Hydraulik Hydraulik die hydraulische [Technik] ist die Lehre vom
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Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Hydraulik Hydraulik die hydraulische [Technik] ist die Lehre vom Strömungsverhalten der Flüssigkeiten. In der Technik wird darunter die Verwendung von Flüssigkeit zur Signal-, Kraft- und Energieübertragung verstanden. Prinzip Hydraulik ist in der Technik eine Getriebeart – alternativ zu mechanischen, elektrischen und pneumatischen Getrieben, d. h. sie dient zur Leistungs-, Energie- oder Kraft/Momentenübertragung von der Antriebsmaschine (Pumpe) zur Arbeitsmaschine (Kolben bzw. Hydraulikmotor), wobei die Leistungsparameter auf die Forderungen der Arbeitsmaschine angepasst werden. In der Hydraulik erfolgt die Leistungsübertragung durch die Hydraulikflüssigkeit, in der Regel spezielles Mineralöl, in zunehmendem Maß aber auch durch umweltverträgliche Flüssigkeiten, wie Wasser oder spezielle Ester oder Glycole. Die übertragene Leistung ergibt sich aus den Faktoren Druck und Fluidstrom. Zu unterscheiden sind: hydrodynamische Antriebe arbeiten mit einer Pumpe und einer Antriebsturbine. Die Drehzahl- und Drehmomentwandlung geschieht über die kinetische Energie der Flüssigkeit. Viskokupplungen übertragen Leistung durch viskose Reibung zwischen rotierenden Scheiben. hydrostatische Antriebe wandeln primärseitig die mechanische Leistung der Antriebsmaschine (E-Motor; Diesel) durch eine Pumpe in hydraulische Leistung um. Diese Leistung wird in Verbrauchern wieder in mechanische Leistung umgeformt und zwar in Hydraulikzylindern in eine lineare Bewegung oder Hydromotoren in eine Drehbewegung. Hydrostatische Antriebe sind häufig die energetisch optimale Getriebeart, wenn eine stufenlose Verstellung der abtriebsseitigen Geschwindigkeit erforderlich ist. Durch das Einleiten von unter Druck stehender Flüssigkeit in Zylinder werden die darin befindlichen Kolben und Kolbenstangen in lineare Bewegung versetzt, die für Arbeitsvorgänge und zum Antrieb von Maschinen ausgenutzt wird. Auch rotierende Antriebe können durch Flüssigkeitsdruck realisiert werden, etwa mit dem Hydraulikmotor. Hydraulische Systeme ähneln prinzipiell den Antrieben der Pneumatik, bei der Druckluft zur Kraft- und zur Signalübertragung verwendet wird, haben aber davon abweichende Eigenschaften. So wird in der Ölhydraulik immer ein Kreislauf des Fluids benötigt (Hinund Rücklauf), während in der Pneumatik die Abluft - meist über einen Schalldämpfer - in die Umgebung abgeblasen wird. Nur bei der Wasserhydraulik wird gelegentlich auf Kreisläufe verzichtet. Gegenüber der Pneumatik hat die Hydraulik den Vorteil, dass wesentlich höhere Kräfteübertragen werden können und sehr gleichförmige und exakte Fahrbewegungen möglich sind, da die Verdichtung der Hydraulik-Flüssigkeit so gering ist, dass sie bei technischen Anwendungen kaum beeinträchtigend wirkt. Vorteile Die weite Verbreitung in vielen Industriezweigen verdankt die Hydraulik folgenden Vorteilen: Die aufgelöste Bauweise, d. h. die flexible Verbindung zwischen An- und Abtrieb und eine optimale konstruktive Anpassung an Raumvorgaben. Als Verbindung zwischen Motor und Pumpe dienen Rohr- und Schlauchleitungen, die weitgehend frei verlegbar sind. Bei mechanischen Antrieben hingegen ist es notwendig, eine direkte Verbindung zwischen Motor und Getriebe und weiter zu Differential über z. B. eine Kardanwelle, Hardyscheibe, Gelenkscheibe oder eine Kette herzustellen. Daher ist dort die Position des Getriebes durch die Position des Motors weitgehend festgelegt. stufenlose Geschwindigkeitsstellung des Abtriebes in sehr weiten Grenzen, einfache Umkehr der Bewegungsrichtung Erzeugung linearer Abtriebsbewegungen mit einfachen technischen Bauelementen bei sehr hohen Wirkungsgraden einfache Erzeugung sehr großer Kräfte und Drehmomente sicherer und schnell wirkender Überlastungsschutz durch Druckbegrenzungsventil hohe Leistungsdichte, d. h. vergleichsweise kleine Bauelemente für große Leistungen vor allem im Vergleich zu Elektromotoren Realisierung parallel arbeitender translatorischer oder rotatorischer Abtriebselemente (Hydraulikzylinder oder Hydromotoren) mit einem Primärteil (Pumpe) in einem gemeinsamen System, dabei ergibt sich die Wirkung eines Differentials ohne weiteren Aufwand. Freizügige Verbindung der Pumpen einschließlich Ventiltechnik mit den Hydromotoren bzw. Zylindern durch Rohrleitungen oder flexible Schläuche hohe Lebensdauer, da das Fluid selbstschmierend ist und als Kühlmedium dienen kann einfache Regelungskonzepte zur optimalen Ausnutzung des Antriebsmotors bei stark variierenden Leistungsanforderungen der Arbeitsmaschine. Hohe Stellgenauigkeit Gleichförmige Bewegungen wegen der geringen Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit Standardisierung durch Anwendung von genormten Bauteilen, Anschlussmaßen, Einbauräumen usw. Einfache Anzeige der Belastung durch Druckmessgeräte Niedrige Induktivität der Hydromotoren und Zylinder Anfahren aus dem Stillstand bei Volllast Schnell (aber langsamer als Pneumatik), feinfühlig, gleichförmig und stufenlos verstellbare Zylinder- und Motorgeschwindigkeiten. Reibung in den Aktoren ist durch hydraulische Öle vermindert. Korrosionsschutz durch Hydraulikflüssigkeit (außer Wasser) Nachteile Nachteilig bei hydraulischen Antrieben ist die Elastizität des Fluids, die unter Druck zur Kompression führt. Hieraus entstehen u. U. Druck- bzw. Bewegungsschwingungen. Diese Problematik wirkt sich aber nur bei Antrieben mit hohen Anforderungen an die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit bei stark wechselnden Lasten aus, z. B. Vorschubantriebe an Werkzeugmaschinen. Hier muss mittels flexibler Kupplungen gegengesteuert werden, was die Kosten steigert. Hohe Anforderung an die Filtrierung der Hydraulikflüssigkeit Entwicklung von Wärme und dadurch Änderung der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit, bei sehr hohen Temperaturen kommt es zur Bildung von Dampfblasen, die sich komprimieren lassen und die Wirkung drastisch verschlechtern. Schaltgeräusche der Ventile Gefahr von Leckagen Temperaturabhängigkeit der Hydrauliköle, (Viskosität und Kraftaufwand erhöhen sich bei sinkenden Temperaturen) Leckölverluste Hohe Strömungsverluste im Inneren der hydraulischen Flüssigkeiten, welche in Wärme umgesetzt werden und die Anlage aufheizen. (Energieverlust) Schwingungsneigung durch Druckstöße und damit verbundene Geräuschentwicklung. Anwendungen Wegen ihrer spezifischen Vorteile werden Hydraulik-Antriebe häufig bei mobilen Arbeitsmaschinen wie Baumaschinen oder Landmaschinen verwendet. Hier erfolgt das Heben und Senken von Lasten (Gabelstapler, Bagger, Aufzüge, Fahrzeugkrane etc.) vor allem durch linear bewegliche Hydraulikzylinder Fahrzeuge werden oft mit rotierenden hydraulischen Getrieben bzw. Flüssigkeitswandlern angetrieben, beispielsweise mit so genannten Schrägachsenund Schrägscheibenmaschinen, mit denen hohe Leistungen übertragen werden können. Das Besondere daran ist, dass die Hydraulikgetriebe die Bewegung eines unflexibel bzw. mit festgelegter Drehzahl arbeitenden Motors flexibler an die Betriebsbedingungen anpassen können, wie vor allem bei Diesellokomotiven. Weitere typische Anwendungsbeispiele sind: Zweiwegebagger Hydraulikstempel zum Heben schwerster Lasten (Transformator) Hydraulikschrauber und Bolt Tensioners zur Schraubenvorspannung Aufzüge mit geringer Hubhöhe, aber hoher Zuladung Kraftfahrzeuge und muskelgetriebene Zwei- und Dreiräder diverser Bauart: Bremsen (Bremsflüssigkeit, auch bei Fahrrad), Servolenkung, Fahrwerksregelung, Cabrioverdecke Verbrennungsmotor: Nockenwellenverstellung, Ventilbetätigung, Betätigung von Einspritzeinheiten Flugzeug: gesamte Steuerung der Flügelklappen sowie Ein- und Ausfahren des Fahrwerks Gleisbremsen im Rangierbahnhof Landwirtschaft bei Traktoren, um Anbaugeräte zu heben, anzutreiben oder zu steuern Kfz: Fahrzeuge werden mit Hilfe einer Hebebühne angehoben Bagger: hydraulischer Antrieb aller Arbeitsgeräte einschließlich Dreh- und Fahrwerk Mobilkrane: hydraulischer Antrieb der Teleskopmasten, Hub- und Windwerk, Drehwerk, Abstützung, Lenkung sowie teilweise Fahrantrieb Flurförderzeuge, z. B. Gabelstapler: alle Bewegungen einschl. Fahrantrieb und Lenkung Traktoren: Kraftheberpaket mit Lageregler für die Arbeitsgeräte; Lenkhydraulik Forstmaschinen: Hydrostatische Fahr- und Arbeitsantriebe Nutzfahrzeuge: Kipphydraulik; Ladebordwände; Lenkhilfen (Servolenkung); Kupplungs- und Bremsenbetätigung; hydrostatischer Fahrantrieb an der Vorderachse (MAN) Panzer und Fregatten: Hydrostatische Überlagerungslenkung, Servohydraulische Richtantriebe für die Hauptwaffe beziehungsweise für die Geschütztürme Werkzeugmaschinen: Haupt- und Hilfsbewegungen an Pressen, Scheren und Abkantmaschinen; Vorschubbewegung an Schleifmaschinen, Betätigungsfunktionen wie Werkzeugwechsler, Werkstück- und Werkzeugspannung und Achsenklemmung an allen spanenden Werkzeugmaschinen. Metallurgie: Antriebe an Elektro- und Hubbalkenöfen; Stranggießanlagen; Chargierund Kühlbetten Walzwerke: Walzspaltregelungen (Regelung der Dicke des gewalzten Materials mittels sog. hydraulischen Anstellzylindern); alle Hilfsbewegungen für die Zuführung des Walzgutes; Richt- und Scherantriebe; Stellantrieb: Elektrohydraulische Regelung von Fluiden (Druck, Durchfluß) in der Verfahrenstechnik, Kraftwerke, Pipelines Bergbau: Zylinder im Schreitausbau, hydrostatische Antriebe in Gewinnungsmaschinen und Vortriebsmaschinen allgemein: Hydraulikstempel zum Bewegen schwerer Lasten z. B. in der Baubranche zum Vorschub und Einbau von Brückenträgern und sonstigen schweren Fertigteilen, bei Schwerlasttransporten oder auch als Rettungsgerät bei Feuerwehr. Automobilzulieferer: Zum Tiefziehen von Motorhauben, Kotflügeln oder anderen Karosserieteilen. Vokabeln: s Strömungsverhalten, (e)s, -, - chování toku, proudu e Übertragung, -, -en, e Flüssigkeit, -, en, - kapalina přenos - e Verwendung, -, en, - užití e Antriebsmaschine, -, n, - pohon e Arbeitsmaschine, -, n – pracovní stroj r Kolben, s, -, e Forderung, -, en, - píst přizpůsobit anpassen - e Leistung, -, en, - výkon požadavek - - snesitelný živ. umweltverträglich prostředí ergeben - dokázat, poskytovat e Kupplung, -, en, - spojka e Reibung, -, en - tření e Scheibe, -, n, - kotouč umwandeln - přeměnit e Pumpe, -, n, - čerpadlo e Bewegung, - , en, - pohyb - potřebný erforderlich stufenlos - plynulý s Einleiten, s, -, - uvedení, zahájení befindlich - nacházející darin - v tom e Kolbenstange - pístní tyč versetzen - pokládat ausnutzen - využít ähneln - podobat se abweichend - odchylující e Eigenschaft, -, en, - vlastnost r Schalldämpfer, s, - - tlumič zvuku abblasen - odfouknout, ukončit e Verdichtung, -, en - stlačení beeinträchtigend - uškodit, ublížit wirken - působit verlegbar - přemístitelný, přeložitelný e Umkehr, -, en - zvrat, obrat r Abtrieb, (e)s, e, - výstup volně plynulý einschließlich - včetně e Wärme, -, 0, - teplo e Bildung, -, en, - tvoření, tvar, útvar verschlechtern - zhoršit s Leck, (e)s, e, - netěsnost freizügig - e Entwicklung, -, en, - vývoj e Änderung, -, en, - změna e Dampfblase, -, n, - parní bublina s Inneren, s, -, - vnitřek e Rohr-, Schlauchleitung, -, en, potrubí, hadice lecken - mokvat, kapat, unikat e Anlage, -, n, - zařízení e Schwingung, -, en - kmitání - ztráta aufheizen - zahřívat - sklon e Neigung, - en, r Druckstoß, (e)s, ö-e, - náraz tlaku s Getriebe, s, - r Verlust, (e)s, e, s Geräusch, (e)s, e, - hluk, šum - převodové ústrojí Fragen zum Text: 1. Wozu dient die Hydraulik? 2. Wodurch erfolgt die Leistungsübertragung bei hydraulischen Systemen? 3. Wie arbeiten die hydrodynamischen Antriebe? 4. Wodurch übertragen die Leistung die Viskokupplungen? 5. Wodurch wandeln hydrostatische Antriebe primärseitig die mechanische Leistung in hydraulische Leistung um? 6. Welchen Vorteil hat die Hydraulik gegenüber der Pneumatik? 7. Welche Nachteile haben hydraulische Antriebe? 8. Wo werden Hydraulik - Antribe verwendet? Aufgaben: Bilden Sie Partizip I und übersetzen Sie ins Tschechische: dienen dienend sloužící zunehmen __________________________________________________ übertragen __________________________________________________ rotieren __________________________________________________ wirken ___________________________________________________ ergeben ___________________________________________________ selbstschmieren ___________________________________________________ variiren __________________________________________________ entstehen ___________________________________________________ wechseln ___________________________________________________ führen ___________________________________________________ regeln ____________________________________________________ Übersetzen Sie(benutzen Sie das Wörterbuch): Hydraulikschrauber ……………………………………………………….. Aufzüge mit geringer Hubhöhe, aber hoher Zuladung ………………………………………………………………………………. Kraftfahrzeuge und muskelgetriebene Zwei- und Dreiräder diverser Bauart: Bremsen (Bremsflüssigkeit, auch bei Fahrrad), Servolenkung, Fahrwerksregelung …………………………………………………………………………………………………. Verbrennungsmotor: Nockenwellenverstellung, Ventilbetätigung, Betätigung von Einspritzeinheiten …………………………………………………………………………………………………. Flugzeug: gesamte Steuerung der Flügelklappen sowie Ein- und Ausfahren des Fahrwerks …………………………………………………………………………………………………. Landwirtschaft bei Traktoren, um Anbaugeräte zu heben, anzutreiben oder zu steuern ………………………………………………………………………………………………..... Bagger: hydraulischer Antrieb aller Arbeitsgeräte einschließlich Dreh- und Fahrwerk ………………………………………………………………………………………………… Mobilkrane: hydraulischer Antrieb der Teleskopmasten, Hub- und Windwerk, Drehwerk, Abstützung, Lenkung sowie teilweise Fahrantrieb Flurförderzeuge ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….. Traktoren: Lenkhydraulik………………………………………………………………….. Forstmaschinen: Hydrostatische Fahr- und Arbeitsantriebe .................................................................................................................................................... Werkzeugmaschinen: Haupt- und Hilfsbewegungen an Pressen, Scheren und Vorschubbewegung an Schleifmaschinen, Betätigungsfunktionen wie Werkzeugwechsler, Werkstück- und Werkzeugspannung und Achsenklemmung an allen spanenden Werkzeugmaschinen…………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………... Bergbau: hydrostatische Antriebe in Gewinnungsmaschinen und Vortriebsmaschinen ………………………………………………………………………………………………….. allgemein: Hydraulikstempel zum Bewegen schwerer Lasten z. B. in der Baubranche zum Vorschub und Einbau von Brückenträgern und sonstigen schweren Fertigteilen, bei Schwerlasttransporten oder auch als Rettungsgerät bei Feuerwehr. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. Automobilzulieferer: Zum Tiefziehen von Motorhauben, Kotflügeln oder anderen Karosserieteilen. …………………………………………………………………………………………………. Beispiel hydraulische Handpresse Hydraulische Presse Mit der hydraulischen Presse kann mit geringer körperlicher Kraft eine große Kraftwirkung erzielt werden. Durch manuelles Pumpen am Pumpkolben (2) eines KfzWagenhebers kann am Presskolben (3) eine tonnenschwere Last gehoben werden. Funktionsbeschreibung: Wird der Pumpkolben (2) nach unten gedrückt, schließt das Ventil (4) und das Ventil (5) öffnet, damit strömt Hydrauliköl in den Presszylinder. Der Presskolben (3) hebt sich. Wird der Pumpkolben nach oben bewegt, öffnet das Ventil (4) und das Ventil (5) schließt. Dadurch kann aus dem Vorratsbehälter (1) Hydrauliköl nachfließen. Wirkt auf den Pumpkolben mit einer Fläche von 0,5 cm² eine Kraft von 100 N (entspricht einer aufgelegten Masse von etwa 10 kg), ergibt das einen Druck von Dieser statische Druck wirkt auch im Presszylinder. Hat der Presskolben eine Fläche von 40 cm² wirkt auf ihn eine Kraft von , womit man etwa 800 kg hochheben kann. Um den Presskolben gegen diese Last um einen Zentimeter nach oben zu drücken, muss ein Volumen von 40 cm³ bewegt werden. Dazu sind mehrere Pumphübe von zusammen 80 cm notwendig. Die hydraulische oder Druckenergie beträgt . Diese Energie ist gleich der Arbeit, die am Pumpkolben aufgewendet und vom Presskolben verrichtet wird. Schaltsymbole und Schaltungen Ein Schaltplan ist der Plan einer hydraulischen Anlage. Die Bauteile sind durch genormte Symbole dargestellt. Diese Pläne sind Teil der zu jeder Anlage erforderlichen Dokumentation, wichtig insbesondere zum Erstellen und Warten der Anlage. Die Liste der Schaltzeichen (Fluidtechnik) enthält eine umfangreiche Aufstellung von Symbolen für Hydraulik und Pneumatik, so Schaltzeichen für Speicher, Filter, Pumpen und Kompressoren, Zylinder und Ventile. Schaltpläne können individuell, firmenspezifisch oder nach Normen (DIN ISO 1219) erstellt werden. Sie können Teile wie z. B. Arbeits- und Steuerschaltkreise, die Schritte des Arbeitsablaufs, die Bauteile der Schaltung mit ihrer Kennzeichnung sowie die Leitungen und Verbindungen darstellen. Die räumliche Anordnung der Bauteile wird in der Regel nicht berücksichtigt. Ein Symbol zeigt ausschließlich die Funktion eines Bauteiles/Gerätes, es sagt nichts über den konstruktiven Aufbau und Einbaulage der Hydraulik-Komponenten aus. Symbole werden einfarbig dargestellt, und im Normalfall werden sie unbetätigt, stromlos bzw. in Ausgangsstellung dargestellt. Schematische Darstellung und Schaltplan einer einfachen Hydraulikanlage mit einem Zylinder. Vokabeln: e Presse, -, n, - lis gering - nepatrný, malý heben - zvedat r Heber, s, -, erzielen - docílit, dosáhnout e Last, -, en, - břemeno, náklad drücken - tlačit schliessen - zavřít nach unten, nach oben - dolů, nahoru öffnen - otevřít strömen Vorratsbehälter, s, -, - zásobník - proudit e Masse, -, n, verrichten - hmota, hmotnost - vykonat auflegen - - zvedák rozložit r Schaltplan, s, ¨-e, - plán zapojení r Bauteil, (e)s, e, - konstrukční díl genormt darstellen s Erstellen, s, n, - zhotovení - zobrazit s Warten, s, -, - údržba - umfangreich normovaný - obsáhlý e Verbindung, -, en, - spojení e Leitung, -, en, räumlich e Anordnung, -, en, - uspořádání - prostorový - vedení berücktsichtigen - vzít v úvahu s Schaltzeichen, s, -, - značky zapojení r Aufbau, s, ten, - výstavba e Einbaulage, -, n, aussagen e Ausgangstellung, -, en, - výchozí postavení - vypovídat - poloha zabudování, Aufgabe: Beschreiben Sie die Funktion der hydraulischen Presse mit Hilfe der Darstellung und der Wörter: das Ventil 4 x, Vorratsbehälter, der Pumpkolben 2x, der Presskolben, Wird ……………..…..nach unten gedrückt, schließt …..……….und ……..….……..öffnet, damit strömt Hydrauliköl in den Presszylinder. ………..………hebt sich. Wird ………………..nach oben bewegt, öffnet ………..……und ………….……..schließt. Dadurch kann aus dem ………………………..….. Hydrauliköl nachfließen. Fragen und Aufgabe: 1. Wozu dient die hydraulische Presse? 2. Aus welchen Teilen besteht die hydraulische Presse? 3. Nach dem schematischen Darstellung nennen Sie die eizelnen Teile einer einfacher Hydraulikanlage. http://de.wikipedia.org/wiki/Hydraulik Pneumatik Das Wort Pneumatik stammt vom Griechischen pneuma und bedeutet so viel wie „Wind“ und „Atem“. Es bezeichnet den Einsatz von Druckluft in Wissenschaft und Technik. Allgemein gesagt, ist Pneumatik die Lehre von den Bewegungen und Gleichgewichtszuständen der Luft. Alternativ beschreibt die Hydraulik die Verwendung einer Flüssigkeit als Arbeitsmedium. Komprimierte Umgebungsluft wird als Druckluft bezeichnet. Jede pneumatische Anlage besteht aus 4 Teilsystemen: Drucklufterzeugung, Druckluftverteilung, Druckluftaufbereitung, Steuerung . Aufgrund der bei der Luftkompression entstehenden Wärme, besitzen alle Druckluftanlagen eine relativ geringe Energieeffizienz (5-10 %) und macht damit Druckluft zu einer kostenintensiven Energieform. Druckluft wird deshalb nur technologisch erforderlich eingesetzt. Pneumatik in der Cyclopaedia von 1728 Drucklufterzeugung Die technische Bereitstellung von Druckluft kann mittels Kompressor, Verdichter oder Luftpumpe erfolgen und eine Speicherung in Druckluftflaschen und anderen Druckbehältern. Druckluftverteilung Pneumatische Schaltung. Eine optimale Druckluftverteilung mittels Rohren ist eine Energieleitung wie ein Stromkabel, die möglichst verlustlos Druckluftenergie transportiert, d. h. mit geringster Reduzierung der Luftqualität (Rost, Schweißzunder, Wasser etc.) der Luftmenge (Leckagen) des Fließdrucks (Druckabfall durch Flaschenhälse) und zwar von den Kompressoren zu den Verbrauchern (Antreiben, Steuern, Bewegen). Darüber hinaus sollte die Verteilung sicher (Druckgeräterichtlinie, Betriebssicherheitsverordnung, Technische Regeln Rohrleitungsbau) und wirtschaftlich (dokumentierte Dimensionierung / Dokumentation der Gefährdungsanalyse – Life-Cycle-Cost: 75 % sind Folgekosten) erfolgen. Durch nicht optimale Verteilung der Druckluft können über 80% der Kosten einer Druckluftanlage auf die Energiekosten entfallen. Allein durch Leckagen können häufig mehr als 30% der Druckluft verlorengehen. Die Druckluftverteilung sollte nachhaltig dicht sein, der Druckabfall ca. 0,1 bar betragen und die Rohrführung sollte ohne Leistungseinbußen Erweiterungen zulassen. Druckluftaufbereitung Um die ordnungsgemäße Funktion von Druckluftverbrauchern sicherzustellen wird die Druckluft entsprechend aufbereitet. Dazu zählen Filterung von Partikeln, Kühlung und Entfeuchtung und das Entfernen von Öl. System zur Steuerung (Ventile) In der Fluidtechnik werden Ventile allgemein als Stellglieder bezeichnet, die die Steuerung der Arbeitsglieder übernehmen. Folgende Bauteilgruppen gibt es: Wegeventile, Sperrventile, Druckventile, Stromventile und Sonderventile (z. B. Proportionalventile). Anzahl der Schaltstellungen Es gibt verschiedene Anzahlen von Schaltstellungen: Sie reichen von 2 bis 6. Hauptsächlich werden in der Industrie- und Automatisierungstechnik wegen der Herstellungskosten nur 2 oder 3 Schaltstellungen verwendet. Wobei Ventile mit 2 Schaltstellungen bei „normalen“ Wegeventilen zum Schalten von Prozessen eingesetzt werden und solche mit 3 Schaltstellungen als Ventile mit Stoppfunktion, also quasi als Not-Aus, eingesetzt werden. (siehe 2. Sperrventil) Anzahl der Anschlüsse Die Anzahl der Anschlüsse variiert zwischen zwei und sieben Anschlüssen. Bei 2/2-Wegeventilen findet nur ein normaler Durchlass von A nach B statt (fachmännisch ausgedrückt von 1 (P) (=Druckluftanschluss) nach 2 (A) (= Arbeitsanschluss)). Damit kann man z. B. in Lackier- oder Spinnmaschinen Blasfunktionen ein- und ausschalten. Bei 3/2-Wegeventilen ist neben den zwei oben genannten Anschlüssen noch ein Entlüftungsanschluss vorhanden, der in der Lage ist, die Schläuche oder auch das ganze System zu entlüften. Diese 3/2-Wegeventile finden Anwendung z. B. bei der Steuerung von einfachwirkenden Zylindern, aber auch zum „Freischalten“ von „neuen Wegen“ des pneumatischen Systems. Bei fünf Anschlüssen findet man einen Druckluftanschluss 1(P), zwei Arbeitsanschlüsse 4 und 2 (A und B) und zwei Entlüftungsanschlüsse 5 und 3 (R und S). Die 2 Arbeitsanschlüsse werden zum Beispiel benötigt, um einen doppeltwirkenden Zylinder zu steuern, wobei einer den Zylinder auf der einen Seite mit Druckluft beaufschlagt (dass er ausfährt) und ihn auf der anderen Seite entlüftet (dass dieser einfahren kann). Vier Anschlüsse findet man bei 4/2-Wegeventilen. Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei den 5/2-Wegeventilen, jedoch wurden die zwei Entlüftungsanschlüsse durch eine bauteilinterne Bohrung verbunden (ein Druckluftanschluss + zwei Arbeitsanschlüsse + ein Entlüftungsanschluss = vier Anschlüsse). Steueranschlüsse werden als Anschlüsse nicht mitgezählt. Anmerkung: Das P für den Druckluftanschluss steht für „Pressure“ (= „Druck“) und das R beim Entlüfungsanschluss steht für „Reset“ (= „Rücksetzen“). Nach neuen DINNormen werden der Druckluftanschluss P mit „1“, die Arbeitsanschlüsse A/B mit „2“ bzw. „4“ und die Entlüftungsanschlüsse R und S mit „3“ bzw. „5“ gekennzeichnet. Steueranschlüsse (für vorgesteuerte Ventile erforderlich) werden mit X, Y oder Z bzw. 12, 14 bezeichnet. „14“ bedeutet, dass ein Signal an diesem Anschluss den Weg von 1 nach 4 freigibt. Betätigungsart In der Pneumatik finden verschiedene Betätigungsarten Anwendung. Einzuteilen sind diese in mechanische, elektrische, pneumatische und manuelle Betätigungen. Mechanische Betätigungen sind Stößel, Feder, Rolle, Rollenhebel. Mechanische Betätigungen werden von der Maschine selbst betätigt. Fährt zum Beispiel der Kolben eines Zylinders gegen den Stößel eines Ventils, so wird das Ventil (mechanisch) betätigt. Elektrische Betätigungen sind z. B. Taster. Wird ein Stromimpuls von einem Taster ausgesendet, so trifft dieser auf einen Elektromagneten im elektrisch betätigten Ventil. Der Steuerschieber im Ventil – welcher Wege sperrt und öffnet – wird angezogen und somit ein Weg für die Luft geöffnet und ein anderer verschlossen. Pneumatische Betätigung: Das Ventil wird hierbei durch die Druckluft betätigt. Zum Beispiel wird durch die manuelle Betätigung eines Ventils der Arbeitsanschluss desselben geöffnet, und der Druck gelangt zu einem weiteren Ventil, das durch Druckluft betätigt wird. Der eben beschriebene Ventilschieber wird hierbei durch Druckluft in die gewünschte Position gedrückt. Das beschriebene Beispiel wird auch als „Fernsteuerung“ bezeichnet. Rückschlagventile können ebenfalls zu den pneumatisch betätigten Ventilen gezählt werden. Manuelle Betätigungen sind Taster, Druckknöpfe, Hebel und Pedale. Diese werden mit Muskelkraft betätigt. Wird ein Hebel bewegt, so wird der in „elektrische Betätigungen“ angesprochene Ventilschieber in die gewünschte Richtung verschoben und somit eine andere Schaltstellung eingenommen. Neben der bereits erklärten Form der Fernsteuerung können Ventile auch vorgesteuert werden. Zunächst das Anwendungsbeispiel: Mit einer kleinen Schaltkraft soll ein großer Volumenstrom freigeschaltet werden. Wenn die Kraft der z. B. pneumatischen Betätigung nicht ausreichen würde, um ein Ventil zum Schalten zu bringen (wie es zum Beispiel bei einem pneumatischen Sensor der Fall ist), muss diese kleine Schaltkraft eine große Schaltkraft ansteuern, die in der Lage ist das Ventil zu steuern. Bei elektrisch betätigten Ventilen wird das Prinzip der Vorsteuerung besonders häufig eingesetzt, weil auf diese Weise mit kleinen, kostengünstigen Magneten große Volumenströme gesteuert werden können. Gleichzeitig wird auf diese Weise weniger elektrische Energie benötigt, und die Magneten erwärmen sich weniger stark. Der Hauptnachteil vorgesteuerter Ventile besteht in der größeren Schaltverzögerung, die durch die Abfolge der Betätigungen entsteht. System zur Arbeitsverrichtung Druckluft kann zum Antrieb von Druckluftmotoren in Werkzeugen wie z. B. Drucklufthämmern zum Nieten und Druckluftschrauben verwendet werden. In der Steuerungstechnik werden hauptsächlich Linearantriebe in Form von Zylindern eingesetzt. Diese Pneumatikzylinder werden z. B. zum Einspannen und Zuführen von Werkstücken in Bearbeitungszentren oder zum Verschluss von Verpackungen verwendet. Druckluft kann auch direkt zum Materialtransport mittels Rohrpost dienen. In der Fluidtechnik spricht man ganz allgemein von Arbeitsgliedern, da diese Systeme mechanische Arbeit verrichten. Zu den Arbeitsgliedern zählen: Zylinder für geradlinige Bewegungen (z. B. zum Spannen), Zylinder mit Getriebe für Schwenkbewegungen und Druckluftmotoren für rotierende Bewegungen. Pneumatischer Muskel In der Pneumatik unterscheidet man zwischen einseitig und beidseitig mit Druckluft beaufschlagbaren Zylindern (einfachwirkende, doppeltwirkende Zylinder). Bei einseitig beaufschlagbaren Zylindern erfolgt die Rückstellung des Zylinders in seine Ausgangsstellung mittels einer im Zylinder integrierten Feder, während bei beidseitig beaufschlagbaren Zylindern Vor- und Rückhub durch entsprechende Steuerung des Druckluftstromes erfolgt. Weitere Informationen zu den verschiedenen Arten von Zylindern in der Pneumatik finden sich im Artikel Pneumatikzylinder. Beispiele für den Einsatz von Druckluftmotoren sind unter Druckluftwerkzeuge zu finden. Vokabeln: stammen - pocházet bezeichnen - označit r Einsatz,(e)s, ä-e, - nasazení e Druckluft, -, ü-e, - tlakový vzduch r Gleichgewichtzustand, (e)s, ä-e, - rovnovážný stav komprimiert - stlačený e Erzeugung, -, en - výroba e Verteilung, -, en, - rozdělení e Aufbereitung, -, en, - příprava e Steuerung, -, en, - řízení aufgrund kostenintensiv - na základě r Verdichter, s, -, - kompresor e Speicherung, -, -en, - uložení, uchování nákladný e Luftpumpe, -, -n, - vzduchové čerpadlo e Druckluftflasche, -, n, - láhev na stlačený vz. r Druckluftbehälter, s, -, - nádrž na stlačený vzduch - prostřednictvím mittels verlustlos - beze ztrát e Reduzierung e Luftmenge, -, n, - množství vzduchu r Verbraucher, s, -, často, častý häufig - nachhaltig - trválý, důsledný redukce, zmenšení - verlorengehen - spotřebitel - ztrátový snížení tlaku r Druckabfall, s, ä-e, betragen - obnášet e Leistungseinbuße, -, n, - ztráta výkonu zulassen - připustit, dovolit sicherstellen - zajistit, zjistit ordnungsgemäß – řádný, náležitý entsprechend - odpovídající e Entfeuchtung, -, en, - odvlhčení s Arbeitsglied,(e)s,er, - pracovní článek übernehmen - převzít s Wegeventil, s, e, - cestný ventil - zvláštní ventil s Sperrventil, s, e, - uzavírací ventil s Sonderventil, s, e, Anschluß (e)s, ü-e – přípoj e Spinnmaschine, -, n, - spřadací stroj ausschalten - vypnout vorhanden - být k dispozici steuern - řídit bereits - již Fragen: 1. Was bedeutet das Wort Pneumatik? 2. Aus welchen Teilsystemen besteht jede pneumatische Anlage? 3. Wie wird die Druckluft erzeugt? 4. Womittels wird die Druckluft verteilt? 5. Welche Bauteilgrupen (Ventile) übernehmen die Steuerung der Arbeitsglieder in der Fluidtechnik? 6. Welche Betätigungsarten werden bei der Pneumatik aufgewendet? 7. Welche Arbeitsglieder gehören zu der Fluidtechnik? Vorteile und Nachteile Vorteile Kräfte und Geschwindigkeiten der Zylinder sind stufenlos schaltbar. Große erreichbare Arbeitsgeschwindigkeiten (Zylinder Standard 1500 mm/s; Hochleistungszylinder 3000 mm/s, Motoren bis 100000 min-1) Druckluftgeräte können ohne Schaden bis zum Stillstand überlastet werden. Druckluftwerkzeuge sind einfacher konstruiert als Elektrogeräte vergleichbarer Leistung. Das macht sie in der Regel leichter als Elektrogeräte und mindert dadurch die körperliche Belastung der in der Produktion beschäftigten Arbeiter. Abwärme fällt bei pneumatischen Systemen fast ausschließlich zentral am Kompressor an, im Unterschied zu elektrischen Systemen mit Abwärme an dezentralen elektrischen Antriebseinheiten. Das Arbeitsmedium Luft ist (im Gegensatz z.B. zu Hydrauliköl) im unaufbereiteten Zustand kostenlos und stets vorhanden. An der Verbrauchsstelle steht ein "sauberes" Arbeitsmedium zur Verfügung. Die Abluft kann direkt in die Umgebung entweichen, Rückleitungen können entfallen. Dies führt zu einfachen Topologien von Druckluftleitungssystemen. Explosionssicherheit ist (bei regelmäßiger Kontrolle aller Druckbehälter im System) gewährleistet. Druckluft ist gegenüber magnetischen Impulsen sowie atomarer Strahlung unempfindlich. Nachteile Für die erforderliche Verdichtung der Luft ist eine bestimmte Aufwendung an Primärenergie am Kompressor erforderlich, wobei ein erheblicher Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird. Der erzielte Wirkungsgrad ist folglich viel niedriger als bei direkter Verwendung von elektrischem Strom in Antrieben. Wärme kann zwar zurückgewonnen werden, jedoch geht beim Verdichten in jedem Fall Exergie verloren. Druckluftmotoren werden beim Betrieb kalt. Die Kolbenkräfte sind begrenzt, da der Betriebsdruck meist unter 12 bar liegt. (Beispiel: Kolbendurchmesser 200 mm entwickelt eine theoretische Kraft von 21000 N (ca. 2100 kg) bei 7 bar). Gleichförmige Kolbengeschwindigkeiten sind nur unter Verwendung besonderer Dichtungs- und Drosselungstechnik möglich (Sinus-Zylinder). Ohne Festanschläge sind keine genauen Stellungen wegen der Kompressibilität der Luft möglich. Ausströmende Druckluft verursacht Lärm. Gegenmaßnahmen sind Schalldämpfer. Druckluftaufbereitung ist teuer und aufwendig. Das Potenzial der Energieersparnis im täglichen Betrieb wird noch zu wenig beachtet. Druckluftaufbereitung ist zur Entfernung von Schmutz und Feuchtigkeit erforderlich. Durch Anwendung vieler geölter Verbraucher kann es zu einer erhöhten Ölkonzentration in der Atemluft (in Form von Aerosolen) am Arbeitsplatz kommen. Neuere Pneumatikelemente verzichten vollständig auf geölte Luft und sind mit einer Dauerschmierung versehen, die eine hohe Lebensdauer gewährleisten. Sollte trotzdem der Einsatz geölter Luft (alte Pneumatiknetze) unumgänglich sein, besteht die Möglichkeit, Ölabscheider in die Abluft einzubauen. Gase sind kompressibel. Platzende Pneumatikspeicher setzen große Gasvolumina frei. Insbesondere in geschlossenen Räumen kann dies eine verheerende Wirkung haben. Aus diesem Grund unterliegen Pneumatikbehälter ab einer bestimmten Baugröße einer regelmäßigen Prüfungspflicht (Kosten). In der Industrie sind Druckluftversorgungsleitungen häufig ein energetisches Äquivalent zu Starkstromleitungen. Kurzschlüsse in Stromleitungen sind leicht zu messen und zu erkennen, die äquivalenten Leckagen in Druckluftnetzen dagegen oftmals nicht, so dass eine einzige Leckage über Wochen, Monate und Jahre unentdeckt bleiben kann und die Energiekosten erheblich in die Höhe treiben kann. Letztlich wird bei einer unentdeckten Leckage teure Primärenergie in Kompressoren gespeist, um dann Luft unter hohem Druck sinnlos in die Umgebung zu blasen. Vokabeln: erreichbar - dosažitelný s Druckluftgerät, (e)s, e, - přístroj na tlakový vzduch r Stillstand, (e)s, ä-e – klid, nečinnost überlasten - přetížit vergleichbar - srovnatelný mindern - zmenšovat, ubývat e Belastung, -, en, - zatížení e Abwärme, -, 0, - odpadní teplo anfallen - připadnout ausschlie3lich - výlučně, výhradně kostenlos - bezplatný vorhanden - k dispozici e Verbrauchstelle, -, n, - místo spotřeby e Abluft, -, ü-e, - odpadní vzduch entweichen e Explosionssicherheit, -, en, -bezpečnost - uniknout vůči explozi regelmä3ig - pravidelně gewährleisten unempfindlich - necitlivý erfordelich - potřebný erheblich značný, důležitý umwandeln - přeměnit - zaručit, zajisti - r Wirkungsgrad, (e)s, e, - stupeň účinnosti folglich e Aufwendung, -, en, - vynaložení zurückgewinnen - získat zpět e Verwendung, -, en, - použití begrenzt ohraničený - tedy, a proto - r Betriebsdruck, (e)s, ü-e, - provozní tlak gleichförmig - stejný, shodný e Drosselungstechnik, -, en, - škrticí technika e Dichtungstechnik, -, en, - těsnící technika r Festanschlag, (e)s, ä-e - pevná zarážka, doraz e Entfernung, -, en, - odstranění r Schutz, (e)s, 0, - ochrana e Feuchtigkeit, -, en, - vlhkost vollständig - úplný, celý e Dauerschmierung, - en, - trvalé mazání versehen - opatřit e Lebensdauer, -, 0, - unumgänglich - nevyhnutelný, nezbytný r Ölabscheider, s, -, - odlučovač oleje einbauen - vestavět kompressibel - stlačitelný freisetzen - uvolnit platzen - třaskat, vybuchnout insbesondere - zejména verheerend unterliegen podléhat e Prüfungspflicht, -, e, - povinnost zkoušek - životnost - zhoubný, ničivý e Versorgung, - en, - zásobování messen - unentdecken - měřit neodhalit e Gegenma3nahme, -, n - protiopatření r Kurzschluss, (e)s, ü-e, - zkrat erkennen - poznat speisen - napájet r Schalldämpfer, s, -, - tlumič hluku Aufgabe 1.: Ergänzen Sie die Vorteile der Pneumatik: Kräfte und Geschwindigkeiten sind stufenlos………………... . Große …………………………… . Druckluftgeräte können ohne Schaden ………………………….. . Druckluftwerkzeuge sind …………………………………….als Elektrogeräte. Abwärme fällt …………………………..am Kompressor an. Das Arbeitsmedium Luft ist …………….und………………….. . An der Verbrauchsstelle ……….ein "sauberes" Arbeitsmedium zur Verfügung. Die Abluft kann ……..in die Umgebung entweichen. Explosionssicherheit ist ………………………….. Druckluft ist ………………………………..unempfindlich. Aufgabe 2.: Nennen Sie die Nachteile der Pneumatik. Schaltsymbole und Schaltpläne Speicher, Gasflasche oder Behälter Speicher mit Gasspannvorrichtung Luftbehälter Druckluftbehälter (Flüssigkeits-)Behälter Verbindung mit Atmosphäre (Flüssigkeits-)Behälter Verbindung mit Atmosphäre; Rohrverbindung über dem Flüssigkeitsspiegel (Flüssigkeits-)Behälter Verbindung mit Atmosphäre; Rohrverbindung unter dem Flüssigkeitsspiegel Pumpen, Kompressor Hydraulikpumpe Pneumatikpumpe Kompressor oder Verdichter Hydraulikpumpe mit fester Drehrichtung (rechts oder links) Motoren Pneumatikmotor Übertragung, Aufbereitung Aufbereiter (Wartungseinheit) Filter Filter mit Verschmutzungsanzeige Abscheider mit manueller Entwässerung Abscheider mit automatischer Entwässerung Öler zum Ölen von Teilen, die durch die Druckluft versorgt werden Lufttrockner z. B. mittels Chemikalien oder kurzfristige Temperatur- und Druckwechsel Wartungseinheit Filter, Abscheider, Druckreduzierungsventil, Überdruckmesser, Öler Kühler ohne Angabe der Fließrichtung des Kühlmittels Kühler mit Angabe der Fließrichtung des Kühlmittels Heizung Temperaturregler Zu- oder Abführung von Wärme Schalldämpfer Ventile (Stellglieder) Wegeventile Wegeventil mit zwei Schaltstellungen allgemeines Symbol Wegeventil mit drei Schaltstellungen allgemeines Symbol Wegeventil mit drei Schaltstellungen und vier Anschlüssen allgemeines Symbol Wegeventil mit Zwischenstellungen und zwei Endstellungen, auch Proportionalventil genannt allgemeines Symbol Ein Durchflussweg Zwei gesperrte Anschlüsse Zwei Durchflusswege Zwei Durchflusswege und ein gesperrter Anschluss Zwei Durchflusswege mit Verbindung Ein Durchflussweg in Nebenschlussschaltung Aufgabe: Übersetzen Sie die Bedeutung der oben angegeben Schaltzeichen ins Tschechische. Einfache Schaltung Eine umfangreiche Auflistung von Schaltzeichen für Speicher, Pumpen und Kompressoren, Zylinder und Ventile in der Pneumatik findet man in folgender Liste der Schaltzeichen (Fluidtechnik). Ein Schaltplan (auch Schaltbild) ist der Plan einer pneumatischen Anlage. Die Bauteile sind durch genormte Schaltzeichen(umgangssprachlich auch Symbole genannt) dargestellt. Diese Pläne sind Teil der zu jeder Anlage erforderlichen Dokumentation, wichtig insbesondere zum Erstellen und Warten von Anlagen. Schaltpläne können individuell, firmenspezifisch oder nach Normen erstellt werden. Sie können Teile wie z. B. Arbeits- und Steuerschaltkreise, die Schritte des Arbeitsablaufs, die Bauteile der Schaltung mit ihrer Kennzeichnung sowie die Leitungen und Verbindungen darstellen. Die räumliche Anordnung der Bauteile wird in einer „vereinfachten Schaltung“ nicht berücksichtigt. Anwendungen Industriell wird Druckluft als Energieträger in Deutschland seit etwa Anfang des 20. Jahrhunderts zum Antrieb von Hämmern und Bohrern angewandt. In Getreidemühlen wird Saugpneumatik z. B. für Schiffsentladeanlagen und Druckpneumatik zur Passagenförderung, bzw. zur Förderung von Mehl und Nachprodukten eingesetzt. Diese Anlagen mit geringen Abmessungen ermöglichen horizontale und vertikale Förderung in einem Strang. Im Orgelbau des späten 19. und frühen 20. Jh. war die pneumatische Traktur vorherrschend. Seit etwa 1960 spielt die Pneumatik in derSteuerungs- und Automatisierungstechnik eine bedeutende Rolle. Im Postwesen spielte die Rohrpost, eine pneumatisch betriebene Fördertechnik, bis Mitte des 20. Jahrhunderts eine bedeutende Rolle. Selbstspielende Musikinstrumente wie das Pianola wurden pneumatisch gesteuert. Fragen : 1. In welchen Bereichen wird die Pneumatik Eingesetzt? 2. Wozu dient ein Schaltplan? http://de.wikipedia.org/wiki/Pneumatik http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Schaltzeichen_(Fluidtechnik)
