Antriebstechnik 1

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Author:
Sofiane
ID:
161441
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Antriebstechnik 1
Updated:
2012-07-20 05:57:04
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AT1
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Prüfungsfragen zu Antriebstechnik 1
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  1. 1.06 Warum kann man Pressenzylinder nicht unmittelbar aus dem Pressgang in den Rücklauf schalten?
    • - Im Pressenzylinder herrscht beim Pressen ein hoher Druck ⇒ Volumenkompression ⇒ Effekt der hydraulischen Feder - z.B.: bei 1600bar mit 100l Öl-Volumen entstehen 10% oder 10l Kompressionsvolumen- beim Umschalten in den Rücklauf muss zuerst das Kompressionsvolumen langsam entspannt werden, um den Kolben nicht ruckartig beschleunigen zu lassen. Dies würde einen Druckimpuls in die Leitung / Ventile geben, der diese zerstören kann. (Entlastungsventil vorsehen)
    • 0,07% ΔV/V

    Abhilfe Kompressionsdruck und -volumen langsam über eine Nebenleitung entspannen und dann Rückwärts fahren
  2. 2.01a In welcher Weise wirken sich die Eigenschaften der Mineralöle positiv auf das Betriebsverhalten der ölhydraulischen Getriebe aus?
    • • Hohe Leistungsdichte, hoher Druck möglich ⇒ hohes Übersetzungsverhältnis in hydraulischen Getrieben möglich (imech max 1:5; ihyd nahezu ∞ (elekt. Getriebe problematisch da an Polpaarzahl o. Frequenzumrichter gebunden)
    • • Gute Wärmeabführung (Wärme wird aufgenommen, dort wo sie entsteht (Kühlung in der Rückleitung))
    • • Gute Schmierwirkung
    • • Höhere Lebensdauer der Anlage, da Verringerung der korrosiven Belastung
    • • Hohe Alterungsbeständigkeit des Öls
    • ⇒ Variation der Geschwindigkeit über Querschnittsveränderung
  3. 2.01b In welcher Weise wirken sich die Eigenschaften der Mineralöle negativ auf das Betriebsverhalten der ölhydraulischen Getriebe aus?
    • • Darf nicht auslaufen ⇒ Hohe Anforderung an Dichtung und Fertigungstoleranzen (bis 400bar ⇒ teuer)
    • • Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften
    • T höher: ⇒ Viskosität niedriger, dünnflüssiger ⇒ durch Verlustwärme in Gleitflächen und Dichtspalten, VLeck steigt, Schmierwirkung kleiner ⇒ Volumetrischer Wirkungsgrad fällt
    • T niedriger: ⇒ Viskosität höher, zäher ⇒ höhere innere Reibung der Strömenden Flüssigkeiten ⇒ steigende Druckverluste durch innere Reibung
    • • Betriebsgrenzen:
    • - Flammpunkt: höhere Temperatur
    • - Stockpunkt: niedrige Temperatur
    • • Anfälligkeit des Systems auf Verschmutzung ⇒ Ventilklemmen, Dichtungsdefekte, Korrosion, Dampfblasen, Alterung der Anlage (⇒ Wartungsaufwand)
    • • Alterung des Öls ⇒ Wartung
    • • Löslichkeit von Luft (Schaumbildung)
  4. 2.02a Was bezeichnen die Abkürzungen HLP, HF?
    • H – steht für Mineralöl ohne Additive
    • L – steht für Oxidations- und Korrosionsverminderung
    • P – steht für Pressure - Einsatz über 400 bar - erhöhtes Lasttragvermögen
    • V – steht für Viskosität - geringere Temperaturabhängigkeit
    • F – steht für Flame - schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten
  5. 2.02b Nennen Sie typische Eigenschaften und Einsatzfälle von Hydrauliköl HLP:
    • • Mineralöl mit korrosions-, oxidations- und verschleißverringernden Wirkstoffen
    • • Verminderung des Gleitverschleißes bei Mischreibung und/oder Erhöhung derBelastung
    • • Einsatze bei Drücken oberhalb 400 bar
    • • In Anlagen bevorzugt, in denen Korrosion, hohe thermische Belastung und/oder tribologische Beanspruchung auftritt, z.B. Pumpen und Hydromotoren
  6. Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten HF werden in die Klassen HFA,HFB, HFC und HFD unterteilt:
    Nennen Sie dazu typische Eigenschaften und Einsatzfälle von Hydraulikflüssigkeit HFA:
    von A nach D wird der Wassergehalt in Öl weniger und die Leistungsfähigkeit steigt. Betriebsdruck 70bar<
    • • Öl-in-Wasser-Emulsionen
    • • gute Umweltverträglichkeit
    • • Wasseranteil 80-95%
    • • Zusatzmittel (Konzentrat) als brennbarer Anteil: meistens 5 – max. 20%
    • • Zusatzstoffe für Korrosionsschutz
    • • Niedrige Viskosität -> hohe Leckverluste
    • • Niedriger Preis
    • HFAE:
    • • Zugabe synthetischer Öle für hohe tribologische Beanspruchung
    • • Abwassergeeignet
    • HFAS:
    • • Wasserhaltiges, vollsynthetisches Konzentrat
    • • Höhere Gebrauchsdauer als HFAE
    • • Biologisch schneller abbaubar als HFAE
  7. Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten HF werden in die Klassen HFA,HFB, HFC und HFD unterteilt: Nennen Sie dazu typische Eigenschaften und Einsatzfälle von Hydraulikflüssigkeit HFB:
    von A nach D wird der Wassergehalt in Öl weniger und die Leistungsfähigkeit steigt. Betriebsdruck 70bar<
    Brennbarer Massenanteil: max. 60% ⇒ in Deutschland verboten, daher ohne Bedeutung.
  8. Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten HF werden in die Klassen HFA,HFB, HFC und HFD unterteilt: Nennen Sie dazu typische Eigenschaften  und Einsatzfälle von Hydraulikflüssigkeit HFC:
    von A nach D wird der Wassergehalt in Öl weniger und die Leistungsfähigkeit steigt. Betriebsdruck 70bar<
    • • Wässrige Polymerlösung in 6 Viskositätsklassen (ISO VG 15…100)
    • • Einsatzgebiete: Steinkohlebergbau, Druckgussmaschinen (wenn keine hohenTemperaturen auftreten.)
    • • Betriebstemperatur liegt bei -20 bis 60 °C
    • • Geringes Luftabscheidevermögen
    • • Mittlerer Kompressionsmodul (1,7 fache von Mineralöl)
    • • Verträglich mit Dichtwerkstoffen (Elastomere)
    • • Aggressiv gegen Epoxidharz-, Vinylharz- und DD-Lacke
    • • Verdunstung der Inhibitoren (z.B. für Korrosionsschutz) ⇒ begrenzteWälzlager-Lebensdauer
  9. Schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten HF werden in die Klassen HFA,HFB, HFC und HFD unterteilt: Nennen Sie dazu typische Eigenschaften und Einsatzfälle von Hydraulikflüssigkeit HFD:
    von A nach D wird der Wassergehalt in Öl weniger und die Leistungsfähigkeit steigt. Betriebsdruck 70bar<
    • • Vollsynthetische Druckflüssigkeiten auf der Basis von: Phosphorsäureester(HFDR), chlorierten Kohlenwasserstoffen (HFDS) ⇒ Entsorgung problematisch, Mischung aus Phosphorsäureestern und chlorierten Kohlenwasserstoffen (HFDT) und anderen organischen Verbindungen (HFDU)
    • • Einsatzgebiete sind Präzisions-Hydraulikanlagen in Luft- und Raumfahrttechnik, Kraftfahrzeugtechnik und Maschinenbau
    • • 6 Viskositätsklassen (wie bei HFC)
    • • Hochtemperaturbeständig
  10. 2.03a Beschreiben Sie das HFA-Fluid hinsichtlich
    - Aufbau
    - Viskosität
    - Kosten
    - Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen
    - Betrieblicher Nachteile
    • Aufbau: 95%Wasser / 5%Öl
    • Viskosität: Niedrig (1/20tel vomÖl)
    • Kosten: Preiswert, aber Emulsionenentsorgung teuer
    • Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen:
    • p<70bar Probleme mitWälzlagern
    • Betrieblicher Nachteile: Entsorgung, Schmierung, Korrosion, Fäulnis, Temp. 5-55°C
  11. 2.03b Beschreiben Sie das HFB-Fluid hinsichtlich
    - Aufbau
    - Viskosität
    - Kosten
    - Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen
    - Betrieblicher Nachteile
    • Aufbau: 40 %Wasser / 60%Öl
    • Viskosität: Hoch -> gute Schmiereigenschaften
    • Kosten: Unwirtschaftlich
    • Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen:
    • Uninteressant, weil in Deutschland verboten
    • Betrieblicher Nachteile: Forderungen des Brandschutzes nicht ausr.
  12. 2.03c Beschreiben Sie das HFC-Fluid hinsichtlich
    - Aufbau
    - Viskosität
    - Kosten
    - Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen
    - Betrieblicher Nachteile
    • Aufbau: Glykole / Polyglykole
    • Viskosität: ISO VG15-100
    • Kosten: Teuer?
    • Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen: p<70barschwerbrennbar Wasseraufnahmen durch Glykol -20 bis 60°C
    • Betrieblicher Nachteile: Hoher Preis, Leckverlustesteigen mit Wasseraufnahme, Alterung, Fäulnis, Korrosionsschutz, aggressiv gegen Harze
  13. 2.03d Beschreiben Sie das HFD-Fluid hinsichtlich
    - Aufbau
    - Viskosität
    - Kosten
    - Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen
    - Betrieblicher Nachteile
    • Aufbau: Phosphorestersäure,chlorierter Kohlenwasserstoff und Silikonöle
    • Viskosität: 6 Viskositätsklassen(15-100)
    • Kosten: Teuer bis sehr teuer!!!
    • Einfluss auf Maschinenbauart bzw. Maschinengrenzen: Unbrennbar Präzisions-Hydroanlagen ⇒ enge Toleranzen, gute Dichtungen
    • Betrieblicher Nachteile: Entsorgung problematisch,da toxisch
  14. 1.04b In einem Hydroantrieb bewegt ein Zylinder ein Bauteil mit relativ großer Masse. Beim Abschalten des Laufes treten deshalb sehr starke Druckstöße in den Leitungen auf.
    Welche Maßnahmen können Sie zur Abhilfe vorschlagen?
    1. Δp begrenzen mit DBV, aber einen Nachsaugventil versehen für dieRückführung des Öls

    2. das Ventil langsam schalten (weich schalten)

    3. Ventil mit Steuernut oder Kerben versehen für langsameres Schalten

    4. Proportionalventil verwenden

    5. Drosselventil einbauen
  15. 2.05a HFA ist die Bezeichnung von Hydraulikflüssigkeiten auf Wasserbasis. Nennen Sie Vorteile, die beim Einsatzauftreten.
    • - Schwer entflammbar
    • - Geringer Preis (1/10 HL)
    • - Niedrige Kompressibilität
    • - Umweltverträglich
    • - Durch Zusatz von Additiven: längere Lebensdauer und schneller Abbaubar (bei HFAS), für hohe tribologische Beanspruchung (bei HFAE)
  16. 2.05b HFA ist die Bezeichnung von Hydraulikflüssigkeiten auf Wasserbasis. Nennen Sie Nachteile, die beim Einsatzauftreten.
    • - Niedrige Viskosität ⇒ hohe Leckverluste ; schlechte Schmierung (⇒ allergische Reaktion der Welzlager)
    • - Korrosionsschutz nur mit Additiven
    • - Kleiner Temp.-bereich: 5-55°C (Frostgefahr!)
    • - Entsorgung: Emulsion
    • - Ständige Pflege, sonst Fäulnis
    • - Entsorgung: Emulsion
    • - Geringe Schmierfähigkeit (sehr allergisch für Wälzlager)
    • - geringe Drücke
    • -anfällig für Schmutz, Verunreinigung und Krankheitskeime
  17. 2.05c HFA ist die Bezeichnung von Hydraulikflüssigkeiten auf Wasserbasis.
    Unter welchen Bedingungen können Sie normale Hydroelemente mit HFA betreiben?
    • • Niedrige Drücke, sonst hohe Leckverluste
    • • Bei niedrigen Temperaturen Tankheizung vorsehen
    • • Wälzlager mit Dauerschmierung vorsehen; Verträglichkeit prüfen
    • • Filter
    • •Temp. >5°C
  18. 3.02 Welche Verlustgrößen treten in Wegeventilen auf? Wovonwerden sie beeinflusst?
    • 1. hydraulische Verluste:
    • ⇒ scharfe Kanten, Erweiterungen, Verjüngungen, Umlenkungen
    • 2. volumetrische Verluste
    • ⇒ nur bei Kolbenschieberventilen
    • ⇒ Leckströme an Dichtungen durch die Druckdifferenz: Ablaufleitungen inden Tank notwendig
  19. 3.1.03 Warum sind Hydropumpen so sehr viel kleiner als die leistungsgleichen Elektromotoren?
    • Leistungsdichte des Wirkmediums (Druck – el.-magn. Feld) ist bei der Hydraulik vielhöher und dadurch höhere Wirkkräfte.
    • Leistungsgewicht: Faktor 5 gegenüber E-Motor
    • ⇒ Druck bei Hydropumpen beliebig hoch wählbar
    • ⇒ Die Luftspaltkraft ist abhängig von der Sättigungsgrenze, Lorenz Kraft kannman nicht beliebig hoch treiben (ca. 6 bar am Luftspalt)
  20. 3.2.06 Worin bestehen die Unterschiede zwischen Hydraulik- und Pneumatikzylinder?
    Pneumatikzylinder sind meistens außen nicht mehr rund, sondern haben einen quadratischen Querschnitt mit Nuten für Sensorik und haben das Gehäuse besteht aus Aluminium, Kolben und Kolbenstange sind aus Stahl. Die Dichtung ist meist eine Dichtungspackung, wo Kolben, Führungsringe und Dichtung in einer Einheit zusammengesetzt werden und mit der Abdeckplatte fixiert werden. Pneumatikzylinder haben meistens eine eingebaute Endlagendämpfung in den Anschlüssen, die man von außen einfach mit einem Schraubendreher verstellen kann.

    In der Hydraulik werden Dichtung und Führungsringe getrennt anordnet im Kolben.Die Kolben sind länger (zur besseren Führung) wegen der Gefahr der Knickung.Die Endlagendämpfung ist innen eingebaut.

    • Pneumatik
    • -8bar
    • -Konstantdrucknetz
    • -kompressibles Medium
    • -Endlagendämpfung über Lastringe (elastisch)
    • -Dichtungen sind simpel und es ist egal wieviel Volumenstrom verloren geht ⇒ konstantdrucknetz p=const.
    • -Nur eine Kolbenseite ist mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt, andere Seite ist mit Atmosphärendruck versehen-> kein Rücklauf, Öltank, Filter
    • -Notaus-Szenarien sind schwer realisierbar, weil wenn p weg, dann weg, kompressibles Medium
    • -Keine zwischenstellung, immer nur Endlagen von Zylindern mgl., da die Druckluft kompressibel ist
    • -Bauform von Zylindern: Flach oder oval

    • Hydraulik
    • -100-400bar
    • -Konstantvolumenstromnetz
    • -nahezu inkompressibel
    • -Endlagen über Querschnittsverängung ⇒Drosselung des Fluids
    • -komplizierte Dichtungen wegen hoher Betriebsdrücke u einem konstanten Volumenstrom
    • -beide Kolbenseiten können mit Druck beaufschlagt sein
    • -Notaus ist meist kein problem mit geeigneten Ventilen (Speet-Mittelstellung)
    • - Es kann in der Mitte der Verfahrenswege gestoppt werden und die Last hält
    • -Viereckig wegen Stabilität und hohen Drücken
  21. 3.3.1.03 Wodurch entsteht das „Klemmen“ (hydraulic lock) der Kolbenschieberventile? Welche Abhilfemaßnahme ist gegeben?
    • Durch eine leichte Schrägstellung des Schieberkolbens nimmt die Drosselung überdem Spalt ab und unten zu. ⇒ es kommt zu einer ungleichen Druckverteilung ⇒ dadurch erhöht sich das Moment noch weiter und somit kommt es zu „hydraulic lock“

    • Abhilfe:Rillen im Schieberkolben des Wegeventils!
  22. 3.3.1.04 Warum werden Hydroventile größerer DN vorgesteuert?
    Bei großen Nennweiten werden die Kräfte auf den Schieber so groß, dass eine magnetische Betätigung nicht mehr möglich oder nicht mehr sinnvoll ist. Dann wird das Hauptventil hydraulisch geschaltet. Der Fluidstrom für das Schalten wird über das Vorsteuerventil den Schaltkammern des Hauptventils zugeführt. VorgesteuerteVentile können bei entsprechender Dimensionierung erheblich schneller schalten als magnetisch- oder handbetätigte Ventile.
  23. 2.06 Reine Mineralöle sind als Betriebsfluid wenig geeignet. Welche Eigenschaften werden durch die Zugabe von Additives erreicht?
    • • Verbesserung des Temperatur-Viskositäts-Verhalten (-> weniger Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur) HV
    • • Verschleißminderung HLP
    • • Korrosionsminderung HL
    • • Oxidationsverringernd HL
    • • Erhöhung der Alterungsbeständigkeit HL
    • • Erhöhung der Belastung (Druckfestigkeit) HLP
    • • Verringerung der Schaumbildung HL
    • • Bindung von Wasser (Emulgierend)
    • • Verringern des Stockpunktes HV
    • • Detergierende (=reinigende) und emulgierende (=wassertragende) Eigenschaften -> Verringern von Funktionsstörungen durch Wasser: HLPD

    • Additiv:
    • V: Viskositäts-Temperaturverhalten verbessern
    • P: Erhöhung der Druckfestigkeit; Verschleißminderung
    • L: Korrosionshemmend, Alterungsbeständigkeiterhöhen, Schäumen verringern
    • D: Wassweabscheidung bzw. Binden von Wasser (Emulgieren) beheben Funktionsstörungen durchWasser (selbstreinigend)
    • Glycerin,Spiritus, Kerosin: Stockpunkt auf bis zu -60 °C herabsetzen (Luftfahrt)
  24. 1.01 Geben Sie Daten zu Energiequellen für elektrische und fluidische Energie und begründen Sie danach die typischen Einsatzbereiche?
    elektrisch - pneumatisch - hydraulisch

    • Motorarten
    • el.= Dreh-, Gleich-, Wechselstrommotoren
    • pneu.= DLM, DKM (Lamellen, Kolben)
    • hyd.= AxKoMo, RaKoMo

    • Massenspez. Leistung
    • el.= 20 – 100 W/kg
    • pneu.= DLM=  300 W/kg; DKM= 70 - 150 W/kg (Nicht als Leistungstriebenutzbar)
    • hyd.= 600 - 800W/kg

    • Volumenspez. Leistung
    • el.= 70 – 150 W/l
    • pneu.= DLM= 1000 - 1200 W/l ; DKM= 70 - 300 W/l (Nicht als Leistungstriebe nutzbar)
    • hyd.= 2000 W/l

    • Verfügbarkeit Anlagen
    • el.= Hauptsächlich stationär: Stromnetz  Mobil weniger: Stromgenerator, Straßenbahn, Braunkohlebagger mit Schleppkabel (Motor und Generator)
    • pneu.: Stationär: Druckluftnetz; Wenig mobile Anlagen: Presslufthammer
    • hyd.: Mobil: Pumpe,Antriebsaggregat, Bagger stationär: z.B. Presse

    • Wirkungsgrad
    • el.= ca 97%
    • hydr.= ca 90% (Max 91% hydrostatisch)

    • Einsatzbereiche/Eigenschaften
    • el.= - mit Frequenzumformerniedrige Drehzahlen, bei hoher Last möglich aber der Lauf wird unruhig(bei <10% nmax problematisch)
    • - Schwer und unhandlicheAnlagen, (Leistungsgewicht)
    • - Bei Kabelbruch nur Durch Fachmann reparierbar: Sicherheitsbestimmung
    • - Größerer Bauraum
    • - Hohe Drehzahlen, kleine Momente, durch mech.Getriebe hohe Kräfte aber Verschlechterung des Wirkungsgrades
    • - Große Massenträgheit
    • (Großer Bauraum, hohes Eigenträgheitsmoment, hohe Drehzahlen, kleine momente des Glücks)
    • pneu: - Schnelle Bewegung bei kleinem Drehmoment/Kräfte
    • - Kessel-, Apparate- und Karosseriebau: handlicher als elektrische Anlagen, sicher, keine Explosionsgefahr
    • - Leitungsbruch leicht erkennbar: Zischen, schnelles reparieren
    • (gute Verfügbarkeit, Luft ist billig, Schmierung über ölige Luft, kein Tank, keine Rückführung)
    • hyd.= - Verstellbarkeit: Volllastbei langsamen Drehzahlen möglich
    • - Aggregat auchaußerhalb der Maschinezu lagern (Platzbedarf gut)
    • - Kleiner Bauraum
    • - Hohe Kräfte und Momente
    • - Massenträgheitsmoment der Hydromotoren: 1/100 vom Elektrischen gleicher Leistung
    • (geringes Gewicht, Bauraum und Eigenträgheitsmoment, gute Fernübertragung)

    • Regelbarkeit
    • el.= Frequenzumformer
    • pneu.= gut
    • hyd.= gut (mit Wirkungsgradeinbußen)
  25. 1.02a Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich sind. Gesichtspunkt: Steifigkeit
    • Hydraulik:
    • - gut, da Öl annähernd inkompressibel ist- Kompressibilität 0,07% bei 10bar

    • Pneumatik
    • - nicht Steif, vergleichbar mit Feder- Kompressibel
  26. 1.02b Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den
    Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich sind. Gesichtspunkt: Dynamik
    • Hydraulisch
    • - Geschwindigkeitstufenlos regelbar- geringes Trägheitsmoment des Axialkolbenmotors gegenüber der Asynchronmaschine (1/100), bessere Dynamik als elektrische- schnelles Schalten und Umsteuern, hervorragend geeignet für intermittierenden Betrieb
    • (gut, extrem hohe Geschw. mgl.)

    • Pneumatik
    • - Sehr schnell wegen geringer Dichte
    • - sehr gutes Beschleunigungsverhalten wegen der geringen Dichte
    • (gut, extrem hohe Geschw. mgl.)
  27. 1.02c Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich sind. Gesichtspunkt: Dauer- und Spitzenbelastung
    • Hydraulisch:
    • Hohe Leistungsdichte => entstehende Abwärme wird mit Stoffstromabtransportiert, ggf. Kühlung notwendig,Woodsches Metallals Überhitzungs-Sicherung, kleinere Bauteile mgl.
    •  ⇒ Überdruckventil als Überlastschutz notwendig

    • Pneumatisch:
    • Geringe Leistungsdichte
    • ⇒ weniger hochbelastbar
    • ⇒ kein Überlastschutz notwendig (Konstantdrucknetz)
    • ⇒ auf Expansionsgrad achten, damit die Maschine nicht vereist
  28. 1.02d Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den
    Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich
    sind. Gesichtspunkt: Genauigkeiten, Schlussverhalten
    • Hydraulik:
    • => angenäherter Formschluss
    • ⇒ Ohne Anschläge positionierbar, aber 0,07% Volumenkompression bei 10 bar (1%bei 160bar)
    • ⇒ dauerhaftes Halten einer Last nur mit Sitzventilen möglich, sonst Leckverluste im Schiebeventil
    • (Hohe Übersetzung und Gebnauigkeit; Positionieren mgl.; kein exakter Wegschluss)

    • Pneumatik:
    • ⇒ Kraftschlussverhalten
    • ⇒ Keine konstante Übersetzung möglich
    • ⇒ Mit Anschlägen genau positionierbar, sonst nicht möglich wegen Kompressibilität (vgl.Feder)
  29. 1.02e Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich sind. Gesichtspunkt: Sicherheit
    • Hydraulik
    • => einfacher Überlastschutz der Leitungen mit Überdruckventil => Woodsches Metall
    • ⇒ Feuergefährliche Flüssigkeiten

    • Pneumatik
    • ⇒ kein Überlastschutz notwendig
    • ⇒ keine Brandgefahr
  30. 1.02f Nennen Sie die typischen Vor- und Nachteile, die den
    Druckmittelantrieben durch das jeweilige Betriebsmedium eigentümlich
    sind. Gesichtspunkt: Wartung/ Umwelt
    • Hydraulik
    • ⇒ Hohe Lebensdauer wegen Selbstschmierung
    • ⇒ Geringe Wartung
    • ⇒ Alterung des Öls und Verschmutzung beachten

    • Pneumatik
    • ⇒ Aufbereitung Ölhaltiger Luft
    • ⇒ Geräusche machen Schalldämpfer manchmal notwendig
    • ⇒ teuer
  31. 1.03a Vergleichen Sie pneumatische und hydrostatische Getriebe hinsichtlich der Energiedichte
    • Hydraulik
    • Sehr hoch (450 bis 2000bar)

    • Pneumatik
    • Gering (8 bis 10 bar)
  32. 1.03b Vergleichen Sie pneumatische und hydrostatische Getriebe hinsichtlich der Leistungsgröße
    • Hydraulik
    • Mehrere 1000 W/l

    • Pneumatik
    • 70 bis 300 W/l
  33. 1.03c Vergleichen Sie pneumatische und hydrostatische.
    Was folgt aus dem Schlussverhalten von  pneumatische und hydrostatische Getriebe hinsichtlich des Einsatzes für Positionierbetriebe?
    • Hydraulik
    • ⇒ Angenäherter Formoder Wegschluss
    • ⇒ Gutes stufeloses Positionieren möglich, aber Kompressibilität beachten

    • Pneumatik
    • ⇒ Kraftschluss
    • ⇒ Keine Positionierung ohne Anschläge möglich
  34. 1.03d Vergleichen Sie pneumatische und hydrostatische Getriebe hinsichtlich der Arbeitscharakteristik
    • Hydraulik
    • ⇒ Relativ steif, hart
    • ⇒ Weich durch Nebenstromdrossel
    • ⇒ Antriebsdrehzahl von außenstufenlos regelbar
    • ⇒ Einfache Umwandlung einer Drehbewegung in eine Geradlinige und umgekehrt

    • Pneumatik
    • ⇒ nachgiebig, weich, Drehzahl passt sich an Lastmoment an
  35. 1.03e Vergleichen Sie pneumatische und hydrostatische Getriebe hinsichtlich des Zeitverhalten
    • Hydraulik
    • ⇒ Hohe Dynamik durch geringe Trägheiten der Hydro-Motoren

    • Pneumatik
    • ⇒ Extrem hohe Geschwindigkeiten möglich
    • ⇒ Ungleichmäßigkeiten der Bewegungen wegen Kompressibilität
  36. 1.04a In einem Hydroantrieb bewegt ein Zylinder ein Bauteil mit relativ großer Masse. Beim Abschalten des Laufes treten deshalb sehr starke Druckstöße in den Leitungen auf. Wie berechnet sich die Höhe des Druckstoßes wenn dasWegeventil sehr schnell schließt?
    • Bei einem schlagartigen Schließen
    • Ekin ⇒ Epot (schnelles abbremsen führt zu hoher Drucksteigerung)
    • (1) Energiegleichgewicht 
    • (2) Kompressionsgleichung

    (3) Volumenabnahme infolge Kompression =>

    • mit B = Sekantenkompressionsmodul
    • V = Anfangsvolumen
    • ΔV = Volumenabnahme

    • (3) in (1)

    ⇒ 

    Größenordnung: mit m=5000kg; V=5l; B=16000bar; v=5m/s

    ⇒ Δp = 2000bar
  37. 1.05a Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Baugröße
    • Mechanische Getriebe
    • groß bei hohen Leistungen und Übersetzungen

    • Ölhydraulische Getriebe
    • Hydromotor klein bauend bei hohen Leistungen (hohe Leistungsdichte)
  38. 1.05b Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer
    Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Anordnung
    • Mechanische Getriebe
    • Einschränkungen in derräumlichen Anordnung

    • Ölhydraulische Getriebe
    • Freizügige räumliche Anordnung
  39. 1.05c Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Einfachheit
    • Mechanische Getriebe
    • Aufwendig:
    • => Fundament notwendig zur guten Abstützung des Getriebes
    • => Ausrichten des Getriebes, Positionieren bei Montage
    • => Hochmomentenkupplungen notwendig

    • Ölhydraulische Getriebe
    • Einfach:
    • ⇒ Hydromotor auf Antriebswelle aufgebracht, verdrehgesichert abgestützt und fertig!
    • ⇒ Einfache zentrale Bedienung von einembeliebigen Ort
    • ⇒ Stufenlose Steuerbarkeit der Übersetzung
  40. 1.05d Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer
    Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Sicherheit
    • Mechanische Getriebe
    • ⇒ Mechanische Überlastkupplungen relativ ungenau und schwierig einzustellen (bei Bruchkupplungen auf 50% des kritischen Werteingestellt, selten betätigte Rutschkupplungen rutschen evtl. erst bei 200% der kritischen Last)

    • Ölhydraulische Getriebe
    • ⇒ einfache Kontrolle der wirkenden Kraft durch Druckbegrenzungsventil
    • ⇒ Druckbegrenzungsventil relativ genau (bis zu 1% Ungenauigkeiten)
    • ⇒ Sicherer als mechanische Leistungsübertragung, weil keine freilaufenden Bauelemente
  41. 1.05e Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Wirkungsgrad
    • Ölhydraulische Getriebe
    • ⇒ Meist keiner als bei mechanischer Leistungsübertragung
    • ⇒ Ähnlich wie elektrisch
  42. 1.05f Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile ölhydraulischer
    Leistungsübertragung gegenüber mechanischen Getrieben.Gesichtspunkt: Wandlungsgröße je Stufe
    • Mechanische Getriebe
    • Max etwa 1:10

    • Ölhydraulische Getriebe
    • ⇒ Nahezu unbeschränkt 1:1000
    • ⇒ Begrenzung nur durch Maschinen- oder Kolbengröße
  43. 1.07a Welches ist die Ursache für Druckschwingungen in Hydroventilen?
    • So genantes Ventilflattern: Kann auftreten beim Schiebeventil oder Sitzventil (Druckbegrenzungsventil). Negative folge sind Druckschwingungen im System.
    • Betrachtung des Flatterns bei einem Schiebeventil: Im geschlossenen Zustand herrscht auf den radialen Flächen rechts und links dergleiche Druck. ⇒ Es resultiert keine Kraft in Achsrichtung. Beim Vorgang des Ventilöffnens kann es passieren, dass sich das Ventil wieder zurückbewegt, weil sich eine resultierende Kraft entgegen der Bewegungsrichtung ergibt, welche aus unterschiedlichem Druck auf den radialen Flächen des Schiebekolbens resultiert. Bei Freigeben eines kleinen Spaltes an der Dichtkante des Schiebekolbens fließt das Öl mit hoher Geschwindigkeit durch den Spalt. Aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeit sinkt der Druck auf dieser Seite (Bernoulli). Dadurch entsteht die Druckdifferenz, das Ventil bewegt sich zurück, der Spalt schließt sich wieder, auf dieser Seite erhöht sich der Druck wieder. Es kommt zum wiederholten Zurückfedern des Ventils. Beim Schließen des Ventils wirkt die resultierende Kraft aus der Druckdifferenz in Bewegungsrichtung.
  44. 1.07b Wie werden die Druckschwingungen in Hydroventilen vermieden?
    • Abhilfe:
    • ⇒ Kurze Öffnungszeiten, durch starke magnetische Kräfte (Schiebeventil)
    • ⇒ Voröffnung zuzulassen, Kerben vorsehen (Schiebeventil)
    • ⇒ Austretenden Impuls senkrecht zur Federachse auslegen
    • Schibeventil:
    • Sitzventil:
    • Bei Sitzventilen mit Tellersitz prallt der austretende Volumenstrom beim Öffnen senkrecht gegen die ringförmige Dichtfläche und überträgt einen Impuls in Öffnungsrichtung des Ventils. => Das Ventil öffnet schlagartig, federt zurück u.s.w.

    • Abhilfen:
    • 1. Einbau eines Dämpfungskolbens, welcher das Ventil ohne Widerstand Öffnen lässt, aber das Schließen wird durch eine Drossel verzögert.
    • 2. Gestaltung des Ventilkragens, sodass der Ölstrom seinen Impuls nicht auf das Ventil in seiner Bewegungsrichtung überträgt
    • ⇒ Austretenden Impuls senkrecht zur Federachse umlenken (beim DBV), nicht parallel zur Federachse (=Bewegungsrichtung des Ventils) auf denVentilkragen wirken lassen
    • ⇒ Gestaltung mit konischer Dichtfläche und Kragen. Ziel ist die Umlenkung desaustretenden Öls senkrecht zur Öffnungsrichtung des Ventils, so dass der abgegebene Impuls des Öls nicht auf das Ventil in seiner Bewegungsrichtungübertragen wird.
    • ⇒ Der Ventilsitz besitzt in der Praxis eine Dichtlippe, die mit dem konischenVentilkörper mit einer Linienberührung dichtet. Hier vereinfachte Darstellung:
  45. Allgemein: Mineralöle
    • • ca. 85% Mineralöle bei den Drückflüssigkeiten
    • • Natürliche Eigenschaften können durch Additive verbessert werden
    • • Standardhydrauliköle:H: keine Wirkstoffzusätze (kaum benutzt)
    • • Additive:
    • - Alterungsbeständigkeit
    • - Verringerung der Schaumbildung (zum Minimieren des Tankvolumens, damit Pumpe nur Öl ansaugt)
    • - Verbessern der Schmierwirkung
    • - Verbesserung des VT-Verhalten
    • - Verschleißminderung
    • - Korrosionsminderung
    • - Oxidationsverringernd
    • - Erhöhung der Belastbarkeit (Druckfestigkeit/Lasttragfähigkeit trotz hoher Relativgeschwindigkeiten)
    • - Bindung von Wasser
    • - Verringern des Stockpunktes
    • - Detergierende (Reinigende) und emulgierende (wassertragende) Eigenschaften: verringern der Funktionsstörung
  46. Allgemein: schwerentflammbare Hydraulikflüssigkeiten
    • • hoher Anteil an Wasser
    • • obere Temperaturgrenze 60°C
    • • Einsatzbereiche:
    • - Hydraulische Anlagen, Einrichtungen in feuer- und explosionsgefährdeten Bereichen (Pressen in Hüttenanlagen, Warmwalzwerk)
    • - Geräte des Bergbaus unter Tage
    • - Freiformmaschinen und Gießerei
    • • Klarwasser (Leitungswasser) ggf. mit Zusätzen für den Einsatz in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie
    • • Viskosität von Wasser 1/30 von Öl => kein zu höher Druck sonst Leckverluste zu hoch =>30 fache im Vergleich zu Öl
  47. Allgemein: umweltverträgliche Druckflüssigkeiten
    • • Native
    • • Einsatzgebiete:
    • - Umwelt und Wasserschutz
    • - Freilandanwendungen, Mobilhydraulik
    • - Lebensmittelindustrie
    • • Biologisch schnell abbaubar
    • • Geringe Alterungsbeständigkeit
    • • Schmierfähigkeit gering => bei niedrigem Druck fahren
    • • Geringe Giftwirkung auf Flora und Fauna
    • • vollsynthetische Öle => Preis sehr hoch => Anwendung in Luft und Raumfahrt => positive Eigenschaften der Nativen
  48. 2.04a Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA. Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betrieb mit HFA und HL.
    Druck
    • HFA
    • <70 bar wegen Viskosität ⇒ hohe Leckverluste

    • HL
    • Bis 200 bar
  49. 2.04b Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA. Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betriebmit HFA und HL.
    Verluste
    HFA hat Viel höhere Verluste als HL
  50. 2.04c Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA. Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betrieb mit HFA und HL.
    Lebensdauer
    • HFA
    • Gering durch Fäulnis, Pilze, Mikroorganismen und hohen Wasseranteil ⇒ Additive zufügen

    • HL
    • Durch L Altersbeständig
    • (L – steht für Oxidations- und Korrosionsverminderung)
  51. 2.04d Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA. Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betrieb mit HFA und HL.
    Preis
    • HFA
    • Niedrig (10-15% von HL)

    • HL
    • Billiger als andere Mineralöle
  52. 2.04e Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA. Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betrieb mit HFA und HL.
    Bauelemente
    • HFA
    • Oberflächengehärtete Bauelemente mit Notlaufeigenschaften ⇒ teuer, hohe Fertigungsgenauigkeiten,Wälzlager problematisch, gute Verträglichkeit mit Dichtungen

    • HL
    • Normale Bauelemente evtl. beihohen Drücken Oberflächengehärtet, Eingeschränkte Verträglichkeit mit Dichtungen und Lacken
  53. 2.04f Viele Betriebe stellen ihre Anlagen um auf die Betriebsflüssigkeit HFA Vergleichen sie die Eigenschaften hydraulischer Antriebe bei Betrieb mit HFA und HL.
    Betriebseigenschaften
    • HFA
    • Niedrige Viskosität ⇒ hohe Leckverluste, schlechte Schmierung, Pflege, Frostanfällig, nicht brennbar

    • HL
    • Brennbar insbesondere bei Leckagen, gute Schmiereigenschaften
  54. 2.08a Welchen Einfluss hat gelöste Luft im Öl?
    • In Hydraulikflüssigkeiten gelöste Luft (Absorption):
    • • Sauerstoff- und Stickstoff lagern sich in die Struktur der Flüssigkeit ein
    • ⇒ homogenes, molekulares Gemisch (echte Lösung) liegt vor
    • ⇒ die gelöste Luft erreicht Sättigungswert, der mit absolutem Druck steigt
    • ⇒ nur vom Druckabhängig, weniger von der Temperatur und Viskosität (steigt mit Druck)
    • ⇒ gelöste Luft beeinflusst nicht die physikalischen Eigenschaften des Hydrauliköls
    • ⇒ Bläschen- und Schaumbildung bei Druckabfall mgl.
  55. 2.08b Welchen Einfluss hat ungelöste Luft im Öl?
    • Ungelöste (freie) Luft in Hydraulikflüssigkeiten (Dispersion)
    • • in Form von feinverteilten Bläschen in der Flüssigkeit eingeschlossen
    • • bei einem Anteil von > 30 % Luft in Öl liegt Schaum vor
    • ⇒ beschleunigt die Öl-Alterung
    • ⇒ erhöht Kompressibilität und verringert Volumenbeständigkeit des Öls
    • => lässt Temperatur- und Druckspitzen entstehen
    • => verschlechtert Wärmeleitung und Wärmeübergang
    • => verursacht Kavitationsschäden an Pumpen und Ventilen
    • ⇒ zerstört Dichtungen, durch Zündung und Bildung brennbarer Gemische im Mikrobereich
    • • Luft-in-Öl-Dispersion
    • ⇒ Oberflächenschaum
    • ⇒ Kann von der Pumpe angesaugt werden
  56. 2.07a Die Viskosität von Ölen ist stark temperaturabhängig. Beschreiben Sie die übliche Darstellungsweise.
    • Darstellung:
    • dynamische Viskosität:
    • kinematische Viskosität:
    • die kin. Visk. wird bei Strömungsvorgängen benutzt
    • Viskositätsklassen:
    • DIN 51502 Bezug 50°C (Einteilung DIN-Klassen)
    • ISO VG Bezug 40°C (Einteilung ISO-Klassen)
    • Einteilung in SAE-Klassen

    Kennlinien im Ubbe-Lohde-Diagramm werden zur Linearisierung der im Betriebsbereich stark gekrümmten Kurven logarithmisch aufgetragen (Temperatur wird auf die x-Achse und die dynamische Viskosität wird auf diey-Achse aufgetragen) (dioppelt-log. Visk. über log. Temp.)

    • Der Stockpkt bei tiefen Temp. u der Plammpkt bei hohen Temp. sind Einsatzgrenzen des Fluids. Der Betriebsbereich eines Hydrostatischen Gebietes ist durch die Einsatzgrenzen der bauelemente gegeben.
    • Bei tiefen Temp. muss das Ansaugen der Pumpen u das Durchströmen der Ventile eine Mindestvisk. erreicht werden, notfalls durch Tank und Rohrheizung zumind. für den Anfahrbereich. Die max. Öltemp. (ca.80°C) ist durch stark fallende Visk. u damit fallenden vol. Wirkungsgrad begrenzt.
    • Die Grenzen sind bauarttypisch unterschiedlich u sind den Datenblättern der Hersteller zu entnehmen.
  57. 2.07b Die Viskosität von Ölen ist stark temperaturabhängig.
    Geben Sie die Unter- und Obergrenze für das Öl an.
    • Einsatzgrenzen für Öl:
    • theoretisch
    • Stockpunkt: Temperatur, bei der das Öl zu fließen aufhört Stockpunkt < niedrigste Betriebstemperatur
    • Flammpunkt: Öltemperatur, bei der sich über dem Flüssigkeitsspiegel ein entzündbares Öldampf-Luft-Gemisch bildet.
    • Empfohlener Bereich
    • v= 12-100
  58. 2.07c Die Viskosität von Ölen ist stark temperaturabhängig.
    Geben Sie die Unter- und Obergrenze für praktischen Betriebseinsatz.
    • praktisch
    • • Für tiefe Temperaturen zum Ansaugen der Pumpen ->Mindestviskosität -> Abhilfe: Tankheizung
    • • Maximale Startviskosität durch Pumpen festgelegt -> sonst: Kavitation, Geräusche, Strömungsverluste
    • • Max. Öltemperatur von ca. 80°C ist durch stark fallende Viskosität unddamit fallenden volumetrische Wirkungsgrad begrenzt
    • • Hydrodynamische Lager ⇒ Tragfähigkeit
    • • Durch Bauteile (poliert, gehärtet)
  59. 3.2.01 Hydromotoren arbeiten mit hohen Betriebsdrücken d.h. großen Kolbenkräfte und kleine Lastwinkel. Was folgt daraus für den Einsatz von Verstellmotoren? Erläutern Sie dieses am Schema einer Keilmaschine.
    • Bei der Pumpe schiebt der Keil den Kolben -> läuft immer
    • Bei dem Motor schiebt der Kolben den Keil -> Selbsthemmung möglich, bei zu kleinem Winkel
    • tan a >= µ; a >= arctan µ
    • Anlaufen des Motors: Maximaler Schwenkwinkel, langsames Herabsetzen des Schwenkwinkels, um Drehzahl bis auf Nenndrehzahl zu bringen. (Volumenstrom der Pumpe = V0M * nM) Motor muss vor Überdrehzahl geschützt werden, der Abriegelpunkt des Motors liegt meistens lange vor dem Winkel, den man bei Selbsthemmung erreicht. Des Weiterenhat der Rotor ein Trägheitsmoment, das bei Rotation der Selbsthemmung entgegenwirkt. Daher ist das Problem der Selbsthemmung ist bei Keilmaschinen in der Praxis nicht relevant.
    • >>>>Problem bei Hebelmaschinen: zu kleiner Hebelarm ⇒ zu große Kräfte =>Selbstzerstörung>>>>
  60. 3.2.02 Nennen Sie drei Bauformen für Schwenkmotoren und geben Sie an, wie diese sich unter ruhender Last verhalten.
    • • Flügelmotor
    • -Schwenkwinkel <300°
    • -Spaltdichtung, daher Leckströme weniger gut für ruhende Lasten

    • •Zahnstangenmotor
    • -Schwenkwinkel >360°
    • -Links-/Rechtslauf
    • -Kolbenantrieb, daher gute Abdichtung, gut für ruhende Lasten (Dichtung verhindert selbst bei aufgeprägter Last und Stillstand keine Leckströme)

    • •Steilgewindeschwenkmotor
    • -Schwenkwinkel >360°
    • -Links-/Rechtslauf
    • -Kolbenantrieb, 45°-Innenverzahnung, gute Abdichtung am Kolben, noch besser fürruhende Lasten (Dichtung
    • verhindert selbst bei aufgeprägter Last und Stillstand keine Leckströme)
    • 3 Typen:
    • - Gewindepaarung Kolben-Abtriebswelle
    • - Gewindepaarung Kolben-Gehäuse (beide Typen mit Schiebegelenk auf Abtriebswelle)
    • - Kurzhubmotor: Gewindepaarung Kolben-Abtriebswelle mit gegenläufiger Gewindepaarung Kolben-Gehäuse
  61. 3.3.1.02 Die Kolben der Schieber-Wegeventile werden häufig mit umlaufenden Rillen (Nuten) ausgeführt. Beschreiben Sie, welchem Nachteil damit begegnet wird, indem Sie die physikalische Ursache und das daraus folgende Betriebsverhalten nennen.
    • Durch die Rillen kann beim Verkanten des Schieberkolbens ein Druckausgleich erfolgen und somit eine Momentaufhebung gewährleistet werden. Wären diese Rillen nicht vorhanden, so würde die Hydraulikflüssigkeit sich auf der einen Seite stauen und das Klemmmoment würde sich weiter erhöhen. Durch eine leichte Schrägstellung des Schieberkolbens nimmt die Drosselung über dem Spalt ab und auf der anderen Seite nimmt sie zu. ⇒ es kommt zu einer ungleichen Druckverteilung ⇒ dadurch erhöht sich das Moment noch weiter und somit kommt es zum „hydraulic lock“.

    • •Wenn Kolben Konzentrisch sind keine Probleme
    • •Durch den Hebel kommt der Kolben in die Schieflage
  62. 3.1.05 Mit welchem Messverfahren kann man den Leckverlust einer Pumpe direkt bestimmen?


    • bei n0 ist η=0
    • (p=const.)
    • Um den Leckstrom zu bestimmen braucht man VH (Hubvolumen) und n0 (Schlupfdrehzahl)

    • Zuerst das Hubvolumen bestimmen: Auf Druck- und Saugseite Steigleitung aufbauen, 10 Umdrehungen mit der Pumpe machen, das geflossene Volumen messen und durch 10 teilen
    • Der so ermittelte Leckvolumenstrom ist etwa proportional zum Druck, welcher durch das Moment aufgeprägt ist.



    Zum Bestimmen des Schlupf-Volumens: Pumpe entlüften, Absperren der Zu- und Ablaufleitung. Aufbringen eines konstanten Moments auf die Welle der Pumpe. Zum Beispiel mit einer Riemenscheibe und einem Seil mit Gewicht die Pumpe drehen. Die Pumpe dreht sich mit der Drehzahl n (Drehzahl pro Zeiteinheit).

  63. 3.1.02a Geben Sie die beiden Bauprinzipien für Hydropumpen an undvergleichen Sie diese hinsichtlich Druckbereich.
    • Umlaufverdränger
    • 63 - 300 bar (abhängig von der Möglichkeit der Druckkompensation)

    • Hubkolbenverdränger
    • bis 1000 bar (abhängig von der Möglichkeit der Druckkompensation)
  64. 3.1.02b Geben Sie die beiden Bauprinzipien für Hydropumpen an undvergleichen Sie diese hinsichtlich Verstellmöglichkeiten.
    • Umlaufverdränger
    • verstellbar: Flügelzellen
    • nicht verstellbar: Schraubenpumpe, Zahnpumpen

    • Hubkolbenverdränger
    • verstellbar: Radial, Schägscheibe, Schrägachse, Reihenkolbenpumpe (durch verstellbaren Auslasshöhe)
    • nicht verstellbar: Taumelscheibe
  65. 3.1.02c Geben Sie die beiden Bauprinzipien für Hydropumpen an undvergleichen Sie diese hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad.
    • Umlaufverdränger
    • 0,7 bei schlechten Außenzahnradpumpen und Gerotor (wegen der Leckverluste) bis max. 0,93

    • Hubkolbenverdränger
    • 0,7 Reihenkolbenpumpe bis max. 0,92
  66. 3.1.02d Geben Sie die beiden Bauprinzipien für Hydropumpen an undvergleichen Sie diese hinsichtlich Leckverluste.
    • Umlaufverdränger
    • ⇒ Zahnräder schwierigerabzudichten als Kolbenpumpen
    • ⇒ Durch höhere Fertigungsqualität kleinerer Leckvolumenstrom
    • -> höhere Leckverluste

    • Hubkolbenverdränger
    • ⇒ Präzise Fertigung Möglich
    • ⇒ Druckkompensation bei Kolben durch Hohlbohrungen in den Kolben, dadurch Aufweitung
    • -> geringere Leckverluste
  67. 3.1.02e Geben Sie die beiden Bauprinzipien für Hydropumpen an und vergleichen Sie diese hinsichtlich Lebensdauer (Hinweis: Empfindlichkeit gegen Schmutz, Spaltform)
    • Umlaufverdränger
    • bei Zahnpumpen, insb.Außenzahnrad
    • ⇒ beste Lebensdauer unempfindlich gegen Schmutz
    • ⇒ gute Lagermöglichkeit
    • ⇒ Zähne haben Spiel ?
    • Schraubenpumpen
    • ⇒ hohe Lebensdauer

    • Hubkolbenverdränger
    • Allgemein gute Lebensdauer (Aufgrund der guten Schmierung und präziser Fertigungsgenauigkeit)
  68. 3.2.07 Welche Lastgrenzen begrenzen wesentlich den Einbau von Hydraulikzylindern?
    • Grenze beim Einbaufall ist meist die Knicklast:
    • mit
    • Wobei β der Knicklängenbeiwert ist und L die ausgefahrene Länge des Stabes.
  69. 5.1.02 Beschreiben Sie den grundsätzlichen Aufbau einer Taktstufensteuerung und nennen Sie ihre Vor- und Nachteile im Vergleich zur gesteuerten Verknüpfungsschaltung.
    • Verknüpfungssteuerungen:
    • Den Signalzuständen der Eingangssignale werden bestimmte Signalzustände der Ausgangssignale zugeordnet. Während eines Bearbeitungszyklus werden alle Verknüpfungen bearbeitet und ausgeführt. Bei den Verknüpfungssteuerungen ist kein zeitlicher Ablauf gegeben. Alle bzw. die erforderlichen Bedingungen des Steuerprogramms müssen gleichzeitig untersucht werden.
    • ⇒ Verknüpfungssteuerung ohne Speicherverhalten: Kombination aus boolescher Verknüpfungen.. UND, ODER, NAND….
    • ⇒ Verknüpfungssteuerung mit Speicherverhalten: Eine Speicherfunktion liegt dann vor, wenn ein kurzeitig auftretender Signalzustand festgehalten, also gespeichert wird.

    • Ablaufsteuerung: (Taktstufensteuerung)
    • Ablaufsteuerungen sind Steuerungen mit zwangsläufig schrittweisem Ablauf, bei denen das Weiterschalten von einem auf dem programmmäßig folgenden abhängigvon einer Weiterschaltbedingung erfolgt. Es gibt Taktstufensteuerungen mit erfolgsquittierender Rückmeldung und zeitgeführte Taktstufensteuerungen. Es ist immer nur ein Schritt aktiv, mehrere Schritte nur dann, wenn sie explizit alsgleichzeitig zu bearbeitenden Schritte programmiert sind.
    • Vorteile der Ablaufsteuerung gegenüber der Verknüpfungssteuerung:
    • - das in Schritte unterteilte Programm ist übersichtlich, leicht wartbar underweiterbar.
    • - einfach grafisch in Ablaufsprache programmierbar
    • - Die Fehlererkennung ist komfortabel und Aussagekräftig

    • Anwendung:
    • Maschinensteuerungen in der Fertigungstechnik Rezeptursteuerungen in der Verfahrenstechnik
  70. 5.1.03 Nennen Sie die Eigenschaften, Vor- und Nachteile, von zeitgeführten und prozessgeführten Steuerungen.
    • • Zeitgeführte Steuerungen
    • ⇒ Prozess läuft in zeitlicher Abfolge ab, unabhängig vom Zustand der Elemente (kein Not-Aus bei Störungen)
    • ⇒ Bei Störung läuft der Prozess weiter -> Gefahr von Schäden
    • ⇒ Nur für einfachste Anwendungen kaum brauchbar
    • ⇒ Teilbereiche auch in prozessgeführten Steuerungen, dann problematisch
    • Anwendungen: z.B. Gussöfen wo der Endlagentaster nicht anbringbar ist.
    • • Prozessgeführte Steuerungen
    • ⇒ Ausgangssignale in Abhängigkeit vom Prozess, bei Fehlern im Ablauf Unterbrechung (Störung)
    • ⇒ Höhere Sicherheit als bei zeitgeführten Steuerungen
    • ⇒ Jeder Schritt ist abgeschlossen bevor der nächste beginnt
    • ⇒ Unübersichtlicher als zeitgeführt
    • ⇒ Üblich, zumindest bei umfangreicheren Steuerungsproblemen (in der Regel mit zusätzlichen Zeitgliedern)
    • ⇒ Entsteht aus Verknüpfungssteuerungen durch Setzen von Abfragenund Merkern

    • • Zeit- und prozessgeführte Steuerungen
    • ⇒ Wie prozessgeführte Steuerungen, jedoch zusätzliche zeitabhängige Elemente
    • ⇒ Ggf. Verzögerungszeiten im Prozessablauf (unproblematisch) oder als Ersatz für Sensoren, Zylinderschalter o.ä. (dann problematisch, s. zeitgeführte Steuerungen)
  71. 5.2.07 Zeigen Sie die Möglichkeit zur Kennlinienveränderung bei Druckluftlamellenmotoren.
    Änderung der Kennlinie auf 2 verschiedene Weisen möglich:

    • Drosselung des Luftstromes
    • Je nach Bedarf (Drehmoment-, Drehzahlveränderung), können Drosselventile in die Zu- oder Abluft des Motors eingebaut werden. (im Skript steht Einlassseite)Wenn ein hohes Anziehmoment beibehalten, aber die Drehzahl verringert werden soll, ist der Einbau von Drosselventilen die beste Methode zur Änderung der Motorleistung. (Drehmoment und Leerlaufdrehzahl sinken, Kennlinie wird weicher)

    • • Veränderung des Arbeitsdruckes - Druckregelung
    • Ein Druckregler wird immer in den Zuluftschlauch des Motors eingebaut. Die Verwendung eines Druckreglers ist ideal, wenn das Abwürgemoment (Anlaufmoment) geregelt werden soll und ein hohes Anzugsmoment von untergeordneter Bedeutung ist.(Kennlinie wird "Parallel" verschoben Lastverhalten änder sich nicht)
    • ⇒ dadurch Möglichkeit der Drehmomentanpassung und Drehzahlverstellung, Anpassmöglichkeit des Arbeitspunktes auf der Kennlinie an Lastkennlinie
    • evtl. auch ein geringer spezifischer Luftverbrauch durch Drehzahlregler
  72. 5.2.06 Welchen Grunddrehzahl haben kleine Druckluftlamellenmotoren und wie wird die Betriebsdrehzahl erreicht?
    • Grunddrehzahl: 30000 U/min
    • Betriebsdrehzahl:
    • Schliefen: 3000 U/min
    • Bohren: 1000 U/min
    • Schrauben: 40 U/min

    • Kleine Motoren haben hohe Leerlaufdrehzahl: 20 000 – 25 000 U/min. Das Anlaufmoment liegt bezogen auf das Diagramm, bestenfalls bei 200% und schlimmsten falls bei 150%. Das hängt nur von der Anfangsstellung der Rotorblätter ab beim Einströmen der Luft. Expansionsverhältnis kann bis zu 1:1,6 betragen, sonst besteht die Gefahr der Vereisung der Maschine. Dadurch kann ein Teil des Druckes der Druckluft in der Maschine nicht in mechanische Arbeit umgewandelt werden, sondern wird weitergeleitet.
    • Erreicht werden die hohen Drehzahlwandlungen über Planetenradgetriebe, die teilweise auch modular steckbar am DLM befestigt werden u so einen großen Drehzahlbereich ermöglichen.
  73. 5.2.05 Warum haben Druckluftlamellenmotoren einen großen Einsatzbereich in der Werkzeug- und Montagetechnik?
    • Eigenschaften:
    • - hohes Leistungsgewicht, dabei noch handlich u. stylisch
    • - Schmierung des Motors über die Arbeitsluft, immer möglish u. billig
    • - robust
    • - Überlastschutz (Kein Schaden bei Überlast), kein Funkschlag wie beim E-Motor (gute Betriebssicherheit)
    • - Drehmomen einfach einzustellen (Betriebsdruck, Drosselung), ohne extra Getriebe
    • - Dank gut verlegten Druckluftnetz in der Firma überall einsetzbar
    • - sehr großer Regelbereich, daher viele Einsatzgebiete
    • - Bei Beschädigung der Leitung keine schwerwiegenden Folgen!!! Leitung kann von jedem repariert werden. (bei elektrischer Leitung ist es vom Gesetz her nicht erlaubt!!!)
    • - eine Leistungsdichte, die fast allen anderen Motoren überlegen ist: 75 % leichter und 85 % kleiner als ein gleichstarker Asynchron-Elektromotor
    • - die Leistung passt sich automatisch der aufgebrachten Belastung an
    • - über einen weiten Drehzahlbereich auf drucklufttypisch einfache Weise stufenlos regelbar
    • - Effektive Druckluftnutzung mit Einstellen der max. Drehzahl mit Fliehkraft-Drehzahlregler möglich
  74. 5.2.02 Zeigen Sie die Unterschiede von Hydraulik- und Pneumatikventilen.
    • Hydraulik-Ventile
    • 1. Ablaufstrom in den Tank
    • 3. Mittelstellung möglich

    • Pneumatik-Ventile
    • 1. Ablaufstrom an die Umgebung + Schalldämpfer
    • 2.Geringer Druck ⇒ Alu-Legierung reicht, außerdem Korrosionsschutz: kein “Ausblühen” bei Feuchtigkeitseintritt, Schaltelemente, Federn und Einbauteile sind aus rostfreiem Edelstahl oder Messing
    • 3. Mittelstellung nicht sinnvoll
  75. 5.2.01 Wodurch unterscheiden sich Hydraulik- und Pneumatik-Arbeitskreise?
    • Hydraulikarbeitskreis
    • 1. Konstantstromnetz
    • 2. Keine Stromstärkenänderung, wenn keine Stromteilung am DBV Volumenstrom=VH*n
    • 3. Druckverluste: Dp~r/2 c2
    • 4. hohe Betriebsdrücke u. Leistungen
    • 5. kompl. u. teure Dichtungen sind notw., aufwändige Bauweise

    • Pneumatikarbeitskreis
    • 1. Konstantdrucknetz
    • 2. Durch Drosselung sinkt Dp. Das führt zu Volumenstromabnahme.Volumenstrom ~ Wurzel(DpVerbraucher)
    • 3. Druckverluste in der Pneumatik nicht so wichtig, da: rLuft/rÖl=1/ 700...800
    • 4. geringe Betriebsdrücke
    • 5. einfache Dichtungen, da Leckverluste wegen geringer Fluiddichte nicht tragisch sind
  76. 5.1.04 Wie unterscheiden sich die gezeigten Folgesteuerungen?
    Eintakt- und Mehrtakt-(Folgestuerung) Steuerungen
    • - Steuerung immer eindeutig -> Eintakt-(Folge)Steuerung
    • - Steuerung nicht eindeutig -> Mehrtakt-(Folge)Steuerung, Marker setzen
    • - Abläufe unterscheiden sich generell
  77. 5.1.01 Beschreiben Sie die Begriffe Eintakt- und Mehrtakt-Steuerungen. Wodurch unterscheiden sie sich grundsätzlich?
    • - Steuerung immer eindeutig -> Eintakt-(Folge)Steuerung
    • - Steuerung nicht eindeutig -> Mehrtakt-(Folge)Steuerung, Marker setzen
    • - Abläufe unterscheiden sich generell

    Bei Eintaktsteuerungen ist jede Signalkombination genau einmal innerhalb eines Taktes vorhanden und damit ist jeder Signalzustand eindeutig.Man kann die Eindeutigkeit mit einem mathematischen Verfahren feststellen: Um die Zylinderzustände zu beschreiben, werden ihre Zustände mit “0” und “1”beschrieben. Der entsprechende Zylinder wird einer 2-er Potenz zugeordnet. Die Summe der Produkte aus der 2-er Potenz mit der den Zustand beschreibenden Zahl“0” oder “1” wird als Binärsumme verstanden. Aus der Binärsumme bei einer Eintaktsteuerung kann auf einen eindeutigen Zustand der Zylinder geschlossen werden. Bei der Mehrtaktsteuerung ist das nur mit einem Merker möglich.

    • Eintaktsteuerung:
    • Arbeitsfolge mit 2 Zylindern:
    • ⇒ Zylinder A soll nach start ausfahren
    • ⇒ Wenn Zylinder A aus -> dann soll Zylinder B ausfahren
    • ⇒ Wenn Zylinder B aus -> dann soll Zylinder A einfahren
    • ⇒ Wenn Zylinder A ein -> dann soll Zylinder B einfahren
    • Befehle:
    • A+ = Zylinder A soll ausfahren
    • A-= Zylinder A soll einfahren (B analog)
    • Stellungen:
    • A0 = Zylinder A eingefahren
    • A1 = Zylinder A ausgefahren (B analog)
    • Signale:
    • A0 -> a0 (0)
    • A1 -> a1 (1) (B analog)
    • Summe bei Schritten unterschiedlich, Signalzustand eindeutig ⇒ Steuerung ablauffähig
    • Schritte:
    • Schritt 0: -> A+ = St Λ a0 Λ b0
    • Schritt 1: -> B+ = a1 Λ b0
    • Schritt 2: -> A- = a1 Λ b1
    • Schritt 3: -> B- = a0 Λ b1
    • Schritt 4: -> = a0 Λ b0

    • Mehrtaktsteuerung:
    • Arbeitsfolge mit 2 Zylindern, Speicherfunktion
    • • Zylinder A soll ein Werkstück spannen
    • • Zylinder B soll ein Bohrmaschinenvorschub sein
    • ⇒ Wenn Zylinder A aus (spannen) -> dann soll Zylinder B ausfahren (Bohren)
    • ⇒ Wenn Zylinder B aus (Bohren ende) -> dann soll Zylinder B einfahren
    • ⇒ Wenn Zylinder B ein -> dann soll Zylinder A einfahren (Entspannen)

  78. 3.1.06a Zeigen Sie den Drehzahleinfluss auf den Leckstrom bei einem Kolben / Zylinderspalt.
    • Kolben / Zylinderspalt:
    • Kein Drehzahl-Einfluss.
    • Der Kolben bewegt sich hin- und her. Es ergibt sich folgendes Strömungsgeschwindigkeitsfeld zwischen den bewegten Flächen:
    • Da sich der Kolben hin- und zurück bewegt, wird soviel Flüssigkeit rein- wierausgeschöpft. (Kein Drehzahl-Einfluss.)
  79. 3.1.06a Zeigen Sie den Drehzahleinfluss auf den Leckstrom bei einem Gleitschuh.
    • Gleitschuh: Drehzahl-Einfluss existiert.
    • Es ergibt sich folgendes Druckgebirge aus der Überlagerung von statischem Druck und hydrodynamischem Druck:
    • Mit Abweichungen von der Nenndrehzahl ergibt sich eine andere Relativgeschwindigkeit zwischen Gleitschuh und Gleitfläche. So verändert sich auch der hydrodynamische Druckaufbau und die Kippwirkung auf den Gleitschuhverändert sich ebenfalls. Durch die veränderte Kippwirkung stellt sich der Gleitschuh schräg, wodurch sich auf der einen Seite des Gleitschuhs eine größere Spaltöffnungergibt und die Leckströme dort stark ansteigen. (Leckvolumenstrom ~ (Spaltgröße)³)Bei Nenndrehzahl wirkt die resultierende Kraft des Druckgebirges in der verlängerten Kolbenachse, so dass sich kein kippendes Drehmoment auf den Gleitschuh einstellt.

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