Zusammenfassung Skript Grundlagen der Ölhydraulik
Hydraulische Antriebe
Hydraulische Antriebe werden nicht im klassischen Sinne als Antriebe gesehen sondern
sind mehr als Getriebe (z.B. Riementrieb) zu sehen in denen Kräfte, Momente und
Drehzahlen umgewandelt werden. Das Moment M 1 und die Drehzahl n 1 eines
Antriebsmotors z.B. Elektro- oder Verbrennungsmotor werden über eine Hydraulische
Pumpe in einen Druck p 1 und einen Volumenstrom Q1 umgewandelt. Hierbei ist zu sagen
dass das Moment des Antriebsmotor proportional zum erzeugten Druck in der Pumpe ist
und dass die Drehzahl des Antriebsmotors proportional zum Volumenstrom der Pumpe.
Die komplette Leistung des Antriebsmotors lässt sich mit der Formel
P Mech=2⋅π⋅M 1⋅n1 =M 1⋅ω ausdrücken. Diese Leistung ist wiederum gleich zu setzen mit
der hydraulischen Leistung P Hyd =p1⋅Q1 . Der hier erzeugte hydraulische Leistung lässt
sich wiederum, auf Umwegen durch Schläuche, Ventile und anderes hydraulisches
Zubehör durch einen hydraulischen Motor ( P Hyd =p 2⋅Q 2 ) oder in eine Hubbewegung durch
einen hydraulischen Zylinder ( P 2 =F 2⋅v 2 ) umwandeln. Da eine Pumpe nur in der Lage ist
den Ölvolumenstrom in eine Richtung zu fördern ist bei Anlagen ein Ventil notwendig dass
den Volumenstrom in seiner Fließrichtung umkehren kann. Damit in Anlagen der Druck in
den Leitungen nicht auf Grund von zu hohen Belastungen zu hoch wird und die Gefahr
entsteht dass es zu Schäden an Bauteilen geht werden gleich hinter einer Pumpe einer
Anlage Druckbegrenzungsventile verbaut die den maximalen Druck einstellen der nicht
überschritten werden kann.
Hydrodynamische Antriebe
Bei hydrodynamischen Antrieben wird die Leistung hauptsächlich durch die kinetische
Strömungsenergie des Fluids übertragen. Das Prinzip dieses Antriebes lässt sich
anschaulich durch zwei Ventilatoren darstellen
Vor und Nachteile von ölhydraulischen/pneumatischen Antrieben
Pneumatische Antriebe:
Vorteile Nachteile
hohe Geschwindigkeit und Drehzahlen möglich. • große Schwankungen (Weg und
Geeignet für Geschwindigkeiten von >5m/s Geschwindigkeit) Ursache hierfür ist die
• leicht und einfach steuerbar Änderung des Luftvolumens bei
• Luft als Medium steht unbegrenzt zur Druckänderung (Kompressibilität)
Verfügung • weniger kompakt als Hydraulik
• keine Umweltproblematik • geringes Arbeitsvermögen (0,7-0,8 MPa
wegen Vereisung bei Expansion)
• sehr große Erwärmung und Abkühlung bei
Druckänderungen
• schlechter Wirkungsgrad
,Hydraulische Antriebe:
Vorteile Nachteile
• verschleißarm (-frei) • schlechter Wirkungsgrad (bei Δn)
• stoßdämpfend • schlecht regelbar, der Betriebspunkt kann
• Anpassung der Übersetzung an nur auf einer Linie wandern.
Lastverhältnis
• weiches, ruckfreies Anfahren bei hohen
Lasten ohne Abwürgen des Motors
Hydrostatische Antriebe:
Vorteile Nachteile
• einfacher Aufbau • geringer Wirkungsgrad (Reibung + Leck),
• freizügige Anordnung 60-70%
• hohe Leistungsdichte • Schlupf zwischen An - und Abtrieb
• gutes Zeiterhalten • hoher Herstellungsaufwand (Präzision der
• einfache Umwandlung rotierender in der Bauteile)
oszillierende Bewegung • Temperaturempfindlichkeit
• einfache Bewegungsumkehr (Viskositätsänderung)
• stufenlose Übersetzungsänderung unter • Dichtungsprobleme
Last • Lärm
• große Übersetzungsspanne • Leistungsverluste
• einfache Absicherung gegen Überlast • Leckage
• einfache Überwachung
• gute Automatisierungsmöglichkeit
• einfache Wärmeabfuhr durch das
Druckmedium selbst
• ideal in Kombination mit Mechanik
(Leistungsverzweigtes Getriebe)
Grundlagen
Druckflüssigkeiten
Die Druckflüssigkeit ist eines der wichtigsten Elemente der hydrostatischen Systeme und
stellt somit auch den Energieträger dar. Genauso wie die Beachtung von
Werkstoffkennwerten und besonderen Eigenschaften von Werkstoffen in der Mechanik,
müssen Konstrukteure in der Hydraulik auch Eigenschaften von Fluiden beachten. Mit
diesen Eigenschaften lassen sich Wirkungsgrad, Lebensdauer oder auch die Funktionen
von Pumpen oder Motoren beeinflussen.
Aufgaben und Anforderungen
Die Aufgaben von Druckflüssigkeiten lassen sich in der folgende Liste darstellen:
• Energieübertragung (Kraft und Bewegung)
• Schmierung der Reibpartner
• Wärmeabfuhr
• Korrosionsschutz
• Signalübertragung für Steuer und Regelungswerke
• Abtransport von Schmutz- und Verschleißpartikel in den Filter
,Aus diesen Eigenschaften lassen sich nun die Anforderungen formulieren. Diese können
sich auf Grund ihrer Komplexität auch in manchen Fällen widersprächen.
• geringe Abhängigkeit der Viskosität von Druck und Temperatur (Mehrbereichsöle)
• gute Schmier- und Verschleißschutzeigenschaften (Notlaufeigenschaften)
• gute Korrosionsschutzeigenschaften (Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen
beachten)
• gute Alterungsbeständigkeit (Widerstand gegen Oxidation, Schlamm- und
Harzbildung)
• gutes Luftblasenvermögen
• geringe Neigung zu Schaumbildung mit der Luft
• gute Scherfestigkeit
• gute Filtrierbarkeit
• gutes Luftlösevermögen
• geringe Dichte. Die dichte der Flüssigkeit hat keine Auswirkung auf die
übertragbare Leistung, sie beeinflusst nur die Masse des Systems. Was bei
hochdynamischen Vorgängen eine Rolle spielen kann.
• hoher Flammpunkt und hohe Zündtemperatur
• niedriger Preis und geringe Wartungsanforderungen
Arten und Stoffdaten
Die in ölhydraulischen Anlagen eingesetzten Fluide lassen sich in vier Gruppen einteilen.
• Druckflüssigkeiten auf Mineralölbasis
• schwerentflammbare Druckflüssigkeiten
• biologisch abbaubare Druckflüssigkeiten (z.B. Öle aus natürlich nachwachsenden
Rohstoffen)
• Wasserhydraulik
Die gängigsten ein hydraulischen Anlagen eingesetzten Öle sind die Mineralöle. Sie
werden zum Teil auch noch mit verschiedenen Additiven versetzt damit sie diverse
spezielle Anforderungen erfüllen können.
Schwerentflammbare Öle werden überwiegend im Bergbau, im Flugzeugbau und in
explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt.
Biologisch schnell abbaubare Öle werden auf Grund ihrer hohen Umweltfreundlichkeit
überwiegend im Bereich von Landmaschinen eingesetzt.
Mineralöle werden zur Unterscheidung und Einteilung in Viskositätsklassen „Viscosity
Garde VG“ eingeteilt.
Wegen der hohen Beeinflussbarkeit der Viskosität durch Temperaturen wurden für der
Festlegung einer VK die Bezugstemperatur von 40°C eingeführt.
, Überblick über wichtige Bezeichnungen hydraulischer Flüssigkeiten (national /
international):
Mineralöle Schwerentflammbare Öle Biologisch abbaubare Öle Wasser
national / international national / international national / international
H HH HFA HFA HETG
HL HL HFB HFB HEES
HLP HM HFC HFC HEPG
HV HV HFD HFD HEPR
HLP-D (F = Fire) (E = Earth)
Eselsbrücke Eselsbrücke
Gase als Fluide
Das am weitesten verbreitete gasförmige Fluid auf unserer Erde ist die Lust. Zu ihren
besonderen Eigenschaften zählen die Möglichkeit dass die komprimiert und gespeichert
werden kann, zum weiteren ist Luft auch in der Lage potentielle Energie auf zu nehmen.
Sie kann in Anlagen eingesetzt werden und nach dem Gebrauch wieder an die Umwelt
entlassen werden. Zu gasförmigen Fluiden zählt auch der Wasserdampf, der in der
Pneumatik allerdings keinerlei Bedeutung findet. Die thermodynamischen Gesetze haben
bei gasförmigen Fluiden eine viel größere Bedeutung als inkompressible Fluide. In Luft
können sich auch nicht gasförmige Elemente enthalten dich beim Betreiben einer
pneumatischen Anlage sehr unerwünscht sind. Zu diesen Elementen zählen Staub,
Wassertropfen, Schmierölreste oder Fetttropfen. Diese Art von Partikeln können zu
Korrosion, Verschmutzung und sogar zur Beschädigung der Anlage führen.
Physikalisches und technisches Verhalten/Eigenschaften
siehe Skript, ab Seite 18 bis 57
Energiewandlung für stetige Bewegung
Hydropumpe = Energiewandler für stetige Bewegungen, da die Aufgabe ist stetig
mechanische Energie in hydraulische Energie um zu wandeln. Für den Hydromotor gilt
genau das entgegengesetzte. Seine Aufgabe ist es hydraulische Energie wieder in
mechanische um zu wandeln. In der Regel werden Hydropumpen von Elektromotoren
angetrieben, beim mobilen Einsatz werden überwiegend Dieselmotoren ein gesetzt.
Axialkolbenmaschinen
Diese Bauart wird eingesetzte wenn die Anforderungen lauten:
• hoher Druck
• mittlerer Volumenstrom
• hohe Leistungsdichte bei kleinem Bauvolumen
Häufiger Einsatz bei Mobil- und Flugzeughydraulik
Hydraulische Antriebe
Hydraulische Antriebe werden nicht im klassischen Sinne als Antriebe gesehen sondern
sind mehr als Getriebe (z.B. Riementrieb) zu sehen in denen Kräfte, Momente und
Drehzahlen umgewandelt werden. Das Moment M 1 und die Drehzahl n 1 eines
Antriebsmotors z.B. Elektro- oder Verbrennungsmotor werden über eine Hydraulische
Pumpe in einen Druck p 1 und einen Volumenstrom Q1 umgewandelt. Hierbei ist zu sagen
dass das Moment des Antriebsmotor proportional zum erzeugten Druck in der Pumpe ist
und dass die Drehzahl des Antriebsmotors proportional zum Volumenstrom der Pumpe.
Die komplette Leistung des Antriebsmotors lässt sich mit der Formel
P Mech=2⋅π⋅M 1⋅n1 =M 1⋅ω ausdrücken. Diese Leistung ist wiederum gleich zu setzen mit
der hydraulischen Leistung P Hyd =p1⋅Q1 . Der hier erzeugte hydraulische Leistung lässt
sich wiederum, auf Umwegen durch Schläuche, Ventile und anderes hydraulisches
Zubehör durch einen hydraulischen Motor ( P Hyd =p 2⋅Q 2 ) oder in eine Hubbewegung durch
einen hydraulischen Zylinder ( P 2 =F 2⋅v 2 ) umwandeln. Da eine Pumpe nur in der Lage ist
den Ölvolumenstrom in eine Richtung zu fördern ist bei Anlagen ein Ventil notwendig dass
den Volumenstrom in seiner Fließrichtung umkehren kann. Damit in Anlagen der Druck in
den Leitungen nicht auf Grund von zu hohen Belastungen zu hoch wird und die Gefahr
entsteht dass es zu Schäden an Bauteilen geht werden gleich hinter einer Pumpe einer
Anlage Druckbegrenzungsventile verbaut die den maximalen Druck einstellen der nicht
überschritten werden kann.
Hydrodynamische Antriebe
Bei hydrodynamischen Antrieben wird die Leistung hauptsächlich durch die kinetische
Strömungsenergie des Fluids übertragen. Das Prinzip dieses Antriebes lässt sich
anschaulich durch zwei Ventilatoren darstellen
Vor und Nachteile von ölhydraulischen/pneumatischen Antrieben
Pneumatische Antriebe:
Vorteile Nachteile
hohe Geschwindigkeit und Drehzahlen möglich. • große Schwankungen (Weg und
Geeignet für Geschwindigkeiten von >5m/s Geschwindigkeit) Ursache hierfür ist die
• leicht und einfach steuerbar Änderung des Luftvolumens bei
• Luft als Medium steht unbegrenzt zur Druckänderung (Kompressibilität)
Verfügung • weniger kompakt als Hydraulik
• keine Umweltproblematik • geringes Arbeitsvermögen (0,7-0,8 MPa
wegen Vereisung bei Expansion)
• sehr große Erwärmung und Abkühlung bei
Druckänderungen
• schlechter Wirkungsgrad
,Hydraulische Antriebe:
Vorteile Nachteile
• verschleißarm (-frei) • schlechter Wirkungsgrad (bei Δn)
• stoßdämpfend • schlecht regelbar, der Betriebspunkt kann
• Anpassung der Übersetzung an nur auf einer Linie wandern.
Lastverhältnis
• weiches, ruckfreies Anfahren bei hohen
Lasten ohne Abwürgen des Motors
Hydrostatische Antriebe:
Vorteile Nachteile
• einfacher Aufbau • geringer Wirkungsgrad (Reibung + Leck),
• freizügige Anordnung 60-70%
• hohe Leistungsdichte • Schlupf zwischen An - und Abtrieb
• gutes Zeiterhalten • hoher Herstellungsaufwand (Präzision der
• einfache Umwandlung rotierender in der Bauteile)
oszillierende Bewegung • Temperaturempfindlichkeit
• einfache Bewegungsumkehr (Viskositätsänderung)
• stufenlose Übersetzungsänderung unter • Dichtungsprobleme
Last • Lärm
• große Übersetzungsspanne • Leistungsverluste
• einfache Absicherung gegen Überlast • Leckage
• einfache Überwachung
• gute Automatisierungsmöglichkeit
• einfache Wärmeabfuhr durch das
Druckmedium selbst
• ideal in Kombination mit Mechanik
(Leistungsverzweigtes Getriebe)
Grundlagen
Druckflüssigkeiten
Die Druckflüssigkeit ist eines der wichtigsten Elemente der hydrostatischen Systeme und
stellt somit auch den Energieträger dar. Genauso wie die Beachtung von
Werkstoffkennwerten und besonderen Eigenschaften von Werkstoffen in der Mechanik,
müssen Konstrukteure in der Hydraulik auch Eigenschaften von Fluiden beachten. Mit
diesen Eigenschaften lassen sich Wirkungsgrad, Lebensdauer oder auch die Funktionen
von Pumpen oder Motoren beeinflussen.
Aufgaben und Anforderungen
Die Aufgaben von Druckflüssigkeiten lassen sich in der folgende Liste darstellen:
• Energieübertragung (Kraft und Bewegung)
• Schmierung der Reibpartner
• Wärmeabfuhr
• Korrosionsschutz
• Signalübertragung für Steuer und Regelungswerke
• Abtransport von Schmutz- und Verschleißpartikel in den Filter
,Aus diesen Eigenschaften lassen sich nun die Anforderungen formulieren. Diese können
sich auf Grund ihrer Komplexität auch in manchen Fällen widersprächen.
• geringe Abhängigkeit der Viskosität von Druck und Temperatur (Mehrbereichsöle)
• gute Schmier- und Verschleißschutzeigenschaften (Notlaufeigenschaften)
• gute Korrosionsschutzeigenschaften (Verträglichkeit mit Dichtungswerkstoffen
beachten)
• gute Alterungsbeständigkeit (Widerstand gegen Oxidation, Schlamm- und
Harzbildung)
• gutes Luftblasenvermögen
• geringe Neigung zu Schaumbildung mit der Luft
• gute Scherfestigkeit
• gute Filtrierbarkeit
• gutes Luftlösevermögen
• geringe Dichte. Die dichte der Flüssigkeit hat keine Auswirkung auf die
übertragbare Leistung, sie beeinflusst nur die Masse des Systems. Was bei
hochdynamischen Vorgängen eine Rolle spielen kann.
• hoher Flammpunkt und hohe Zündtemperatur
• niedriger Preis und geringe Wartungsanforderungen
Arten und Stoffdaten
Die in ölhydraulischen Anlagen eingesetzten Fluide lassen sich in vier Gruppen einteilen.
• Druckflüssigkeiten auf Mineralölbasis
• schwerentflammbare Druckflüssigkeiten
• biologisch abbaubare Druckflüssigkeiten (z.B. Öle aus natürlich nachwachsenden
Rohstoffen)
• Wasserhydraulik
Die gängigsten ein hydraulischen Anlagen eingesetzten Öle sind die Mineralöle. Sie
werden zum Teil auch noch mit verschiedenen Additiven versetzt damit sie diverse
spezielle Anforderungen erfüllen können.
Schwerentflammbare Öle werden überwiegend im Bergbau, im Flugzeugbau und in
explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt.
Biologisch schnell abbaubare Öle werden auf Grund ihrer hohen Umweltfreundlichkeit
überwiegend im Bereich von Landmaschinen eingesetzt.
Mineralöle werden zur Unterscheidung und Einteilung in Viskositätsklassen „Viscosity
Garde VG“ eingeteilt.
Wegen der hohen Beeinflussbarkeit der Viskosität durch Temperaturen wurden für der
Festlegung einer VK die Bezugstemperatur von 40°C eingeführt.
, Überblick über wichtige Bezeichnungen hydraulischer Flüssigkeiten (national /
international):
Mineralöle Schwerentflammbare Öle Biologisch abbaubare Öle Wasser
national / international national / international national / international
H HH HFA HFA HETG
HL HL HFB HFB HEES
HLP HM HFC HFC HEPG
HV HV HFD HFD HEPR
HLP-D (F = Fire) (E = Earth)
Eselsbrücke Eselsbrücke
Gase als Fluide
Das am weitesten verbreitete gasförmige Fluid auf unserer Erde ist die Lust. Zu ihren
besonderen Eigenschaften zählen die Möglichkeit dass die komprimiert und gespeichert
werden kann, zum weiteren ist Luft auch in der Lage potentielle Energie auf zu nehmen.
Sie kann in Anlagen eingesetzt werden und nach dem Gebrauch wieder an die Umwelt
entlassen werden. Zu gasförmigen Fluiden zählt auch der Wasserdampf, der in der
Pneumatik allerdings keinerlei Bedeutung findet. Die thermodynamischen Gesetze haben
bei gasförmigen Fluiden eine viel größere Bedeutung als inkompressible Fluide. In Luft
können sich auch nicht gasförmige Elemente enthalten dich beim Betreiben einer
pneumatischen Anlage sehr unerwünscht sind. Zu diesen Elementen zählen Staub,
Wassertropfen, Schmierölreste oder Fetttropfen. Diese Art von Partikeln können zu
Korrosion, Verschmutzung und sogar zur Beschädigung der Anlage führen.
Physikalisches und technisches Verhalten/Eigenschaften
siehe Skript, ab Seite 18 bis 57
Energiewandlung für stetige Bewegung
Hydropumpe = Energiewandler für stetige Bewegungen, da die Aufgabe ist stetig
mechanische Energie in hydraulische Energie um zu wandeln. Für den Hydromotor gilt
genau das entgegengesetzte. Seine Aufgabe ist es hydraulische Energie wieder in
mechanische um zu wandeln. In der Regel werden Hydropumpen von Elektromotoren
angetrieben, beim mobilen Einsatz werden überwiegend Dieselmotoren ein gesetzt.
Axialkolbenmaschinen
Diese Bauart wird eingesetzte wenn die Anforderungen lauten:
• hoher Druck
• mittlerer Volumenstrom
• hohe Leistungsdichte bei kleinem Bauvolumen
Häufiger Einsatz bei Mobil- und Flugzeughydraulik
