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Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Einstieg in die Hydraulik

Fluidtechnik

lssige Medien gasfrmige Medien

Hydraulik

Hydrostatik: ruhende Flssigkeit, Druck,Kraft

Hydrodynamik: strmende Flssigkeit, Strmungsgeschwindigkeit

Pneumatik

Sie erinnern sich? In der Hydraulik gelten die Gesetze der Hydrostatik (Mecha-nik der ruhenden Flssigkeiten), aber auch Gesetze der Hydrodynamik oder auch Hydrokinetik genannt (Mechanik der strmenden Flssigkeiten) kommen zum Tragen, wobei die hydrostatischen Verhltnisse berwiegen.

Hydraulische Antriebe und Steuerungen, um die es in diesem Lehrgang geht, werden blicherweise der Hydrostatik zugeordnet.

Die physikalischen Zusammenhnge sind, natrlich in Verbindung mit der prakti-schen Anwendung, im Kapitel 3 nher beschrieben.

Um zunchst eine Vorstellung von der Einsatzbreite der Hydraulik zu erhalten, er-fahren Sie in den jetzt folgenden Kapiteln 1.2 und 1.3 mit zahlreichen Beispielen die Breite der Anwendungen hydraulischer Antriebe und Steuerungen.

1.2 berblick Beispiele Industriehydraulik

Die nachfolgenden Bilder machen uns die schon mehrfach angesprochene Vielfalt der Einsatzmglichkeiten fr die Hydraulik deutlich.

Wir wollen uns jetzt einige der Anwendungsbeispiele aus den Abbildungen 1.1 bis 1.7, die auch nur einen Auszug der Mglichkeiten zeigen, nher ansehen.

Nochmals zur Erinnerung:

Unter dem Begriff Industriehydraulik versteht man blicherweise den Einsatz der Hydraulik in stationren, d. h. in fest installierten Maschinen und Systemen, in Pro-duktionsanlagen.

Einige der Anwendungsbeispiele wollen wir nher betrachten:

Werkzeugmaschinen: Z. B. Bearbeitungszentren, Transfer ma schinen, Drehzent-ren sowie Bohr-, Frs-, Sge-, Schleif-, Hon- und Verzah-nungsmaschinen.

Die Hydraulik kommt z. B. bei Vorschubantrieben, Span-nen von Werkzeugen und Werkstcken sowie auch zum Gewichtsausgleich von nicht waagerecht angeordneten Werkzeugschlitten zum Einsatz.

Abb. 1.1 Beispiel Werkzeugmaschine (Quelle: Bosch-Rexroth)

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Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Einstieg in die Hydraulik

Pressen: Z. B. Abkantpressen, Baustoff- und Keramik-pressen, Formpressen, Ziehpressen oder Strangpressen.

Mit hydraulischem Antrieb und entsprechender Steuerung oder Regelung knnen problemlos groe Krfte sowie gezielter Druck- und Verformungsablauf erreicht werden. Viele Teile aus unserem Alltag wie z. B. Karosserieteile oder Splen, um nur zwei bekannte Teile zu nennen, knnten ohne diese Technologie kaum hergestellt werden.

Holz-, Druck- und Papiermaschinen: Z. B. Durchbiege-kompensation von Walzen, Positionierantriebe fr Sgen oder Schlmesserantriebe fr Furnierschlmaschinen.

Bhnentechnik: Z. B. hydraulisches Heben, Senken, Ver-schieben oder Drehen von Bhnenteilen im Theater, kom-biniert mit elektronischer Ansteuerung; oder das Bewegen von groen Kulissen mit tollen Effekten fr den Zuschauer.

Bewegungssysteme: Z. B. Flugsimulatoren, Fahrsimula-toren.

Hier werden mittels hydraulischer, hoch dynamischer Sys-teme realistische Bewegungen simuliert, damit Flugzeug-fhrer und Fahrer auf kritische Situationen trainiert werden knnen, ohne Gefahr fr den Menschen und ohne Besch-digung des Verkehrsmittels (Flugzeug/Fahrzeug).

Stahlwasserbau: Z. B. Bettigung von Schiffsschleusen, Flutsperrwerken oder Wehren, ffnen/Schlieen von be-weglichen Brcken

Kunststoffverarbeitungs- und Druckgiemaschinen: Z. B. werden bei Kunststoffspritzgiemaschinen das An-treiben der Schnecke (Granulat wird teigig geknetet), Zu-fahren der Form (hier werden groe Krfte bentigt), der Vorschub zum Einspritzen des Materials oder das Bet-tigen des Auswerfers (Spritzteile werden aus der Form gestoen) durch ein an dem unterschiedlichen Leistungs-bedarf (Druck, Geschwindigkeit) in den einzelnen Arbeits-schritten ausgelegtes Hydrauliksystem bettigt.

Abb. 1.2 Beispiel Pressen (Quelle: Bosch-Rexroth)

Abb. 1.3 Holz-, Druck-, und Papier-Maschinen (Quelle: Bosch-Rexroth)

Abb. 1.4 Beispiel Bhnentechnik (Quelle: Bosch-Rexroth)

Abb. 1.5 Beispiel Flugsimulator (Quelle: Simtec)

Abb. 1.6 Beispiel Hebebrcke

Abb. 1.7 Beispiel Kunststoffmaschinen (Quelle: Bosch-Rexroth)

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Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Hydraulikkreislauf

Die Pumpe (Pos. 2) wird eingeschaltet. (Der Antrieb erfolgt durch einen Elektromo-tor; Schaltzeichen ist der Kreis neben der Pumpe mit dem M in der Mitte).

Die Pumpe (Pos. 2) saugt Flssigkeit aus dem Behlter (Pos. 1) an und frdert die-se ber Anschluss P in das angeschlossene Leitungssystem. Die Leitungen sind als durchgezogene Linien dargestellt. Da in der Ruhestellung (Mittelstellung) des Wegeventils (Pos. 5) der P-Anschluss gesperrt sowie das Druckbegrenzungsventil (Pos. 4) in der Ausgangsstellung geschlossen ist, kann die Flssigkeit zunchst nicht weiterlieen. Somit steigt der Druck an, bis er den am Druckbegrenzungs-ventil (Pos. 4) eingestellten maximalen Systemdruck erreicht hat. Dies erfolgt in Bruchteilen von Sekunden (die Leitungen sind immer mit Flssigkeit gefllt, die Fortplanzungsgeschwindigkeit des Druckes in Flssigkeiten entspricht rund der dreifachen Schallgeschwindigkeit).

Abb. 2.2 Funktion Wegeventil (Pos. 5) in Mittelstellung

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Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Hydraulikkreislauf

Bei Erreichen des maximalen Systemdruckes (ablesbar am Manometer Pos. 10) ffnet das Druckbegrenzungsventil (Pos. 4) und lsst die Flssigkeit gegen den stetigen Widerstand der Federkraft auf das Schlieelement (meist ein Ke-gel) zum Behlter (Pos. 1) zurckstrmen. Nach dem Ventil (Pos. 4) ist die Flssigkeit drucklos.

In der rot gezeichneten Leitung herrscht der maximale Systemdruck.

Der Zylinder (Pos. 8) bleibt in seiner Position stehen, er ist zwischen den Anschlssen A und B des Wegeventils eingespannt.

Jetzt knnen Sie sich dazu in Ruhe den Schalt-plan ansehen, der mit der Software Automation Studio erstellt worden ist.

Wenn Sie sich beide Schaltbilder anschauen und vergleichen, dann sehen Sie schon Unterschiede, wie z. B. keine gekreuzten Leitungen und die Anordnungen von den Pos. 4 und 9. Deshalb, weil im Programm auf die Kreuzung verzichtet wur-de. Die Komponenten Pos. 6 und 7 bestehen aus einem Zeichnungssymbol und deshalb sind keine Kontaktpunkte vorhanden.

2.2.2 Software Automation Studio

An dieser Stelle bietet sich jetzt der Einstieg in die Software Automation Studio an. Natrlich mchten Sie nicht nur die Abbildungen sehen knnen, sondern sich mit der Handhabung und den Einsatzmglichkeiten der Software vertraut machen.

Dazu starten Sie auf dem beigefgten Datentrger als Erstes die Prsentation AS. Diese Prsentation dient Ihnen als Einfhrung und bersicht der Leistungsfhigkeit und Anwendungsbereiche der Software. Nach dieser Prsentation beginnen wir mit der Installation auf Ihrem Rechner. In den Informationen und Systemvorausset-zungen haben wir auf die Betriebssysteme hingewiesen, die fr die Nutzung von Automation Studio notwendig sind. Bitte prfen Sie dieses nochmal.

Auf dem Datentrger nutzen Sie fr den Softwaredownload den angegebenen Link und das Kennwort.

Folgende Schritte sind jetzt auszufhren:

1. Bitte speichern Sie die einzelnen Dateien bzw. Ordner auf Ihre Festplatte:

AS-Software (Ordner mit der rechten Maustaste anklicken und auf Ihre Festplatte speichern)

AS-PDF_Handbcher.zip (Datei mit der rechten Maustaste anklicken, speichern und danach entpacken)

2. AS-Software installieren (Setup in dem Ordner AS_Software starten)

3. AS-Software starten

4. AS 5.7 Konigurationsanleitung fr WAN-Zugriff beachten und ausfhren

Ihre Login-Daten fr Automation Studio sind in einer separaten E-Mail mitgeteilt worden. Tragen Sie Ihren Anwendernamen und das Kennwort ein. Jetzt steht Ihnen die Software fr sechs Monate in der Fluidtechnik zur Verfgung. Fr die nchsten Anmeldevorgnge bentigen Sie nur noch Ihren Anwendernamen und das Kenn-wort.

Abb. 2.3 Funktion Wegeventil in Mittel stellung (mit Automation Studio erstellt)

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Hydraulik kompakt Lehrbrief 1 Physikalische Grundlagen

Der Druck in der Flssigkeit planzt sich gleichmig nach allen Seiten fort. Die Fort-

planzungsgeschwindigkeit des Druckes in einer Flssigkeit betrgt ca. 1000 m/s.

Vernachlssigt man den Schweredruck, dann ist der Druck an jeder Stelle gleich

gro.

Der Zusammenhang F = p A indet bei der Berechnung und Auslegung des Ar-

beitselementes in der Hydraulik Anwendung.

Beispiel: Gewnschte Kraft an einem Zylinder beim Ausfahren F = 150 000 N

Festgelegter max. Systemdruck p = 200 bar

Die erforderlichen Kolbenlche

Damit ergibt sich ein erforderlicher Kolbendurchmesser von

d = 9,77 cm = 97,7 mm.

In der Praxis wrde ein Zylinder mit 100 mm Kolbendurchmesser

gewhlt werden.

3.2.1 Kraftbersetzung

In der Abb. 3.3. knnen wir in einfacher Form

Druckaufbau und Kraftbersetzung verdeutli-

chen.

Wirkt die Kraft F1 auf die Flche A1, dann baut

sich in der Flssigkeit ein Druck auf. Dieser

Druck wirkt an jeder Stelle im System, also

auch auf die Flche A2. Der Druck steigt bei ausreichender Kraft F1 so hoch an, bis

Druck mal Flche A2 eine darauf wirkende Last berwindet und der Kolben mit der

Flche A2 sich nach oben bewegt. Die maximal mgliche Kraft am rechten Kolben

ergibt sich aus der Gleichgewichtsbedingung.

Daraus ergibt sich, dass die Kraft F2 entsprechend dem Flchenverhltnis A2 zu

A1 grer ist als F1.

Zahlenbeispiel: Nehmen wir an die Kraft F1 betrgt 1000 N. Die Flche A1 ist

5 cm2 und die Flche A2 ist 20 cm2 gro.

Die max. mgliche Kraft

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

2

2

2

2

2