Themen:
- Einführung in die Hydraulik
- Hydraulikdiagramme
Einführung in die Hydraulik:
Unter Hydraulik verstehen wir die Übertragung von Energie (Kräften und Bewegungen) durch eine Flüssigkeit. Das Wort „Hydraulik“ kommt aus dem Griechischen (hydro = Wasser, aulos = Rohr). Hydraulik ist eine Antriebs-, Steuerungs- und Regelungstechnik, die uns in der Kraftfahrzeugtechnik, im Maschinenbau, in der Antriebs- und Steuerungstechnik, in der Luftfahrt und in der Landwirtschaft begegnet. Man kann die Hydraulik in hydrokinetischen und hydrostatischen Antrieb unterscheiden:
- Hydrokinetisch: hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und relativ niedrige Drücke, wie zum Beispiel der Drehmomentwandler im Automatikgetriebe;
- Hydrostatisch: niedrige Flüssigkeitsgeschwindigkeiten und hohe Drücke, wie sie bei Servolenkungen vorkommen.
In der Praxis finden wir neben der Hydraulik auch Pneumatik, Elektronik und mechanische Antriebstechnik. Jede Technik hat ihre eigenen Vor- und Nachteile für die Anwendung, für die sie verwendet wird. Die Vor- und Nachteile der Hydraulik im Vergleich zu anderen Techniken sind:
Vorteile:
- Hohe Leistungsdichte; Mit kleinen Bauteilgrößen können große Kräfte und Drehmomente übertragen werden;
- Geschwindigkeit, Leistung und Drehmoment stufenlos einstellbar;
- Wasserkraft kann gespeichert und wiederverwendet werden;
- Hohe Genauigkeit und konstante Positionierung sind möglich.
Nachteile:
- Relativ teure Technologie;
- Schmutzempfindlich;
- Möglichkeit einer Leckage (sowohl intern als auch extern).
In einem hydraulischen System bewegt sich Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsstrom kann mittels einer Pumpe oder eines Kolbens in Bewegung gesetzt werden. Alle hydraulischen Systeme basieren auf dem Pascalschen Gesetz:
„Druck, der auf eine ruhende Flüssigkeit ausgeübt wird, breitet sich in einem geschlossenen Gefäß gleichmäßig in alle Richtungen aus.“
Wir sehen dieses Prinzip in der folgenden Abbildung, wo mit einem Kolben eine Kraft (F1) auf die Kolbenoberfläche ausgeübt wird. Durch die Kraft entsteht im flüssigkeitsgefüllten (geschlossenen) System ein Druck, der den Kolben mit der Kraft F2 nach oben drückt.
Der Druck hängt von der Kraft und der Oberfläche des Kolbens ab. Auf der Seite "Druck im Hydrauliksystem„Dies wird durch Animationen und Berechnungen verdeutlicht.
Hydraulikdiagramme:
Die aus Symbolen bestehenden Hydraulikpläne werden vom Hersteller zusammengestellt, um bei Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten nachvollziehen zu können, wie Komponenten miteinander verbunden sind. Das Flussdiagramm zeigt auch, welche Arten von Komponenten im System vorhanden sind. Eine Übersicht der Symbole finden Sie auf der Seite mit dem Hydrauliksymbolliste.
Im folgenden Bild sehen wir die am häufigsten verwendeten Komponenten in einem Hydrauliksystem. Die Komponenten werden mit Farbe und Nummer angezeigt.
Ein Elektromotor treibt die Hydraulikpumpe (1) an, die das Hydrauliköl zum Steuerventil (4) fördert.
Das Überdruckventil (2) schützt das System vor zu hohem Druck. Der Systemdruck kann am Manometer (3) abgelesen werden.
Das handbetätigte Steuerventil verfügt über vier Anschlüsse:
P (Pumpe), T (Tank) und Anschlüsse A und B für den Zylinder.
Der Steuerschieber kann in drei Positionen eingestellt werden:
- in Ruhe (aktuelle Position);
- Nach rechts;
- Nach links.
Abhängig von der Stellung des Steuerventils wird der Zylinder mit Hydrauliköl versorgt und der Kolben bewegt sich.
Die folgenden Bilder zeigen die verschiedenen Positionen des Steuerventils, mit denen der Zylinder bewegt werden kann.
1. Steuerschieber in Neutralstellung:
Die Hydropumpe im folgenden Diagramm wird ebenfalls von einem Elektromotor angetrieben. Die Pumpe saugt das Hydrauliköl aus dem Vorratsbehälter an und fördert das Öl unter erhöhtem Druck zum Überdruckventil, zum Manometer und zum Steuerventil.
Das Steuerventil befindet sich in Mittelstellung, so dass die Anschlüsse P und T miteinander verbunden sind und das Hydrauliköl über P in das Steuerventil gelangt und über T wieder austritt.
Das Hydrauliköl fließt vom Anschluss T über den Rücklauffilter zum Behälter. Im Gehäuse des Rücklauffilters befindet sich eine Drucksicherung, die bei steigendem Flüssigkeitsdruck gegen die Federkraft öffnet.
Der Druckanstieg kann auftreten, wenn der Filter durch Schmutzpartikel verstopft wird.
Da in dieser Stellung des Steuerventils das Hydrauliköl zirkuliert, kommt es kaum zu einem Druckaufbau. Es gibt nur einen gewissen Widerstand, auf den das Öl im Steuerventil, in den Leitungen und im Rücklauffilter stößt. Allerdings ist dieser Widerstand so gering, dass das Öl drucklos gefördert wird.
2. Steuerschieber in linker Position:
Der Steuerschieber befindet sich in der linken Position. In dieser Position sind die Anschlüsse P und A sowie T und B miteinander verbunden. Das Hydrauliköl gelangt über die Leitungen zur linken Seite des Zylinders. Der Druckaufbau auf der linken Seite des Kolbens beginnt und wird nun kontrolliert.
Da nun der Rücklauf (B) des Zylinders mit dem T-Anschluss des Steuerventils verbunden ist, kann das Öl auf der rechten Seite des Zylinders – über den Rücklauffilter – zum Vorratsbehälter fließen.
Der Zylinder führt eine Auswärtsbewegung aus, bis der Endanschlag erreicht ist. Wir sehen dies in der folgenden Situation.
3. Kolben in Extremposition:
In dieser Situation ist der Kolben maximal ausgefahren, sodass der Endanschlag erreicht ist. Der Überdruckschutz verhindert, dass der Druck zu hoch ansteigt. Ohne diesen Schutz würde der Druck unkontrolliert ansteigen und es zu Defekten kommen.
Das Druckregelventil (in der Abbildung links neben der Hydropumpe dargestellt) öffnet, wenn der voreingestellte Druck erreicht ist. Das Druckbegrenzungsventil verbindet die Vorlaufleitung von der Hydropumpe mit dem Rücklauf. Durch dieses Druckbegrenzungsventil findet nun eine ständige Zirkulation statt, bis der Druck nachlässt.
4. Steuerschieber in der richtigen Position:
Der Steuerschieber wird nun in der richtigen Position (gegenüber) betätigt. Im Vergleich zu Situation 2 sind die Rohre vernetzt miteinander verbunden: P ist nun mit B verbunden, so dass sich auf der rechten Seite des Kolbens Druck aufbaut. Anschluss A wird mit T (Rücklauf) verbunden. In dieser Stellung bewegt sich der Kolben vom Steuerschieber nach links.
Bei Erreichen des Kolbenendanschlags baut sich der Druck wieder auf den Druck auf, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet. Anschließend muss der Steuerschieber wieder in die Mittelstellung gebracht werden.
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