funktion basiert auf der Komprimierung des Gases, das als Energiespeicher dient, und der Fähigkeit, die Hydraulikflüssigkeit bei Druckbedarf wieder freizusetzen.
Trennvorrichtung (je nach Typ):
Blasenspeicher: Eine elastische Gummiblase trennt Gas und Flüssigkeit. Membranspeicher: Eine flexible Membran übernimmt die Trennung. Kolbenspeicher: Ein beweglicher Kolben dient als Trennelement.
Funktionsprinzip
Befüllen des Speichers (Energiespeicherung):
Hydraulikflüssigkeit wird unter Druck in den Speicher gepumpt.
Das Gas im Speicher wird durch die einströmende Flüssigkeit komprimiert, wodurch Energie in Form von Druck gespeichert wird.
Entladen des Speichers (Energieabgabe):
Bei Bedarf (z. B. bei Druckabfall im System) dehnt sich das komprimierte Gas wieder aus.
Dabei drückt es die gespeicherte Flüssigkeit zurück in den Hydraulikkreislauf.
für Druckausgleich, Energiespeicherung, Notfallsicherung, Schwingungsdämpfung, Volumenkompensation
Ergänzung 69.
Was ist der Unterschied zwischen einem einseitig und zweiseitig
wirkende Zylinder?
Zylinder wandeln hydraulische in mechanische Leistung, meist in eine geradlinige Arbeitsbewegung, um.
* Einfachwirkende Zylinder haben eine mit Fluid beaufschlagte Fläche und können nur in einer Richtung Kraft aufbringen (Hubbewegung).
- Doppeltwirkende Zylinder haben zwei mit Fluid beaufschlagte Flächen
- Sind in beide Richtungen hydraulisch betätigbar
Ergänzung 70.
