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1 - Grundlagen der Hydraulik
Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Impressum
An dieser Qualifizierungseinheit haben mitgewirkt
Herausgeber:
IHK für Oberfranken
Bahnhofstr. 23-27
95444 Bayreuth
Inhaltliche Konzeption:
ets GmbH, Halblech
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Produktion/ Umsetzung:
ihk.online&medien.gmbh, Bayreuth
Redaktionelle Betreuung:
Andrea Nüssel, ihk.online&medien.gmbh
Claudia Hohdorf, ets Halblech
Rechte:
Copyright© ets GmbH, Halblech.
Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Herausgebers reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet
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Die meisten in dieser Einheit erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen sind auch eingetragene Marken und unterliegen als solche den gesetzlichen Bestimmungen.
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Inhaltliche Verantwortung:
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Impressum .......................................................................................................................................... 2
Firmenvorstellung .............................................................................................................................. 4
Leitfragen ............................................................................................................................................ 6
1.0 Kapitelübersicht ........................................................................................................................... 7
1.1 Einführung ........................................................................................................................... 8
1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen .................................................................................... 9
1.3 Bedingungen für das Aufstellen hydraulischer Anlagen ............................................. 10
1.4 Umbau der pneumatischen Presse ................................................................................. 11
2.0 Kapitelübersicht ......................................................................................................................... 12
2.1 Einführung ......................................................................................................................... 13
2.2.0 Hydraulikpumpen (1) ..................................................................................................... 14
2.3.0 Wegeventile (1) .............................................................................................................. 17
2.3.1 Wegeventile (2) .............................................................................................................. 18
2.5 Druckventile ...................................................................................................................... 21
2.6.0 Stromventile (1) .............................................................................................................. 22
2.7.0 Sperrventile (1) ............................................................................................................... 24
2.7.1 Sperrventile (2) ............................................................................................................... 25
2.8 Schaltplanerstellung und Montage der Bauteile ........................................................... 26
3.0 Kapitelübersicht ......................................................................................................................... 29
3.1 Einführung ......................................................................................................................... 30
3.2 Hydraulischer Druck ......................................................................................................... 33
3.3 Hydraulische Presse ........................................................................................................ 34
3.4 Strömungen von Flüssigkeiten ....................................................................................... 36
4.0 Kapitelübersicht ......................................................................................................................... 38
4.1 Einführung .................................................................................................................................. 39
4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (1) ................................................. 40
4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (2) ................................................. 41
4.3 Zulauf- und Vorlaufsteuerung ......................................................................................... 42
4.4 Ablauf- und Rücklaufsteuerung ...................................................................................... 43
5.1 Vergleich Pneumatik - Hydraulik ..................................................................................... 44
Trainingsaufgabe 1 .......................................................................................................................... 46
Trainingsaufgabe 2 .......................................................................................................................... 47
Trainingsaufgabe 3 .......................................................................................................................... 48
Trainingsaufgabe 4 .......................................................................................................................... 49
Bearbeitung der Fallstudie.............................................................................................................. 51
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Firmenvorstellung
Einleitung
Firmenchronik:
Die Firma Automatico ist eine traditionsreiche Firma mit langjähriger
Erfahrung auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik.
Sie entstand aus einem Familienbetrieb, der sich mit Maschinen für
die Blechumformung befasste. Anfang 1995 wurde auf die stark
wachsende Automatisierungstechnik mit der Suche nach Vertriebspartnern reagiert.
Heute beschäftigt die Firma Automatico 60 Mitarbeiter, die für viele
metallverarbeitende Branchen Automatisierungsmöglichkeiten konstruieren und umsetzen.
Produktgeschichte:
Von einem reinen Maschinenbauunternehmen entwickelte sich die Automatico in den 90er Jahren zu einer mittelständischen Automatisierungsfirma, was auch zur Umbenennung in den jetzigen Namen führte. Nicht zuletzt bescherte der Wunsch nach mehr Automatisierung der Firma
eine große Anzahl neuer Kunden. Schon bei der ersten Herstellung von Blechbearbeitungsmaschinen lag der Firmenschwerpunkt auf der Automatisierung von Fertigungsabläufen der
Blechbearbeitung.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Fallstudie
Die Auszubildenden haben zusammen mit Ihrem Ausbilder eine elektropneumatische Presse gebaut.
Für einen neuen Auftrag reicht jedoch die Presskraft nicht mehr aus.
Franz Huber: Heute beschäftigen wir uns noch mal mit der Presse.
Bernd Wolf:
Aber das hatten wir doch schon....
Franz Huber: Richtig. Dabei ging es aber um Pneumatik bzw. Elektro-Pneumatik. Für das Einpressen der neuen Teile brauchen wir mehr Kraft.
Bernd Wolf:
...und, was bedeutet das?
Franz Huber: Wir werden die bestehende pneumatische Presse modifizieren. Da viele Komponenten der Hydraulik ähnlich der Pneumatik sind, eignet sich das ganz gut für ein paar
Wiederholungen.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Leitfragen
Einleitung
Die hier zusammen gestellten Leitfragen sollen Ihnen den Einstieg in die Qualifizierungseinheit
ermöglichen. Nehmen Sie sich die Zeit und notieren Sie jetzt, was Ihnen an Antworten so einfällt.
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
1.0 Kapitelübersicht
1 Projektplanung
Kapitelbezogene Eingangsfrage:
Was muss beim Aufstellen hydraulischer Anlagen beachtet werden?
Themen:
1.1 Einführung
1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen
1.3 Bedingungen für das Aufstellen hydraulischer Anlagen
1.4 Umbau der pneumatischen Presse
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1 - Grundlagen der Hydraulik
1.1 Einführung
1 Projektplanung
Bevor in einem Betrieb eine Anlage oder Maschine gebaut oder umgebaut wird, müssen einige
grundlegende Überlegungen getroffen werden. Neben der Raumplanung und den Sicherheitsfragen sind auch Auslastung und Automatisierungsgrad der Anlage wesentliche Gesichtspunkte für die technische Gestaltung und Umsetzung.
Die von der Anlage geforderten Stückzahlen sind ein Hauptkriterium für die Gestaltung der
Anlage. Bei Kleinserien verzichtet man auf einen hohen Automatisierungsgrad, während bei
großen Stückzahlen entsprechende Belade- und Entnahmesysteme eingesetzt werden,
wodurch aufwendige Handarbeit entfällt.
Wesentliche technische Überlegungen sind:

Sicherheit hydraulischer Anlagen

Bedingungen am Aufstellort

Betriebsbedingungen der Anlage

Umbau der pneumatischen Presse
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1 - Grundlagen der Hydraulik
1.2 Sicherheit hydraulischer Anlagen
1 Projektplanung
Die wichtigsten Grundregeln aus DIN EN 982 sind:
Mechanische Gefährdung:

Mechanische Bewegungen dürfen keine Gefährdung für Personen verursachen.
Gefährdung durch Druck:

Alle verwendeten Bauteile müssen gegen Drücke und Druckstöße, die den maximalen
Arbeitsdruck überschreiten, geschützt werden. Die Kontrolle kann durch ein Druckbegrenzungsventil erfolgen.

Druckstöße, sind durch eine entsprechende bauliche Konstruktion auf ein Minimum zu
begrenzen.

Plötzlicher Druckverlust oder Druckabfall dürfen keine Gefährdung für Personen darstellen.
Störungen in der Energieversorgung:

Unabhängig von der Art der verwendeten Energie (pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch) darf das Ein- und Ausschalten, eine Reduzierung, ein Ausfall oder eine Wiederkehr der Energieversorgung (unerwartet oder beabsichtigt) keine Gefährdung hervorrufen.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
1 Projektplanung
1.3 Bedingungen für das Aufstellen
hydraulischer Anlagen
Bedingungen am Aufstellort:
Beim Entwurf und der Konstruktion von hydraulischen Anlagen müssen nachfolgende Bedingungen berücksichtigt werden:

Umwelteinflüsse (Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Verschmutzung, Schwingungen)

Feuer- oder Explosionsgefahr

Angaben zur Energieversorgung (Strom, Druckluft, hydraulischer Druck)

Gesetzliche Umweltgrenzwerte (Geräuschemission)

Raumorganisation, Platzbedarf der Anlage

Befestigungsmöglichkeiten für Baugruppen (Verankerung der Anlage)

Anforderungen an die Schutzeinrichtungen
Betriebsbedingungen der Anlage:
Die Anlage muss so ausgelegt sein, dass sie den Anforderungen im Belastungszustand Rechnung trägt.
Interaktionsfragen

Welche Betriebsarten (Dauerzyklus oder Einzelzyklus) sind erforderlich? Wodurch lassen sich kleinere Störungen verhindern?

Wie lässt sich unnötige Wärmeentwicklung verhindern?

Ist die Anlage wartungsfreundlich konstruiert (d. h. gut zugängliche Bauteile)? Welche
Anforderungen stellt die Anlage an den Bediener?

Welche Wartungsarbeiten sind durchzuführen? In welchen Zeitabständen ist eine Wartung erforderlich?
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1 - Grundlagen der Hydraulik
1.4 Umbau der pneumatischen Presse
1 Projektplanung
Die bestehende pneumatische Presse mit Spannvorrichtung soll für größere Presskräfte mit
einem Hydraulikzylinder ausgerüstet werden.
Aufgabe:
Klicken Sie mit der Maus im pneumatischen und im elektrischen Schaltplan auf sämtliche Bauteile die weiterhin benötigt werden.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.0 Kapitelübersicht
2 Bauteile der Hydraulik
Kapitelbezogene Eingangsfrage:
Was ist eine Hydraulikpumpe?
Themen:
2.1__Einführung
2.2.0 Hydraulikpumpen (1)
2.2.1 Arten von Hydraulikpumpen (2)
2.3.0 Wegeventile (1)
2.3.1 Wegeventile (2)
2.4__Antriebselemente
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2.5__Druckventile
2.6.0 Stromventile (1)
2.6.1 Stromventile - Übung (2)
2.7.0 Sperrventile (1)
2.7.1 Sperrventile (2)
2.8__Schaltplanerstellung und Montage der
Bauteile
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.1 Einführung
2 Bauteile der Hydraulik
Die Hydraulik verwendet einen der Pneumatik identischen Schaltungsaufbau und ähnliche
Schaltzeichen für Wegeventile, Antriebsglieder und Pumpen.
Im Schaltplan beginnt der Energietransport bei
der Pumpe, die den hydraulischen Druck erzeugt. Wegeventile, Stromventile und Druckbegrenzungsventile beeinflussen den Volumenstrom des Hydrauliköls.
Durch Aktoren wie hydraulische Motoren oder
Zylinder wird die hydraulische Energie in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt.
Ein ganz wesentlicher Unterschied zur Pneumatik sind die benötigten Rückleitungen zum
Tank.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.2.0 Hydraulikpumpen (1)
2 Bauteile der Hydraulik
Die Energieerzeugung erfolgt in stationären oder mobilen Hydraulikaggregaten. Der Antrieb
der Hydraulikpumpe erfolgt in der Regel durch einen Elektromotor.
Das Hydroaggregat ist wie folgt aufgebaut:
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2 Bauteile der Hydraulik
2.2.1 Arten von Hydraulikpumpen (2)
Die Pumpen erzeugen den Druck durch ständiges Verdrängen der Druckflüssigkeit aus der
Saugleitung in die Druckleitung. Nach der Bauteilform unterscheidet man Zahnrad-, Flügelzellen- und Kolbenpumpen.
Im Folgenden wird ein Vertreter von jeder Pumpenbauart dargestellt.
Außen verzahnte Zahnradpumpe
Durch die Drehbewegung der Zahnräder wird die Flüssigkeit in
den Zahnlücken entlang der Gehäusewand verdrängt.
Die Pumpe ist gegenüber ungünstigen Ansaugverhältnissen unempfindlich.
Flügelzellenpumpe
nicht verstellbar
Die verschiebbaren Flügel bilden mit dem Gehäuse die Verdrängungsräume, wodurch die Flüssigkeit von der Saug- zur Druckseite gefördert wird.
Flügelzellenpumpen laufen ruhig und haben einen gleichmäßigen
Förderstrom.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Axialkolbenpumpe
mit Schrägachse
Die Druckräume von Kolbenpumpen werden durch Kolben und
Zylinder gebildet. Bei Axialkolbenpumpen bewegen sich die Kolben parallel zur Drehachse.
Kolbenpumpen erzeugen sehr hohe Drücke und haben geringe
Leckölverluste wegen der kleinen Toleranz zwischen Kolben und
Zylinder.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.3.0 Wegeventile (1)
2 Bauteile der Hydraulik
In der Hydraulik werden Wegeventile für Start und Stopp sowie zum Ändern der Durchflussrichtung eingesetzt. Häufig werden 3/2-Wegeventile mit drei Schaltstellungen verwendet, wobei
die Mittelstellung durch zwei Federn erreicht wird. Die beiden Magnetspulen Y1 (A) und Y2 (B),
schalten das Ventil in die jeweilige Arbeitsposition.
Y1
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Y2
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.3.1 Wegeventile (2)
2 Bauteile der Hydraulik
Durch den Einbau verschiedener Kolben erhält ein 4/3-Wegeventil verschiedene Funktionen. In
Abbildung A sind die Anschlüsse in Mittelstellung gesperrt, während in Abbildung B die Arbeitsanschlüsse mit dem Tank verbunden sind.
Für eine Notbetätigung lassen sich die meisten Ventile von Hand schalten (Handhilfsbetätigung).
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2 Bauteile der Hydraulik
2.4 Antriebselemente
Zur Erzeugung von geradlinigen Bewegungen werden in der Hydraulik einfach- und doppeltwirkende Zylinder verwendet. Drehbewegungen werden durch Hydromotoren erzeugt. Die folgenden Seiten zeigen die wichtigsten Antriebselemente der Hydraulik.
einfachwirkender Zylinder
(Tauchkolben oder Plunger)
Der Kolben wird einseitig mit hydraulischem Druck beaufschlagt.
Durch sein Eigengewicht oder durch eine äußere Kraft wird der
Kolben zurückgestellt.
Die Vorteile dieser Bauart sind der einfache Aufbau und die gute
Abdichtung, da nur eine Seite mit Druck beaufschlagt wird.
doppeltwirkender Zylinder
(Differenzialzylinder)
Bei den weit verbreiteten doppeltwirkenden Zylindern mit einseitiger Kolbenstange ist bei gleichem Volumenstrom die Einfahrgeschwindigkeit größer als die Ausfahrgeschwindigkeit.
Für gleiche Geschwindigkeiten beim Ein- und Ausfahren ist eine
Regelung des Volumenstroms notwendig.
doppeltwirkender Zylinder
(Gleichgangzylinder)
Gleichgangzylinder besitzen eine zweiseitige Kolbenstange.
Die Vor- und Rückhubgeschwindigkeit ist immer gleich.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Hydraulikmotor
Zahnrad- und Flügelzellenmotoren erzeugen direkt eine Drehbewegung. Dabei werden die Zahnräder bzw. der Rotor mit den Flügelzellen direkt durch die strömende Flüssigkeit angetrieben.
Es werden bereits bei niedrigen Drehzahlen große Drehmomente
erzeugt.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.5 Druckventile
2 Bauteile der Hydraulik
Die einfache hydraulische Schaltung
zeigt folgende Problematik:
Wird die Handhilfsbetätigung zum
Ausfahren des Zylinders ständig gedrückt, auch wenn der Zylinder seine
Endlage bereits erreicht hat, arbeitet
die Pumpe gegen einen großen Widerstand. Dadurch werden Pumpe,
Leitungen und Zylinderdichtungen
stark belastet und eventuell auch
beschädigt.
Durch den Einbau eines Druckventils
wird dies verhindert.
Das Druckbegrenzungsventil wird vom
Anschluss P mit Druck beaufschlagt.
Ist diese Druckkraft größer als die
entgegenwirkende Federkraft, öffnet
das Ventil und Hydraulikflüssigkeit
gelangt zum Tank. Durch die einstellbare Federkraft lassen sich verschiedene Öffnungsdrücke realisieren.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.6.0 Stromventile (1)
2 Bauteile der Hydraulik
Die Geschwindigkeitssteuerung von Zylindern erfolgt in der Hydraulik mit Stromventilen. Diese
verkleinern den Durchfluss durch eine Verengung. Zwischen dem Eingang P und dem Ausgang
A bildet sich eine Druckdifferenz.
Die Querschnittsverkleinerung reduziert den Strom der Hydraulikflüssigkeit. Die Abbildungen 1
und 2 zeigen Drosselventile mit Nadeldrossel und mit Spaltdrossel.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.7.0 Sperrventile (1)
2 Bauteile der Hydraulik
Sperrventile (Rückschlagventile) lassen den Volumenstrom in eine Richtung durch und sperren
ihn in der anderen Richtung.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2.7.1 Sperrventile (2)
2 Bauteile der Hydraulik
Wegeventile können in Sperrstellung
wegen der auftretenden Leckölverluste einen unter Last stehenden Zylinder nicht halten. Dies bedeutet, dass
er langsam absinkt.
Durch den Einbau eines Sperrventils
wird dies verhindert. Jedoch muss
zum Einfahren des Zylinders die
Sperrwirkung aufgehoben werden,
damit die Hydraulikflüssigkeit zurückfließen kann.
Dafür sorgt ein entsperrbares Rückschlagventil. Über den Steueranschluss x wird das Ventil entsperrt.
Betätigen Sie das Sperrventil mit der
Maus!
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1 - Grundlagen der Hydraulik
2 Bauteile der Hydraulik
2.8 Schaltplanerstellung und Montage
der Bauteile
Die Umsetzung der steuerungstechnischen Aufgabe gliedert sich in folgende drei Abschnitte.
1. Hydraulischer Schaltplan1
2. Elektrischer Schaltplan2
3. Montage der Bauteile3
Hinweis:
Zur besseren Übersicht werden die pneumatische Spannvorrichtung und die pneumatisch betätigte Sicherheitstür lediglich durch zwei Sensorsignale berücksichtigt.
1
2
3
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3.0 Kapitelübersicht
3 Inbetriebnahme der Anlage
Kapitelbezogene Eingangsfrage:
Wie errechnet man den Druck einer hydraulischen Anlage?
Themen:
3.1 Einführung
3.2 Hydraulischer Druck
3.3 Hydraulische Presse
3.4 Strömungen von Flüssigkeiten
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3.1 Einführung
3 Inbetriebnahme der Anlage
Das hydraulische System ist mit Hydraulikflüssigkeit zu füllen, wobei auf Viskosität, Verschleißschutz, Alterungsbeständigkeit, Entflammbarkeit und das Temperaturverhalten zu achten ist.
Weitere Informationen entnehmen Sie den Datenblättern der Ölhersteller und den entsprechenden Nachschlagewerken (z.B. Tabellenbuch).
Bei der ersten Inbetriebnahme sollte ein längerer Leerlaufbetrieb durchgeführt werden, wobei
besonders die Förderrichtung der Pumpe, das Schalten der Ventile und die Sicherheitseinrichtungen zu prüfen sind.
Ebenso muss das System entlüftet und auf Dichtheit geprüft werden.
Während des ersten Leerlaufbetriebs hat eine ständige Kontrolle zu erfolgen:

Ölstand

Temperatur der Pumpe

Temperatur der Hydraulikflüssigkeit

Leckstellen
Mit hydraulischen Anlagen werden in der Regel hohe Drücke und Kräfte erzeugt. Daher muss
die Einstellung der Druck-, Drossel- und Stromventile mit besonderer Sorgfalt durchgeführt
werden. Nach der Justierung dieser Ventile werden diese in der Regel verplombt.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3 Inbetriebnahme der Anlage
3.1 Einführung - Hydraulikflüssigkeit
Druckflüssigkeiten in der Hydraulik
Hydrauliköle (vgl. DIN 51524 1985-2006)
Arten
Typ
Erläuterung
HL (DIN 51524-1)
Druckflüssigkeiten mit Wirkstoffen zur Erhöhung des
Korrosionsschutzes und der Alterungsbeständigkeit.
HLP (DIN 51524-2)
Enthalten zusätzliche Wirkstoffe, die den Verschleiß
im Mischreibungsbereich mindern. Sie werden in
Hydraulikanlagen mit Hydropumpen und Hydromotoren verwendet, die mit mehr als 200 bar betrieben
werden.
Eigenschaften
Eigenschaften
HL 10 HL 10 HL 10 HL 10 HL 10 HL 10
HLP 10 HLP 10 HLP 10 HLP 10 HLP 10 HLP 10
bei - 20 °C
Kinematische bei
Viskosität in
mm²/s
bei
0 °C
40 °C
bei 100 °C
Pourpoint¹ gleich oder tiefer
als
Flammpunkt höher als
500
-
-
-
-
-
90
300
420
780
1400
2560
10
22
32
46
88
100
2,4
4,1
5,0
8,1
7,8
9,9
- 30 °C - 21 °C - 18 °C - 15 °C - 12 °C - 12 °C
125 °C 185 °C 175 °C 185 °C 198 °C 205 °C
¹ Der Pourpoint (engl.: Fließpunkt) ist ein international anerkanntes Maß für das Kälteverhalten von
Erdölprodukten. Nach DIN 51 597 ist der Pourpoint die Temperatur, bei der das Hydrauliköl unter
Schwerkrafteinfluss gerade noch fließt.
Hydrauliköl DIN 51 524 - HLP 46: Hydrauliköl vom Typ HLP, kinematische Viskosität von 46 mm²/s bei 40 °C
Viskositäts- Temperatur- Verhalten
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten
ISOEignung für
BezeichViskositäts-Temperaturen
nung
klassen
in °C
HFAE
DIN
(nicht fest24320
gelegt)
(199812)
(nicht festHFAS
gelegt)
HFC
HFD
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15, 22, 32
46, 68, 100
15, 22, 32
46, 68, 100
Eigenschaften
Verwendung
+5...+55
Öl-in-Wasser-Emulsion,
üblicher Ölanteil 2 bis
3%, kleine Viskosität,
geringe Schmierfähigkeit
Grubenausbau
+5...+55
Lösungen von Flüssigkeitskonzentraten in
Wasser, Eigenschaften
wie HFAE
Grubenausbau
-20...+80
Bergbau, DruckgussWässrige Monomermaschinen, Schweißund/oder Polymerlösunautomaten, Stahlingen, Verschleißschutz
dustrie, Schmiedebesser als bei HFA
pressen
-20...+150
Wasserfreie synthetische Flüssigkeiten, gut Hydraulische Anlagen
alterungsbeständig,
mit hohen Betriebsschmierfähig, großer
temperaturen
Temperaturbereich
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3.2 Hydraulischer Druck
3 Inbetriebnahme der Anlage
Wird eine Flüssigkeit, die sich in einem geschlossenen System befindet, unter Druck gesetzt,
breitet sich dieser in alle Richtungen gleichmäßig aus.
Der Druck p wirkt zum Beispiel auf den Arbeitskolben eines Zylinders und erzeugt eine Kraft F.
Dabei gilt:
Je größer der Druck p und die Kolbenfläche A, desto größer ist die entstehende Kraft F!
F=p·A
Aufgabe:
Das Hydraulikaggregat erzeugt einen Druck von 80 bar. Der Standardzylinder hat einen Kolbendurchmesser von 80 mm und einen Kolbenstangendurchmesser von 40 mm.
Berechnen Sie die Presskraft F im Vorhub des Kolbens und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!
F=
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N
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3.3 Hydraulische Presse
3 Inbetriebnahme der Anlage
Das System Hydraulikaggregat – Hydraulikzylinder ist vergleichbar mit dem Prinzip
einer "Hydraulischen Presse". Der Druckzylinder im Hydraulikaggregat besitzt einen kleinen
Kolbendurchmesser, während der Durchmesser des Hydraulikzylinders groß ist.
Die Abbildung zeigt das geschlossene System einer hydraulischen Presse (z B. hydraulischer
Wagenheber).
Dabei gilt:
Der Druck ist im gesamten System gleich:
p1 = p2
Der Druck wird ersetzt durch Kraft mal Fläche:
F1 / A1 = F2 / A2
Durch Umformen der Gleichung ergibt sich:
F1 / F2 = A1 / A2
Aufgabe:
Die oben abgebildete Presse besitzt einen Pumpenkolben mit 10 mm und einen Hubkolben mit
120 mm Durchmesser. Die Hubkraft F2 soll 55 KN betragen.
Berechnen Sie die benötigte Kraft F1 am Pumpenkolben und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!
F1 =
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N
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
3.4 Strömungen von Flüssigkeiten
3 Inbetriebnahme der Anlage
Die Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls beeinflusst die Ausfahrgeschwindigkeit der
Kolbenstange eines Zylinders. Eine weitere Einflussgröße ist die Querschnittsfläche des Zylinders.

Je schneller die Flüssigkeit in den Zylinder strömt, desto größer ist die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange.

Je größer der Zylinderquerschnitt, desto kleiner ist die Ausfahrgeschwindigkeit der
Kolbenstange bei gleichbleibendem Volumenstrom.
Dabei gilt:
Ausfahrgeschwindigkeit = Volumenstrom geteilt durch Querschnittsfläche
v=Q/A
Aufgabe:
Berechnen Sie die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange in mm/s, wenn
der Zylinderdurchmesser 80 mm beträgt und vergleichen Sie dann Ihr Ergebnis!
v=
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mm/s
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4.0 Kapitelübersicht
4 Hydraulische Steuerungen
Kapitelbezogene Eingangsfrage:
Wie funktioniert ein Differenzialzylinder?
Themen:
4.1__Einführung
4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (1)
4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (2)
4.3__Zulauf- und Vorlaufsteuerung
4.4__Rücklauf- und Ablaufsteuerung
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4.1 Einführung
4 Hydraulische Steuerungen
In hydraulischen Steuerungen werden besonders die Kräfte beim Vor- und Rückhub von Zylindern und deren Geschwindigkeitssteuerung berücksichtigt. Daraus ergeben sich grundlegende
Überlegungen, die im Folgenden näher erläutert werden:

Differenzial- oder Gleichgangzylinder

Primärsteuerung in der Zulauf- oder Vorlaufleitung

Sekundärsteuerung in der Rücklauf- oder Ablaufleitung
In der Hydraulik müssen anders als in der Pneumatik relativ große Volumenteile an Hydraulikflüssigkeit bewegt werden. Durch eine Veränderung des Volumenstroms mit Stromventilen,
Stetigventilen oder Verstellpumpen lassen sich Kolbenstangengeschwindigkeiten steuern.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4 Hydraulische Steuerungen
4.2.0 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (1)
Die Abbildung zeigt einen Differenzialzylinder. Dabei ist die Fläche A1 größer als die Fläche A2.
Die Kolbenstangenkraft berechnet sich aus Druck mal Fläche.
Daraus folgt:

Doppeltwirkende Zylinder mit einseitiger Kolbenstange haben beim Vorhub eine größere Kraft als beim Rückhub.

Die Vorschubgeschwindigkeit ist beim Vorhub kleiner als beim Rückhub, da im Vorhub
durch die größere Kolbenfläche ein größeres Volumen entsteht.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4 Hydraulische Steuerungen
4.2.1 Differenzialzylinder mit Umströmungsschaltung (2)
Um eine konstante Geschwindigkeit
und Kraft im Vor- und Rückhub zu
erzeugen, müssen zwei Maßnahmen
durchgeführt werden:

Flächenverhältnis Kolbenfläche A1 zu Kolbenringfläche A2
von 2 : 1!

Umströmungsschaltung des
Differenzialzylinders!
Beim Vorhub der Kolbenstange wird
das von der Kolbenringfläche A2 verdrängte Öl dem Vorhub zugeführt.
Dadurch wird eine konstante Kolbenstangengeschwindigkeit und Kolbenstangenkraft erreicht.
Betätigen Sie die Schaltung mit der
Maus!
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4.3 Zulauf- und Vorlaufsteuerung
4 Hydraulische Steuerungen
Um die Geschwindigkeit einer Kolbenstange zu steuern, können Drosselventile eingesetzt werden.
Dabei können die Stromventile in der
Zulaufleitung zwischen Wegeventil und
Pumpe oder in der Vorlaufleitung zwischen Wegeventil und Zylinder eingebaut werden.
Die Vorteile dieser Geschwindigkeitssteuerung sind:

Zylinderdichtungen werden
geschont, da nicht der Pumpenhöchstdruck anliegt

Geringe Schwingungsneigung
im Leitungssystem
Der Nachteil dieser Anordnung ist
das ruckartige Ausfahren der Kolbenstange aufgrund des fehlenden Gegendrucks.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
4.4 Ablauf- und Rücklaufsteuerung
4 Hydraulische Steuerungen
Eine weitere Möglichkeit die Geschwindigkeit von Kolbenstangen zu
steuern, ist der Einbau des Stromregelventils in die zum Tank führende
Leitung.
Wird das Stromventil zwischen Zylinder und Wegeventil in die Rücklaufleitung eingebaut, wird dies als Rücklaufsteuerung bezeichnet.
Bei einer Ablaufsteuerung wird das
Stromventil zwischen Wegeventil und
Tank angeordnet.
Der Vorteil dieser Steuerungsart ist
das gleichmäßige Ausfahren der Kolbenstange, da sich durch das Stromventil ein Gegendruck aufbaut.
Eine großer Nachteil dieser Stromventilanordnung ist die hohe Druckbelastung der Zylinderdichtungen.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
5.1 Vergleich Pneumatik - Hydraulik
5 Zusammenfassung
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1 - Grundlagen der Hydraulik
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Trainingsaufgabe 1
Trainingsaufgaben
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Trainingsaufgabe 2
Trainingsaufgaben
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Trainingsaufgabe 3
Trainingsaufgaben
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Trainingsaufgabe 4
Trainingsaufgaben
Verwenden Sie das vorbereitete Antwortdokument zur Beantwortung der Fragen. Sie finden
das Antwortdokument in den Anlagen am Ende des Skripts.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Fallstudie
Die Auszubildenden haben zusammen mit Ihrem Ausbilder eine elektropneumatische Presse gebaut.
Für einen neuen Auftrag reicht jedoch die Presskraft nicht mehr aus.
Franz Huber: Heute beschäftigen wir uns noch mal mit der Presse.
Bernd Wolf:
Aber das hatten wir doch schon....
Franz Huber: Richtig. Dabei ging es aber um Pneumatik bzw. Elektro-Pneumatik. Für das Einpressen der neuen Teile brauchen wir mehr Kraft.
Bernd Wolf:
...und, was bedeutet das?
Franz Huber: Wir werden die bestehende pneumatische Presse modifizieren. Da viele Komponenten der Hydraulik ähnlich der Pneumatik sind, eignet sich das ganz gut für ein paar
Wiederholungen.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Bearbeitung der Fallstudie
Abschluss Lerneinheit
Bitte bearbeiten Sie zur Fallstudie folgende Aufgabe:
Die bestehende pneumatische Presse soll mit einem hydraulischen Presszylinder ausgerüstet
werden, um größere Kräfte zu erzeugen. Dazu müssen eine Reihe von technischen Veränderungen vorgenommen werden. Für die Umrüstung der Presse sind folgende Punkte zu beachten:

Die Presse soll für geringe Stückzahlen ausgelegt werden.

Die elektropneumatische Spannvorrichtung bleibt erhalten.

Die hydraulische Presse muss mit einer eigenen Energieversorgung ausgerüstet sein.

Die Presskraft muss mindestens 10000 N betragen.

Der erste Teil des Vorhubs muss im Eilgang erfolgen.

Der letzte Teil des Vorhubs muss gedrosselt erfolgen.

Durch das Betätigen des NOT-AUS-Tasters muss der Pressenstempel sofort stehen
bleiben.

Nach dem Lösen des NOT-AUS-Tasters wird der Pressenstempel durch die RichtenTaste in Grundstellung gebracht (Zylinder eingefahren).
Bestimmen Sie die benötigten hydraulischen Bauteile und fügen Sie diese zu einer funktionsfähigen Schaltung zusammen!
Verwenden Sie die vorbereitete Antwortdatei für Ihren Lösungsvorschlag.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Anlagen
LEITFRAGEN
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Hinweis:
Anhand dieser Leitfragen werden Sie die Qualifizierungseinheit erarbeiten. Notieren Sie die
Antworten zu den Fragen, die Ihnen spontan einfallen.
Speichern Sie diese Datei anschließend in einem Ordner, auf den Sie stets zugreifen können und
ergänzen jeweils diese Fragen um das erlernte Wissen.
Am Ende der Qualifizierungseinheit sollten Sie die Antworten komplett überarbeitet haben.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Ausbildung zum Mechatroniker
Grundlagen der Hydraulik
TA
Trainingsaufgabe zum Themenblock 1
Projektplanung
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
1.Nennen Sie mindestens drei wichtige Sicherheitsaspekte für hydraulische Anlagen.
2. Nennen Sie fünf wesentliche Bedingungen, die am Aufstellort berücksichtigt werden
müssen.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Ausbildung zum Mechatroniker
Grundlagen der Hydraulik
TA
Trainingsaufgabe zum Themenblock 2
Bauteile der Hydraulik
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
1. Nennen Sie die vier wichtigsten Bauteile, die für eine hydraulische Steuerung
unbedingt erforderlich sind.
2. Welche Aufgabe hat ein Stromregelventil in der Hydraulik?
3. Nennen Sie drei wichtige Punkte, die bei der Montage von Hydraulikleitungen
und -schläuchen zu beachten sind.
4. Erklären Sie die Anschlussbezeichnungen eines hydraulischen
Wegeventils.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Ausbildung zum Mechatroniker
Grundlagen der Hydraulik
TA
Trainingsaufgabe zum Themenblock 3
Inbetriebnahme der Anlage
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
1. Nennen Sie wichtige Bedingungen, die bei einer ersten Inbetriebnahme zu berücksichtigen sind.
2. Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Druck, Fläche und Kraft.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
TA
Trainingsaufgabe zum Themenblock 4
Hydraulische Steuerungen
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
1. Nennen Sie die Eigenschaften eines Differenzialzylinder in Bezug auf seine
Kolbenstangengeschwindigkeit und Kolbenstangenkraft beim Aus- und Einfahren.
2. Nennen Sie je einen Vor- und Nachteil einer Zulaufsteuerung.
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1 - Grundlagen der Hydraulik
Ausbildung zum Mechatroniker
Grundlagen der Hydraulik
Bearbeitung der Fallstudie
Name:
Vorname:
Klasse/Kurs:
Datum:
Die bestehende pneumatische Presse soll mit einem hydraulischen Presszylinder
ausgerüstet werden, um größere Kräfte zu erzeugen. Dazu müssen eine Reihe von
technischen Veränderungen vorgenommen werden. Für die Umrüstung der Presse
sind folgende Punkte zu beachten:
-
Die Presse soll für geringe Stückzahlen ausgelegt werden.
Die elektropneumatische Spannvorrichtung bleibt erhalten.
Die hydraulische Presse muss mit einer eigenen Energieversorgung ausgerüstet sein.
Die Presskraft muss mindestens 10000 N betragen.
Der erste Teil des Vorhubs muss im Eilgang erfolgen.
Der letzte Teil des Vorhubs muss gedrosselt erfolgen.
Durch das Betätigen des Not-Aus-Tasters muss der Pressenstempel sofort stehen bleiben.
Nach dem Lösen des Not-Aus-Tasters wird der Pressenstempel durch die Richten – Taste in Grundstellung gebracht (Zylinder eingefahren).
Bestimmen Sie die benötigten hydraulischen Bauteile und fügen Sie diese zu einer
funktionsfähigen Schaltung zusammen!
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