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Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 1
Aktorik, SS 2011 Prof. A. Büngers 1
Fluidtechnische Aktoren
Signalfluss in der ProportionalhydraulikSignalfluss in der Proportionalhydraulik
Jede Weitergabe dieser Folien über die Vorlesung hinaus ist ohne Zustimmung des Autors nicht gestattet.
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Fluidtechnische Aktoren
2 Fluidtechnische Einrichtungen
3 Pneumatik Aktoren
4 Hydraulik Aktoren
1 Physikalische Grundlagen1 Einführung1 Physikalische Grundlagen1 Einführung
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Markt & TrendsFluidtechnik (Pneumatik & Hydraulik)
Umsatzvolumen (2009): 4,0 Mrd. Euro (Damit ging der Umsatz im Vergleich
zu 2007 (6,3 Mrd.) drastisch nach unten)
Exportvolumen (2009): 3,4 Mrd. Euro (71%)
Beschäftigte: 32.000 Personen (innerhalb von 10 Jahren um mehr als 23% gestiegen bis 2007)
Deutschland hat einen Welthandelsanteil von 33%.
Hydraulik70%
Pneumatik30%
Quelle: Fachverband Fluidtechnik im VDMA
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Position deutscher Anbieter im Weltmarkt
12%
46%22%
20%
Weltmarktführer
Top FiveObers Segment
Mittelfeld
Von den deutschen Fluidtechnik-Unternehmen sehen sich 12 %als Weltmarktführer, fast die Hälfte (47%) unter den Ersten 5.
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Fluidtechnische Aktoren
2 Fluidtechnische Einrichtungen
3 Pneumatik Aktoren
4 Hydraulik Aktoren
1 Physikalische Grundlagen1 Einführung
2 Fluidtechnische Einrichtungen
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Fluidtechnische Aktoren Signalfluss
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Fluidtechnische Aktoren Fluide
Die fluidtechnischen Aktoren übertragen genau wie die elektro-magnetischen Aktoren Kraft und Leistung zum Antreiben, Steuern und Bewegen für die Mechanisierung und die Automatisierung. In der Hydraulik (altgriechisch: hydor = Wasser) verwendet man Öl als Druckmedium, in manchen Bereichen auch Wasser. In der Pneumatik (altgriechisch: pneuma = Atem) wird Luft als Druck-medium eingesetzt. In der Fördertechnik kommen auch andere Flüssigkeiten und Gase zum Einsatz.
Die verschiedenen Medien werden unter dem Begriff Fluid zusammengefasst.
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Fluidtechnische Aktoren Leistungsfluss in fluidischen Anlagen
Im Gegensatz zu elektrischen Aktoren, für die die elektrische Energie direkt aus dem Netz bezogen werden kann, muss man fluidische Energie in Form eines Fluids bereitstellen, das unter einem bestimmten Druck steht. Dazu werden Pumpen verwendet, die mit Elektromotoren oder Verbrennungs-motoren angetrieben werden.
Die zugeführte Leistung Pzu = U • I bzw. Pzu = B • H (Heizwert H, Brennstoff-strom B) wird an der Motorwelle in Form von mechanischer Leistung P1 = M1 • ω1 an die Pumpe weitergeleitet. Das von der Pumpe geförderte Fluid transportiert Leistung Pf = Q • ∆p (Volumenstrom Q, Druck der Flüssig-keit gegenüber dem Rücklauf ∆p), die über Ventile gesteuert werden kann, an die fluidischen Antriebe, die an der Kolbenstange mechanische Leistung in Form einer Linearbewegung P21 = F • v oder an der Welle in einer Drehbe-wegung P22 = M2 • ω2 abgeben.
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Energiefluss in fluidischen Antrieben
Elektro-mechanisch
mechanisch-fluidisch
fluidisch-fluidisch
fluidisch-mechanisch
Pzu =B • H
Pzu =I • U
P22 =M2 • ω2
P1 =M1 • ω1Ph = Q • ∆p
Pumpe Ventil
Elektro-motor
Antrieb
Arbeits-maschine
Verbrennungsmotor
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Fluidtechnische Aktoren Hydraulikkreislauf (Beispiel)
Druck-begrenzungs-
ventil
4/3-Wegeventil
Pumpe
Reservoir
Motor
Schubmotor
Drehmotor
Rückschlagventil
Hydrospeicher
M
Antrieb
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Aktorik, SS 2011 Prof. A. Büngers 11
Fluidtechnische Aktoren
Symbole und Normen in der Pneumatik und der
Hydraulik
Krafterzeugung Energiewandler Technische Ausführung
Pneumatik
Überdruckstellantrieb
Unterdruckstellantrieb
StellzylinderMembranantriebDruckluftmotor*)
Membranantrieb
HydraulikÜberdruckstellantrieb Stellzylinder
Hydromotor*)
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Symbole und Normen in der Pneumatik und der Hydraulik
Wie auch in anderen Bereichen (z. B. in der Elektrotechnik) gibt es in
der Fluidtechnik einheitliche Formate für die Darstellung von Bau-
teilen.
Die verwendeten Symbole müssen die nachfolgenden Eigenschaften
erkennbar machen:
� Art der Betätigung
� Anzahl der Anschlüsse und deren Bezeichnung
� Funktionsprinzip
� Anzahl der Schaltstellungen
� vereinfachte Darstellung des Druckflussweges
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Anzahl der Recht-ecke = Anzahl derSchaltstellungen
2/2-Wegeventil2 Schaltstellungen
2 Anschlüsse
3/2-Wegeventil2 Schaltstellungen
3 Anschlüsse4/2-Wegeventil
2 Schaltstellungen4 Anschlüsse
4/3-Wegeventil3 Schaltstellungen
4 Anschlüsse
Druckbegren-zungsventil
Druckregel-ventil
Rückschlag--ventil
Drosselrück-schlagventil
Wegeventile Druckventile
Sperrventile
Symbole und Normen in der Pneumatik und der Hydraulik
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Symbol Benennung Symbol Benennung
Stromventil Ventilbetätigung
Drosselventil mit Druckknopf
Belüfteter Behälter,TankSpeicher
mit Tastrolle
mit Pedal
mit Feder
mit Taster
durch Elektromagnet
Symbole und Normen in der Pneumatik und der Hydraulik
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Aktorik, SS 2011 15Prof. A. Büngers
Symbole und Normen in der Pneumatik und der HydraulikSymbol Benennung Symbol Benennung
Pumpen und Motoren Zylinder
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Fluidtechnische Aktoren
Steuerung von fluidtechnischen
Aktoren
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Aktorik, SS 2011 17Prof. A. Büngers
Fluidtechnische Aktoren Steuerung von Fluidtechnischen Aktoren
Die Steuerung von fluidischen Aktoren erfolgt grundsätzlich durch
Ventile oder durch das Verändern des Fördervolumens.
Steuerung über Ventile
� Energetisch ungünstiger, da durch Druckabfall am Ventil
Energieverluste entstehen können.
� schnelles Verfahren
Steuerung über die Volumenstromänderung
� Energetisch gut;
� Regelung eher langsam, da die Volumenänderung über
Pumpen und Motoren erfolgt.
Aktorik, SS 2011 18Prof. A. Büngers
Fluidtechnische Aktoren Steuerung von Fluidtechnischen Aktoren
Die Ventile werden eingeteilt nach der Beeinflussung der fluidischen Leistung P = Q • p (Volumenstrom • Druck) in � Stromventile � Beeinflussung des Volumenstroms (Q)� Druckventile � Beeinflussung des Druckes (p).
� Druckventile� zur Druckbegrenzung (Sicherheitsventile) und � andererseits zur Druckabsenkung (vom Druckfluss unabhängig)
(sog. Druckreduzierungsventile).
� Stromventile� Über Stromventile wird der Strömungswiderstand verändert ( z. B.
Schiebeventile).
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Aktorik, SS 2011 19Prof. A. Büngers
Fluidtechnische Aktoren Druckventile
Druckbegrenzungsventil Druckreduzierungsventil
Steuerschieber
Tank (Hydraulik)Umwelt (Pneumatik)
FlächeA
p
Steuerschieber
FlächeA
p
p1
Bei steigendem Druck (p) wird der Schieber entgegen der Federkraft nach unten be-wegt. � Federkraft legt Druck fest!
Federkraft wird durch den Druck p1 • A erhöht, damit legt die Federkraft die Differenz p und p1fest. (Vergleich: Zehnerdiode)
Aktorik, SS 2011 20Prof. A. Büngers
Wegeventile als EnergiestellerWegeventile sind die Energiesteller der fluidtechnischen Aktoren. Mit ihnen werden die Wege des Luft- oder Ölstromes beeinflusst. Das Schaltsymbol gibt Aufschluss über, die Zahl der Anschlüsse, der betr. Schaltstellung und der Betätigungsart. Es besagt jedoch nichts über den konstruktiven Aufbau, sondern gibt lediglich die Funktion wieder.Konstruktive Aufbauten von Wegeventilen
�Sitzventile (Bei Sitzventilen werden die Wege mittels Kugeln, Teller, Platten oder Kegel geöffnet oder geschlossen.)
�Kugelsitzventil�Tellersitzventil
�Schiebeventile�Längsschiebeventil (Kolbenventil)�Längs-Flachschiebeventil�Plattenschiebeventil
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Aktorik, SS 2011 21Prof. A. Büngers
Wegeventile als EnergiestellerBeispiel Kugelsitz- & Schieberventil (Hydraulik)
R
A
P
R
A
P
Abb.: 5/2-Wegeventil, Längsschieberprinzip
Abb.: 3/2-Wegeventil, Sperr-Ruhestellung
3 Anschlüsse und 2 Schaltstellungen (Signale: Setzen und Rücksetzen).
5 Anschlüsse und 2 Schaltstellungen
(Zufluss)
(Arbeits-anschluss)
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Anschluss- & Kurzbezeichnungen für Wegeventile (5/2 Wegeventil)
315
4 2
1214 a b
Wegeventil
Anzahl der Anschlüsse
Anzahl der Schaltstellungen
Schaltkreis-nummern
Bauteil-kennzeichnung
Bauteil-nummer
5 2 6 V 7
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Aktorik, SS 2011 23Prof. A. Büngers
Wegeventile als EnergiestellerBeispiel Schaltsymbol (Hydraulik)
5/3-Wegeventil5 Anschlüsse3 Schaltstellungen
1. Zahl = Anzahl der gesteuerten Anschlüsse
2. Zahl = Anzahl der Schaltstellungen
Buchstaben-Kennzeichnung
Öffnung oder Anschluss
P Druckanschluss/ Zufluss
A, B, C Arbeitsleitung
R, S, TEntlüftungsleitung/
Abfluss
X, Y, Z Steueranschlüsse
Die Anschlüsse der Wegeventile werden bei hydraulischen Systemen durch Buchstaben gekennzeichnet
Arbeits- und Steuerleitungen
1 2 3
P
BA
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Beispiele (Pneumatik)5/2 & 3/2-Standardansteuerungen
3/2-Standardansteuerung, handbetätigt mit Federrückstellung für einfach
wirkender Zylinder
5/2-Standardansteuerung, elektromagnetische Ansteuerung
für doppelwirkende Zylinder
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Aktorik, SS 2011 25Prof. A. Büngers
Schaltbeispiel
In der Abbildung ist ein Schaltplan dargestellt, in dem der doppelt wirkende Zylinder 1A1von dem 3/2-Wegeventil 1S1 angesteuert wird. Nach Betätigung von 1S1 schaltet das Impulsventil 1V1 in die Stellung 2, wodurch der Zylinder ausfährt. In seiner Endlage betätigt er das 3/2-Wegeventil 1S2 (Endschalter). Dieses schaltet das Ventil 1V1 wieder in die Stellung 1 und der Zylinder fährt wieder ein.
Aktorik, SS 2011 26Prof. A. Büngers
Wegeventile als EnergiestellerSchalt-, Proportional- und Servoventile
1. SchaltventileSchaltventile haben keine Zwischenpositionen, sondern nur fest definierte Stellungen, die überwiegend durch Anschläge realisiert werden. An diesen Ventilantrieben werden keine großen Anforderungen gestellt.
2. ProportionalventileDie Ventilverstellung bei Proportionalventilen wird über Elektromagnete realisiert. Hierbei ist die Magnetkraft proportional zum Steuerstrom. Aufgrund von Klemmkräften durch den Mag-neten und durch die Strömungskräfte bedingt, weisen diese Ventile geringe Genauigkeiten und Dynamik auf (Eckfrequenz bis 20 Hz). Höhere Eckfrequenzen bis 100 Hz können über Positionsregelungen für die Schieberstellung erreicht werden.
3. ServoventileDie Servoventile besitzen dagegen eine Verstärkerstufe, die eine höhere Leistungsver-stärkung und eine höhere Dynamik (Eckfrequenz > 100 Hz) bieten. In diesen Ventilan-trieben wird eine Lagerregelung des Ventilschiebers eingesetzt, wobei sowohl mechanische als auch elektrische Lagerrückführungen Verwendung finden.
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Aktorik, SS 2011 27Prof. A. Büngers
Wegeventile als EnergiestellerProportionalventil
Proportionalventil ohne Positionsregelung
I
P = 0 P0Elektromagnet
Proportionalventil mit Positionsrege-lung und integrierter Elektronik
Aktorik, SS 2011 28Prof. A. Büngers
Mechanisch-hydraulische Wandler als Steuerelemente in einem Servoventil
Steuerschieber Strahlrohr
Düsen-Prallplatte
Schieberauslenkung durch Proportionalmagnet
d = 4...12 mmymax = +/-1...+/-4 mmp = ...350 bar
= 5...200 1/min•V
di = 0,25...0,5 mmymax = +/-60...+/-75 mmp = ...350 bar
= 0,3...2,5 1/min•V
di = 0,12...0,2 mmymax = +/- 0,47 mmp = ...210 bar
= 0,1...2,5 1/min•V
Strahlauslenkung durch Torque-Motor
Prallplattenauslenkung durch Torque-
Motor/Tauchspule
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Aktorik, SS 2011 29Prof. A. Büngers
Eigenschaften fluidtechnischer Aktoren
� große Stellkräfte � (zusätzliche) Hilfsenergieerzeuger not-wendig
� große Stellbereiche � komplexe Systemstrukturen erforderlich anspruchsvolle Automatisierung
� hohe Leistungsdichte � zum Teil teure Servokomponenten (z.B. Ventile)
� direkte Erzeugung linearer Bewe-gung
� eingeschränkte Positioniergenauigkeit
� kein Energieumsatz im statischen Betrieb
� Geräuschbildung
� robuster Aufbau
VorteileVorteile NachteileNachteile
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Fluidtechnische Aktoren
2 Fluidtechnische Einrichtungen
3 Pneumatik Aktoren
4 Hydraulik Aktoren
1 Physikalische Grundlagen1 Einführung
3 Pneumatik Aktoren
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Aktorik, SS 2011 31Prof. A. Büngers
Pneumatische Aktoren
Werden besondere Eigenschaften für die Pneumatik
gegenüber der Hydraulik oder der Elektrik gesucht, so
können in erster Linie die Eigenschaften
� hohe Geschwindigkeiten,
� hohe Zuverlässigkeit,
� gute Sauberkeit und
� günstiges Kosten/Nutzen-Verhältnis
hervor gehoben werden.
Aktorik, SS 2011 32Prof. A. Büngers
Anwendungsgebiete und -Bereiche
� Pneumatische Aktoren werden bevorzugt verwendet ....� ... bei Anforderungen von mittleren bis großen
Stellkräften;� ... bei mittleren und großen Stellbereichen� ... in explosionsgefährdeten Bereichen� ... bei hohen hygienischen Anforderungen� ... bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten
� Haupteinsatzgebiete:� Lebensmittelindustrie� Verpackungsmaschinen� Bergbau etc.
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Aktorik, SS 2011 33Prof. A. Büngers
Eigenschaften pneumatischer Antriebe
Im Prinzip sind die Elemente in pneumatischen Antrieben die gleichen wie in der Hydraulik. Aufgrund des anderen Mediums ergeben sich aber andere Eigenschaften. Die Kompressibilität des Fluids ist um den Faktor 104 größer und die Zähigkeit um etliche Zehnerpotenzen geringer.
In der Pneumatik wird unterschieden:
Höchstdruckpneumatik p > 10 bar (bis 100 bar)
Hochdruckpneumatik p = 2 ... 10 bar
Normaldruckpneumatik p = 0.2 ... 2 bar
Niederdruckpneumatik p = 0.01 ... 1 bar
Aktorik, SS 2011 34Prof. A. Büngers
Druckluft als Arbeitsmedium
� Beim Einsatz von Druckluft sind wichtige physikalische Eigenschaften zu berück-sichtigen:� Dichte (druck- und temperaturabhängig)� Kompressibilität� Viskosität� Feuchte der Luft� Druckverluste
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Aktorik, SS 2011 35Prof. A. Büngers
Druckluft als ArbeitsmediumDichte
Die Dichte (ρ) ist abhängig vom Druck und von der Temperatur:Zustandsgleichung für Gase:
TRmVp ⋅⋅=⋅
V
m=ρ
TR
p
⋅=ρ
mit:
p: = Druck
V: = Volumen
m: = Masse
R: = massebezogene Gaskonstante
T: = Temperatur
ρ: = Dichte
�
�
�
� Norm-Atmosphäre:
� Für die Norm-Atmosphäre werden nach DIN 5450 die nachfolgenden Werte zugrunde gelegt:
� Luftdruck pa = 1,01325 bar
� Luftdichte ρa = 1,225 kg/m3
� Lufttemperatur Ta = 20°C = 293 K
Aktorik, SS 2011 36Prof. A. Büngers
Druckluft als ArbeitsmediumKompressibilität
Die Kompressibilität (Verdichtung, Komprimierung) ver-ringert das Volumen und erhöht die Dichte eines Stoffes. Es wird von einem kompressiblen Stoff gesprochen, wenn die Druckveränderungen merkliche Dichteänderungen her-vorrufen (wie z. B. bei Gasen).
Kompressibilität hat, bezogen auf Luft zwei Auswirkungen:� ein abgeschlossenes Luftvolumen ist elastisch� ein unter Druck gebrachtes Luftvolumen speichert
Energie.
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Aktorik, SS 2011 37Prof. A. Büngers
Druckluft als ArbeitsmediumViskosität
Die Viskosität ist eine Stoffeigenschaft, die auf die innere Reibung der Moleküle zurückzuführen ist. Sie ist ein Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Je größer die Viskosität, desto dickflüs-siger ist das Fluid; je niedriger, desto dünnflüs-siger ist es.Die Viskosität von Flüssigkeiten ist in der Regel stark abhängig von der Temperatur. Steigt die Temperatur nimmt die Viskosität sehr stark ab.Im Gegensatz hierzu ändert sich die Viskosität von Luft mit steigender Temperatur nur gering-fügig, sie nimmt sogar bei höheren Tempera-turen zu.
Öl
Luft
TemperaturVis
kosi
tät
Aktorik, SS 2011 38Prof. A. Büngers
Druckluft als ArbeitsmediumViskosität
Vorteil und Nachteile einer geringen Viskosität
Vorteile: - geringe Reibungsverluste
- hohe Strömungsgeschwindigkeiten ohne
großen Druckverlust
Nachteile: - hohe Leckverluste bei kleineren Undichtig-
keiten, niedrige viskose Dämpfungskräfte
(System neigt zu Schwingungen).
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 20
Aktorik, SS 2011 39Prof. A. Büngers
Druckluft als ArbeitsmediumFeuchte
Temperatur
U = 100% = qm
U = 70%
U = 50%
q mSä
ttig
ungs
men
ge
Bei Anwendung von Druckluftaktoren spielt die Feuchte der Luft eine entscheidende Rolle.Die Aufnahmefähigkeit der mit Wasserdampf gesättigten Luft in Abhängigkeit von der Tem-peratur kann wie in der Tabelle 1 gezeigt, wiedergegeben werden.Ferner ist die Definition der absoluten Luft-feuchtigkeit a wichtig:
Temperatur [°C] -10 0 10 20 30 50 70 90
Sättigungsmenge qm [g/m3]
2,1 4,9 9,5 17 30 83 198 424
abs. Luftfeuchtigkeit a:Wasserdampfmenge
m3a =
mm qa
U
q
aU
1%100 ≈⇒⋅=rel. Luftfeuchtigkeit U:
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Druckluft als ArbeitsmediumFeuchte
� Wichtige Zusammenhänge� Bei konst. abs. Luftfeuchtigkeit steigt bei abnehmender
Temperatur die rel. Feuchtigkeit, bis es zur Kondensation kommt.
� 1 qm verdichtete Luft kann nur soviel Wasserdampf auf-nehmen, wie 1 qm atmosphärische Luft; d. h. Sättigungs-menge qm ist weitgehend druckunabhängig.
� Bei der Verdichtung wird das Volumen V kleiner, a und/bzw. U werden größer bis qm bzw. U = 100% erreicht wird; bei weiterer Verdichtung � Kondensat.
� Bei der Verdichtung von Luft unter realen Bedingungen wird immer Kondensat anfallen.
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 21
Aktorik, SS 2011 Prof. A. Büngers 41
Fluidtechnische Aktoren
DruckluftmotorenFluidtechnische Motoren wandeln hydraulische
oder pneumatische Energie in mechanische
Energie um!
Es werden unterschieden:
� Rotationsmotoren
� Translationsmotoren
Aktorik, SS 2011 42Prof. A. Büngers
DruckluftmotorenEigenschaften
� große Drehzahlauswahl;
� Drehrichtung einfach veränderbar;
� Wartungsaufwand gering;
� Überlast stellt kein Problem dar;
� kleine Bauweise ⇨ geringes Gewicht;
� Stufenlose Regelung von Drehzahl und Drehmoment.
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 22
Aktorik, SS 2011 43Prof. A. Büngers
DruckluftmotorenAufbau und Funktion
� Kolbenmotor
� Lamellenmotor
� Zahnradmotor
� Turbinenmotor
Druckluftmotoren werden in Form von Lamellen-, Zahnrad-, Kolben-, und Turbinenmotoren hergestellt. Die am häufigsten eingesetzten Druckluftmotoren sind die Lamellen-motoren!
Aktorik, SS 2011 44Prof. A. Büngers
Charakteristik eines Druckluftmotors
� Kompakt und leicht (Platzbedarf ca. 1:6, bei der Masse 1:4)
� Drehmoment steigt mit der Last
� Ausgangsleistung stufenlos einstellbar(Drehmoment über den Betriebsdruck und Drehzahl
über Luftzufuhr veränderbar.)
� Ohne Schaden überlastbar
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 23
Aktorik, SS 2011 45Prof. A. Büngers
� Ideal für explosionsgefährdete Räume
� Leichte Laufrichtungsänderung
� Robust
� Einfacher Einbau
Charakteristik eines Druckluftmotors
Der Druckluftmotor ist einer der robustesten
und vielseitigsten Antriebe, die dem Anwen-
der heute zur Verfügung stehen. Er lässt sich
über einen weiten Drehzahlbereich regeln
und bringt sein größtes Drehmoment dann,
wenn es am meisten benötigt wird:
Beim Anlauf !
Aktorik, SS 2011 46Prof. A. Büngers
Turbinenmotor
� Leistungsbereich: 0,01 bis 18 kW
� max. Drehzahl: 500.000 U/min
� spez. Luftverbrauch: 30 bis 60 l/kJ
� Der Turbinenmotor bietet sehr hohe Drehzahlen von z. B. 100.000 U/min oder auch weit darüber.
� Anwendungen bei Innenschleifspindeln und Bohreinheitenfür Bohrungen im Durchmesserbereich um 1 mm.
� Zu früheren Zeiten sehr häufig in der Dentalmedizin bis zu Drehzahlen 150.000 U/min.
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 24
Aktorik, SS 2011 47Prof. A. Büngers
Kolbenmotor
Die Leistung von Kolbenmotoren ist abhängig:� vom Eingangsdruck� von der Anzahl der Kolben� von der Kolbenfläche� von der Hub- und Kolbengeschwindigkeit
�Leistungsbereich: 1,5 bis 30 kW
�max. Drehzahl: 6000 U/min
�spez. Luftverbrauch: 15 bis 23 l/kJ
�Arbeitsräume/ Umdr.: 4 bis 6
Aktorik, SS 2011 48Prof. A. Büngers
Zahnradmotor
� Leistungsbereich: bis zu 44 kW
� max. Drehzahl: 15.000 U/min
� spez. Luftverbrauch: 30 bis 50 l/kJ
� Arbeitsräume/Umdr.: 10 bis 25
� Leistungsbereich: bis zu 44 kW
� max. Drehzahl: 15.000 U/min
� spez. Luftverbrauch: 30 bis 50 l/kJ
� Arbeitsräume/Umdr.: 10 bis 25
Der Zahnradmotor wird überwiegend im Bereich der Schwerindustrie und im Bergbau eingesetzt.
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 25
Aktorik, SS 2011 49Prof. A. Büngers
Lamellenmotor
�Leistungsbereich: 0,1 bis 18 kW
�max. Drehzahl: 30.000 U/min
�spez. Luftverbrauch: 25 bis 50 l/kJ
�Arbeitsräume/ Umdr.: 2 bis 10
Der Lamellenmotor hat ein günstiges Leistungsgewicht(kg/kW) und ist für Drehzahlen von 30.000 U/min und mehr geeignet.Bei Lastschwankungen reagiert der Motor mit relativ großen Drehzahlschwankungen. Dies kommt durch die Kompressibilität der Luft.
Auslass
Anschluss im
Uhrzeiger-sinn
Anschluss gegen den
Uhrzeiger-sinn
Aktorik, SS 2011 50Prof. A. Büngers
Aufbau und Funktion
� Ein genuteter Rotor dreht sich exzentrisch in einem von Zylinder und
Zylinder-Endplatten gebildeten Kammer.
� Da der Rotor exzentrisch angeordnet und sein Durchmesser kleiner
ist als der des Zylinders entsteht eine halbmondförmige Kammer.
� Die in den Rotornuten frei beweglichen Lamellen teilen die Zylinder-
kammer in verschieden große Arbeitsräume.
� Aufgrund der Fliehkraft und durch Druckluft unterstützt, werden die
Lamellen gegen die Zylinderwandung gepresst und dichten die einzelnen
Arbeitsräume ab.
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 26
Aktorik, SS 2011 51Prof. A. Büngers
Aufbau und Funktion
1. Zylinderscheibe2. Rotor3. Lamelle4. Zylinder5. Zylinderscheibe
1. Zylinderscheibe2. Rotor3. Lamelle4. Zylinder5. Zylinderscheibe
Der Grundaufbau eines Lamellenmotors besteht aus nur wenigen Komponenten.
Der Grundaufbau eines Lamellenmotors besteht aus nur wenigen Komponenten.
3
3
3
3
3
42 Quelle: Atlas-Copco
Aktorik, SS 2011 52Prof. A. Büngers
Aufbau und Funktion
Quelle: Atlas-Copco
Funktionsprinzip eines Druckluftlamellenmotors
Umsteuerbare Motoren haben drei Anschlüsse
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 27
Aktorik, SS 2011 53Prof. A. Büngers
Aufbau und Funktion
�Druckluft strömt durch die Einlasskammer a in den Motor. Die Lamelle 2 dichtet die zwischen sich und Lamelle 3 liegende Kammer b ab. Der Druck in Kammer bentspricht immer noch dem Einlassdruck. Er wirkt auf Lamelle 3 und zwingt sie in eine Rechtsdrehung.
�Die Lamellen haben sich weiter gedreht und der Expansionsprozess in Kammer b
hat eingesetzt. Der Druck wird dabei vermindert, aber es steht immer noch eine Nettokraft an, die den Rotor vorwärts bewegt, da die Fläche von Lamelle 3 größer ist als die Fläche von Lamelle 2 in der Kammer b. Außerdem wirkt der Einlassdruck auf Lamelle 2 in der Einlasskammer a.
�Die Lamellen haben sich weiterbewegt. Kammer b wird jetzt über den Auslass entlüftet. Der Druck ist gering und die verbleibende Kraft, die den Rotor vor-wärts treibt, kommt von den auf die Lamellen 1 und 2 wirkenden Kräften.Ein relativ einfaches Prinzip, bei dem die Druckenergie von Kammer zu Kammerin eine Drehbewegung des Rotors umgesetzt wird.
Aktorik, SS 2011 54Prof. A. Büngers
Ein Qualitätsmerkmal ist die Anzahl der Lamellen im Rotor, die von 3 bis 10 betragen
kann. Allgemein gilt, dass eine niedrige Lamellenzahl zwar geringere Reibungsverluste
mit sich bringt, dafür aber ein unsicheres Startverhalten hat. Eine höhere Lamellenzahl
sichert ein gutes Startverhalten bei niedriger innerer Leckage, steigert jedoch die
Reibung.
Anzahl der Lamellen in Motoren für unterschiedliche Anwendungen
Anzahl der Lamellen in Motoren für unterschiedliche AnwendungenQuelle: Atlas-Copco
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 28
Aktorik, SS 2011 55Prof. A. Büngers
Leistung eines Druckluft - Motors
Die Leistung eines Druckluftmotors hängt vom Fließ-
druck ab. Bei einem konstanten Einlassdruck weisen
ungeregelte Druckluftmotoren das charakteristische,
linear verlaufende Drehmoment/Drehzahlverhältnis auf.
Durch einfache Regelung der zugeführten Luft, sei es
durch Drosselung oder Druckregelung, lässt sich die
Leistung eines Druckluftmotors relativ einfach ändern.
Die Leistung eines Druckluftmotors hängt vom Fließ-
druck ab. Bei einem konstanten Einlassdruck weisen
ungeregelte Druckluftmotoren das charakteristische,
linear verlaufende Drehmoment/Drehzahlverhältnis auf.
Durch einfache Regelung der zugeführten Luft, sei es
durch Drosselung oder Druckregelung, lässt sich die
Leistung eines Druckluftmotors relativ einfach ändern.
Aktorik, SS 2011 56Prof. A. Büngers
Leistungskurve & Arbeitspunkt
Leistungskurve
Der Schnittpunkt der Drehmoment-und der Drehzahlkurve ist der
Arbeitspunkt.
Drehzahl (U/min)
Drehmoment[Nm]
Leistung[kW]
Drehmoment[Nm]
Drehzahl (U/min)
max.Leistung
Nennmoment
Arbeitspunkt
Luftverbrauch (l/s)
Dreh-Moment
Luftverbrauch
Leistung
Quelle: Atlas-Copco
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 29
Aktorik, SS 2011 57Prof. A. Büngers
Luftverbrauch & Anlassmoment
Der Luftverbrauch wird in l/s ange-
geben. Die Luftverbrauchsangaben
beziehen sich auf den Fließüberdruck
von 6,3 bar und meinen das Luft-
volumen im entspannten (atmos-
phärischen) Zustand. Das gilt für
alle Pneumatikkomponenten.
LuftverbrauchAnfahr-moment
[Nm]
Min. Anfahrmoment
Das Anfahrmoment ist abhängig von der Lamellenposition
Winkel
Anlaufmoment
Quelle: Atlas-Copco
Aktorik, SS 2011 58Prof. A. Büngers
Methode zur Änderung der MotorleistungLuftdrosseln und Druckregler sind zwei typische Regelmethoden zur Veränderung der Motorleistung.Welche Methode angewandt wird, hängt von der Anwendung ab.
Drehmoment[Nm]
Drehmoment[%]
Drehzahl (U/min) Drehzahl 100%
Drosselung Druckregelung
Quelle: Atlas-Copco
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 30
Aktorik, SS 2011 59Prof. A. Büngers
Leistungsangaben in Katalogen
Die in Motorenkatalogen von
z. B. Atlas Copco angegebenen
Leistungsdaten gelten bei Be-
triebsdrücken von 6,3 bar.
Die Motordaten gehen aus
den jeweils beigestellten Dia-
grammen hervor.
Dreh-moment [Nm]
Leistung[kW]max.Leistung
Nenn-moment [Nm]
Drehzahl (U/min)
Luftverbrauch (l/s)
Dreh-Moment
Luftverbrauch
Leistung
Quelle: Atlas-Copco
Aktorik, SS 2011 60Prof. A. Büngers
Wahl des passenden MotorsUnterschiedliche Arbeitpunkt-Bereiche
Für die Auswahl des für eine bestimmte Applikation passenden Druckluftmotors ist es wichtig zu prüfen, ob die Drehzahl oder das Drehmoment die höhere Priorität hat.
Dre
hm
om
en
t [
Nm
]
Drehzahl (U/min)
� kleines Anfahrmoment� hoher Luftdruck� niedrige Beanspruchung der
Getriebe� hohe Lamellenabnutzung
� idealer Betriebsbereich� durchschnittliche Abnutzung
der meisten Teile
� hohes Anfahrmoment� niedriger Luftverbrauch� hohe Getriebeabnutzung� niedrige Lamellenabnutzung
Quelle: Atlas-Copco
LebensdauerDie Lebensdauer eines Druckluftmotors ist abhängig
von verschiedenen Faktoren.
Der Arbeitszyklus ist eine Mischung aus Leerlauf, Laufen
bei max. Leistung und Laufen bis zum Abwürgen. Die
Lebensdauer für geölte Lamellen beträgt ca. 4000 Std.
und für ölfreie Lamellen gut 1000 Std.. Für Getriebe und
andere Motorteile beträgt die Lebensdauer 5000 Std..
Eine längere Lebensdauer erreicht man durch den
Einsatz von größeren Motoren.
Durch die Reduzierung des Arbeitsdrucks wird der Motor
entsprechend der geforderten Leistung angepasst.
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 31
Aktorik, SS 2011 Prof. A. Büngers 61
Fluidtechnische Aktoren
PneumatikzylinderEin Pneumatikzylinder erzeugt eine lineare Bewegung, die als Plus- oder Minus-Hub bezeichnet wird.Der Pneumatikzylinder wandelt Druckluftenergie direkt in mechanische Arbeit um.
Die Zylinder werden allgemein in drei Gruppen aufgeteilt:� Einfach wirkende Pneumatikzylinder� Doppelt (Zweifach) wirkende Pneumatikzylinder� Sonderzylinder (Sonderbauformen)
Aktorik, SS 2011 62Prof. A. Büngers
Einfach wirkende Pneumatikzylinder
Gehäuse Kolben Rückholfeder
Kolbendichtung
Luftzufuhr
FBeschl.
FLast
FReibung
FFeder.
Ak
pS
pa
Anwendung finden einfach wirkende Pneu-
matikzylinder dort, wo lediglich eine Hub-
richtungs-Arbeit verrichtet wird. In Ab-
hängigkeit der Hubrichtung wird die ent-
sprechende Kolbenseite mit Druckluft
beaufschlagt.
Das Zurückführen in die Ausgangsposition
wird in Form einer Rückstellfeder realisiert.
Symbol
Einfach wirkender Pneumatikzylinder
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 32
Aktorik, SS 2011 63Prof. A. Büngers
Zweifach wirkende Pneumatikzylinder
Zweifach wirkende Pneumatikzylinder
wirken in zwei Hubrichtungen. Sie
besitzen an beiden Kolbenseiten
Druckluftanschlüsse.
Die Hublängen sind wahlfrei, können
jedoch nicht beliebig lang ausgeführt
werden.
In der Regel liegt der maximale Hub,
abhängig vom Zylinderdurchmesser, bei
ca. 3 m.
3 6
4 5 789
12
1 = Zylinderrohr, 6 = Lagerbuchse2 = Bodendeckel, 7 = Abstreifring3 = Lagerdeckel, 8 = Doppeltopf-4 = Kolbenstange, manschette5 = Nutring, 9 = O-Ring
Aktorik, SS 2011 64Prof. A. Büngers
Sonderbauformen (1)Trotz vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von einfach- und zweifach wirken-den Zylinder in der Automatisierungstechnik, gibt es eine Vielzahl von Problemstellungen, die Sonderzylinder verlangen. Die nachfolgende Auflistung gibt einen Überblick über Sonderzylinder:
MembranzylinderEinfach wirkender Zylinder für kurze Hübe; sie besitzen keine beweglichen DichtungenAnwendungen z. B. bei Spannvor-richtungen
RollmembranzylinderEinfach wirkender Zylinder für kurze Hübe; sie besitzen ebenfalls keine beweglichen Dichtungen
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 33
Aktorik, SS 2011 65Prof. A. Büngers
Sonderbauformen (1)
TandemzylinderZylinder mit hohen Kräften; bei gleichem Kolbendurchmesser annähernd Verdopplung der Kraft
Zylinder mit EnddämpfungZylinder über 200 mm Hub sollten eine Dämpfung besitzen.
Dämpfungskolben
DruckhammerVerwendung für oszillierende Schlagbe-wegungen auf ein Werkzeug z. B. für Gesteinsarbeiten
Aktorik, SS 2011 66Prof. A. Büngers
Sonderbauformen (2)
SchlagzylinderVerwendung in Pressen, Stanzen, Schmieden und Vorrichtungen zum Nieten
Zahnstangenzylinder & DrehzylinderAnwendungsbeispiele für diese Art von Zylinder sind: Wenden von Werkstücken, Biegevorrichtungen, Betätigen von Stell-organen u. a. für begrenzte Drehbe-wegungen.
Symbol
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 34
Aktorik, SS 2011 67Prof. A. Büngers
Sonderbauformen (3)
Pneumatischer MuskelDer Pneumatische Muskel ist ein Kontraktions-system, der sich bei Innerdruck zusammen-zieht. Durch den Druck wird in einer Gitter-struktur in Umfangrichtung verformt und er-zeugt eine Zugkraft in Achsenrichtung.
Anwendungen:Hebeeinrichtungen, Verstelleinrichtungen Zug-elemente u. a.
Lieferbar sind diese Bauteile bis zu einer Länge von 30 m.
Aktorik, SS 2011 68Prof. A. Büngers
Vorteile�Druckluft in unbegrenzter Menge verfügbar;
�Speicherung pneumatischer Energie in geeigneten Behälter möglich;
�Einfache Verteilung der Druckenergie über Rohrleitungen
(geringe Zähigkeit);
�Druckluft ist günstig, (nahezu) überall verfügbar und umweltfreundlich;
�hohe Arbeitsgeschwindigkeiten realisierbar
�Pneumatische Aktoren können schadenfrei bis zum Stillstand belastet
werden;
�Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung möglich.
Pneumatischer AktorenVorteile
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 35
Aktorik, SS 2011 69Prof. A. Büngers
Pneumatischer AktorenNachteile
Nachteile�Zusätzliche Energieumwandlung führt zu höheren Verlusten und
zusätzlichen Investitionskosten;�Zum Teil stark nichtlineares Verhalten durch Ventilsteuerung;�Da die Druckluft kompressibel ist sind pneumatische Stellantriebe
„weich“, es können Lasten nur unter Zuhilfenahme entsprechen-der Regelungen dauerhaft gehalten werden; hohe Kompressibili-tät, d.h. geringe Laststeifigkeit;
�Wirkungsgrad bei pneumatischer Leistungsübertragung niedrig�Bei geölten Verbraucher ist der Aspekt der Umweltfreundlichkeit
hinfällig;�Lärm, durch ausströmende Luft.
Aktorik, SS 2011 70Prof. A. Büngers
Fluidtechnische Aktoren
2 Fluidtechnische Einrichtungen
3 Pneumatik Aktoren
4 Hydraulik Aktoren
1 Physikalische Grundlagen1 Einführung
4 Hydraulik Aktoren
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 36
Aktorik, SS 2011 71Prof. A. Büngers
Hydraulische AktorenDie meisten hydraulischen Energiewandler arbeiten nach dem hydro-statischen Prinzip. Eine Druckbilanz in einem hydraulischen System entscheidet über einen hydrodynamischen (Kraftentstehung: Masse X
Beschleunigung) oder einem hydrostatischen (Kraftentstehung: Kraft X
Fläche) Betrieb.
Druckbilanz:
Im Fall, dass der statische Druck p0 überwiegt, wird von einem hydrostatischen Antrieb gesprochen.Überwiegt der dynamische Druckanteil ρ/2 • v2, spricht man vom hydrodynamischen Betrieb.
20
2vppp dynstathydr
ρρ +=+= V = Strömungs-geschwindigkeit
ρ = Dichte
Aktorik, SS 2011 72Prof. A. Büngers
Eigenschaften hydraulischer Aktoren
� Druckbereich:� Niederdruck: 6 .... 100 bar
� Hochdruck: 100 ... 700 bar (und darüber)
� Im hydrodynamischen Bereich wird mit einem Druck von p = 0,1 ... 4 bar gearbeitet.
Die Einheit bar konnte nicht durch die SI-Einheit N/m2 = Pa verdrängt werden; es gilt die Umrechnung
1bar = 105 N/m2 = 0,1 Mpa.
� Strömungsgeschwindigkeiten:� v bis ca. 2 m/s in Ausnahmefällen bis 12 m/s bei hydrostatischen Antrieben
(ρ/2 • v2 << pstat.)
� v bis 50 m/s bei hydrodynamischen Antrieben
� Leistung:� P = Q (Volumenstrom) • ∆p (Druckdifferenz) (Mechanik: Pmech = F • v)
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 37
Aktorik, SS 2011 73Prof. A. Büngers
Hydraulische AktorenAnwendungsfelder (hydrostatisch)
� Werkzeugmaschinen (lineare & rotatorische Bewegung)
� Schleifmaschinen� Honmaschinen� Räummaschinen� Pressen
� Weitere Anwendungsbereiche sind:� Fördertechnik� Fahrzeugtechnik� Landmaschinen� Baumaschinen� Luft- und Raumfahrt
� Hydrostatische Antriebe bestehen im wesentlichen aus:� Hydraulikpumpe ���� (Energiewandler)� Hydraulikflüssigkeit ���� (Energieträger)� Hydromotor oder Hydrozylinder ���� (Energiewandler)
Aktorik, SS 2011 74Prof. A. Büngers
Eigenschaften hydraulischer Aktoren
Kraftdichte
Aufgrund der hohen Drücke lassen sich große Kräfte bei kleinen Baugrößen erzeugen.
Beispiel (1): Ein Hydraulikzylinder mit der Querfläche von 1 cm2
(Bleistiftdicke) kann bei einem Druck von 500 bar 0,5 Tonnen heben.
Beispiel (2): Eine Hydraulikpumpe mit einem Fördervolumen von 1.600 l/min und einem Drehmoment von 6.360 Nm hat die Leistung von 1 MW. Die Baugröße beträgt 0,9m X 1,0m x 0,7m (H x B x T) und die Masse beträgt ca. 1000 kg. Damit ergibt sich ein Leistungsgewicht von 1kW/kg.
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 38
Aktorik, SS 2011 75Prof. A. Büngers
Aufgaben der Hydraulikflüssigkeit
� Übertragung der hydraulischen Leistung von der Pumpe zum Hydraulikmotor bzw. Hydraulikzylinder;
� Schmierung der beweglichen Teile, wie z. B. Kolben-, Schiebergleitflächen, Lager usw.;
� Korrosionsschutz der benetzten Metalloberflächen;
� Abführen von Verunreinigungen, Abrieb, Wasser, Luft u. a.;
� Abführen von Verlustwärme, entstanden durch Leck- und Reibungsverluste;
Aktorik, SS 2011 76Prof. A. Büngers
� Steifigkeit
Hydrauliköl hat eine geringere Kompressibilität. Die Volumenverringerung
beträgt etwa 0,5 ... 0,7% je 100 bar Druckerhöhung. Dies führt dazu, dass der
Kolben bei Lastkraftwirkung nur geringfügig nachgibt, womit eine hohe
„Steifigkeit“ erreicht wird.
Die Steifigkeit kann durch die Veränderung der Querschnittsfläche des Zylin-
ders an die Erfordernisse des Antriebs angepasst werden.
Beispiel: Eine Ölsäule von 1m Länge verkürzt sich um 0,7 mm bei ∆p = 10 bar.
� Leistungsverstärkung von HydraulikventilenBeispiel: Mit einer elektrischen Steuerleistung von 3 W steuert z.B. ein Ventil der Fa. Rexroth ca. 350 kW hydraulische Leistung (Druckfluss • Druck), was zu einer Leistungs-verstärkung von mehr als 105 entspricht.
Steifigkeit und Leistungsverstärkung
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 39
Aktorik, SS 2011 77Prof. A. Büngers
Größenvergleich zwischen elektrischen & hydraulischen Motoren
Gleichstrommotor Drehstrommotor Hydraulikmotor
Masse
Einbau-größe
166
145
Die jeweiligen Motoren besitzen die gleiche Leistung!
Aktorik, SS 2011 78Prof. A. Büngers
Die verschiedenen Bauformen unterscheiden sich in ihrem Fördervolumen. Es wird durch das geometrische Volumen V angegeben, das sich bei einer Umdrehung der Welle ergibt. Weitere Merkmale sind der Druckbereich ( Nenndruck PN, der Drehzahlbereich, der Wirkungs-grad und die Geräuschemission (Lp in dB (A)).
Pumpen und Drehantriebe
Wie bei elektrischen Maschinen gleicher Bauform, die Umwandlung elektrischer in mecha-nische Energie (Drehmotor) bzw. mechanische Energie in elektrische Energie (Generator) möglich ist, so sind fluidische Maschinen gleicher Bauform als Drehmotor und Generator (Pumpen) verwendbar. Bei Pumpen wird ein Fluidstrom mittels eines Drehmomentes an der Welle gegen den Pumpendruck durch die Pumpe gefördert, während bei Drehmotoren der anliegende Druck einen Fluidstrom durch den Motor bewirkt, der eine Drehung der Welle hervorruft.Fluidische Verdrängungsmaschinen werden in zwei Gruppen aufgeteilt:
•Drehkolbenmaschinen•Hubkolbenmaschinen
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 40
Aktorik, SS 2011 79Prof. A. Büngers
Zahnradpumpe/-motorDie nachfolgend vorgestellten Bauformen gelten für Hy-draulik Pumpen. Die Erläuterungen treffen jedoch auch für die Motoren zu, es ist lediglich das Wirkprinzip umzu-kehren.Die Flüssigkeit wird bei einer Zahnradpumpe in den Zahnlücken zweier kämmenden Zahnräder von der Saugseite zur Druckseite gefördert. Der theoretische Volumenstrom Qth ergibt sich nach der Formel:
mit: m = Modulz = Zähnem•z = Teilkreisdurchmesserb = Radbreitec = Kopfhöhen = Drehzahl
ncbzmQ th ⋅⋅⋅⋅⋅= π
Außenzahnradpumpe
Aktorik, SS 2011 80Prof. A. Büngers
Flügelzellenpumpe/-Motor
Flügelzellenpumpe und –getriebe mit geschlossenem Kreislauf
Bei einer Flügelzellenpumpe sind in einem Zylinder am Umfang rechteckige Flügel (Zellenwände) radial beweglich angeordnet. Durch die Drehbewe-gung des Rotors dichten die Zellenwände zur Gehäusewand ab. Es bildet sich eine Saug- und eine Druckseite. Durch Verstellen der Rotor-Exzentri-zität e kann der Förderstrom beeinflusst werden.
Saugseite
Druckseite
GehäusewandRotor Motorseite Saugseite Pumpenseite
Druckseite
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Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 41
Aktorik, SS 2011 81Prof. A. Büngers
Radialkolbenpumpe/-Motor
Radialkolbenpumpe innen beaufschlagt
Radialkolbenpumpe außen beaufschlagt
Charakteristische Merkmale des Radialkolbenmotors:�hohes Anfahrmoment,
�kein stick-slip-Verhalten bei kleinen Drehzahlen,
�geeignet für hohe Drücke und Drehzahlen,
�geringe Reibungsverluste und hoher Wirkungsgrad,
�relativ unempfindlich gegen Verschmutzung und sehr hohe Lebensdauer.
Aktorik, SS 2011 82Prof. A. Büngers
Axialkolbenmaschinen (1)
Axialkolbenmaschinen sind Hubkolbenmaschinen , bei denen die Kolben parallel zur Drehachseangeordnet sind. Sie werden unterschieden dadurch, welche Teile gegenüber der drehendenWelle abgewinkelt sind, und welche Teile sich mit der Welle drehen.
TaumelscheibenmaschineTaumelscheibenmaschine fest
Bei der Taumelscheibenmaschine dreht sich die Taumelscheibe mit der Welle, während die Kolben in einem feststehenden Gehäuse untergebracht sind.
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 42
Aktorik, SS 2011 83Prof. A. Büngers
Axialkolbenmaschinen (2)
SchrägachsenmaschineSchrägachsenmaschine
Hier ist das feststehende Gehäuse, in dem die Trommel mit dem Kolben rotiert,gegenüber der Antriebswelle abgewinkelt.
fest
Aktorik, SS 2011 84Prof. A. Büngers
Axialkolbenmaschinen (3)
SchrägscheibenmaschineSchrägscheibenmaschine
Die Kolben drehen sich, ähnlich wie bei einem Trommelrevolver, mit der Welle mit, während sie sich an der feststehenden Schrägscheibe abstützen.
fest
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 43
Aktorik, SS 2011 85Prof. A. Büngers
Linearantrieb (Translationsmotor)
Hydraulische Linearantriebe werden einfach- und doppelwirkend aufgebaut.Bei den einfachwirkenden Zylinder erfolgt das Ausfahren hydraulisch, währendäußere Kräfte (Gewichtskraft, Federkraft, Gegenzylinder) das Einfahren bewirken.
Einfachwirkender ZylinderEinfachwirkender Zylinder
Doppeltwirkender ZylinderDoppeltwirkender Zylinder
Druckanschluss A Druckanschluss B
Aktorik, SS 2011 86Prof. A. Büngers
Vorteile & Nachteilehydraulischer Antriebe
Vorteile
� Hohe Energiedichte
� Einfache Erzeugung hoher Kräfte/Momente
bei geringer Geschwindigkeit (Getriebe nicht
notwendig);
� Hohe Steifigkeit wegen der geringen Kom-
pressibilität und der Möglichkeit die Bauform
anzupassen;
� Geringe Kühlprobleme, da das Öl die Wärme
abführt.
Nachteile
�Zusätzliche Energieumwandlung führt zu
höheren Verlusten und zusätzlichen In-
vestitionskosten;
�Zum Teil stark nichtlineares Verhalten durch
Ventilsteuerung;
�Verschmutzung durch Öl bei undichten
Leitungssystemen;
�Temperaturunabhängigkeit des Verhaltens;
�Hoher Wartungsaufwand.
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 44
Aktorik, SS 2011 87Prof. A. Büngers
Gegenüberstellung der Fluide Luft und Öl
Quelle: G. Schenke, Mechatronik
Aktorik, SS 2011 88Prof. A. Büngers
Vergleich hydraulischer und pneumatischer Aktoren
Prof. A. Büngers SS 2012
Aktorik: Fluidtechnische Aktoren 45
Aktorik, SS 2011 Prof. A. Büngers 89
Ende: Fluidtechnische Aktoren
„Diejenigen, die sich für die Praxis ohne Theorie begeistern, sind wie Seeleute, die ohne Steuer oder Kompass ein Schiff besteigen und nie ganz sicher sind, wohin sie fahren. Stets muss die Praxis auf guter Theorie beruhen.“
Leonardo da Vinci