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ArbeitsbuchTP 502
Mit CD-ROM
Festo Didactic
550142 DE
HydraulikAufbaustufe
0V1
A1V1
TP
B
1A11B1
P
A1B1
P
T
1V3P
T
1V2
A P B
Bestell-Nr.: 550142
Stand: 03/2012
Autoren: Renate Aheimer, Frank Ebel, Annabella Zimmermann
Grafik: Doris Schwarzenberger
Layout: 03/2012, Frank Ebel, Ralph-Christoph Weber
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die
Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.
Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,
des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen
zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu
verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und
Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer
und Studenten des Standortes für den Unterricht.
Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in
Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer
Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen.
Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen,
Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen,
unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 III
Inhalt
Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ V
Vorwort ______________________________________________________________________________ VI
Einleitung _____________________________________________________________________________ VIII
Arbeits- und Sicherheitshinweise ___________________________________________________________ IX
Trainingspaket Hydraulik (TP 500) __________________________________________________________ XI
Lernziele Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502) ____________________________________________________ XII
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben _____________________________________________________ XIII
Gerätesatz _____________________________________________________________________________ XIV
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben __________________________________________________ XVI
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder _________________________________________________________ XVIII
Struktur der Aufgaben ____________________________________________________________________ XIX
Bezeichnung der Komponenten ____________________________________________________________ XX
Inhalte der CD-ROM ______________________________________________________________________ XX
Aufgaben und Lösungen
Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) ____________________________________ 3
Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) ________ 13
Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) _________________________________________ 21
Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) ________ 29
Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) ____________________________ 35
Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) ________________________ 43
Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) __________________ 53
Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) __________________________ 61
Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) _________________ 67
Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) _________ 75
Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) _____________________________________ 83
Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile
(Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) _____________________________ 91
Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) ___________________________________ 99
Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) _________________ 107
Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) _______ 113
Inhalt
IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Aufgaben und Arbeitsblätter
Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) ____________________________________ 3
Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) ________ 13
Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) _________________________________________ 21
Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) ________ 29
Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) ____________________________ 35
Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) ________________________ 43
Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) __________________ 53
Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) __________________________ 61
Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) _________________ 67
Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) _________ 75
Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) _____________________________________ 83
Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile
(Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) _____________________________ 91
Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) ___________________________________ 99
Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) _________________ 107
Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) _______ 113
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 V
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Trainingspaket Hydraulik, Aufbaustufe ist nur zu benutzen:
für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand
Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.
Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Vorwort
Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
Technologieorientierte Trainingspakete
Mechatronik und Fabrikautomation
Prozessautomation und Regelungstechnik
Mobile Robotik
Hybride Lernfabriken
Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem
Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert.
Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben.
Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen
Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen
und elektrischen Antrieben möglich.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 VII
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:
Hardware
Medien
Seminare
Hardware
Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und
Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte
der begleitenden Medien angepasst.
Medien
Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die
praxisorientierte Teachware umfasst:
Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)
Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)
Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)
Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)
Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)
Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:
Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)
Simulationssoftware
Visualisierungssoftware
Software zur Messdatenerfassung
Projektierungs- und Konstruktionssoftware
Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen
Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.
Seminare
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.
Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?
Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Einleitung
Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Die Trainingspakete TP 501 und TP 502 enthalten ausschließlich rein hydraulische
Steuerungen.
Die Grundstufe TP 501 eignet sich für die Grundausbildung in hydraulischer Steuerungstechnik. Es werden
Kenntnisse über die physikalischen Grundlagen der Hydraulik sowie Funktion und Einsatz hydraulischer
Komponenten vermittelt. Mit dem Gerätesatz können einfache hydraulische Steuerungen aufgebaut
werden. Die Aufbaustufe TP 502 ist auf die Weiterbildung in hydraulischer Steuerungstechnik ausgerichtet.
Mit dem Gerätesatz können weiterführende Schaltungen der Hydraulik aufgebaut werden.
Im vorliegenden Arbeitsbuch werden Kenntnisse vermittelt über die physikalischen Zusammenhänge und
die wichtigsten Grundschaltungen der Hydraulik. Die Themen der Aufgaben sind:
Aufnehmen von Kennlinien einzelner Komponenten.
Vergleich der Anwendung unterschiedlicher Komponenten.
Aufbauen verschiedener Grundschaltungen.
Anwenden der Grundgleichungen der Hydraulik.
Technische Voraussetzungen für den Aufbau der Steuerungen sind:
Ein Learnline oder Learntop-S Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo Didactic Profilplatte. Die
Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm.
Ein Hydraulikaggregat (Betriebsspannung 230 V, 50 Hz, Betriebsdruck 6 MPa (60 bar),
Volumenstrom 2 l/min).
Ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V, max. 5 A) zur Versorgung des
Durchflusssensors.
Sicherheits-Laborleitungen.
Zur praktischen Durchführung der 15 Aufgabenstellungen benötigen Sie Komponenten aus den
Gerätesätzen TP 501 und TP 502. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält
das Lehrbuch
Hydraulik, Grundstufe
Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Zylinder, Ventile usw.) zur Verfügung.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 IX
Arbeits- und Sicherheitshinweise
Allgemein
Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen
arbeiten.
Betreiben Sie elektrische Geräte (z. B. Netzgeräte, Verdichter, Hydraulikaggregate) nur in Laborräumen,
die mit einer Fehlerstromschutzeinrichtung (FI, RCD) ausgestattet sind.
Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle
Hinweise zur Sicherheit!
Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt
werden und sind umgehend zu beseitigen.
Tragen Sie Ihre persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Sicherheitsschuhe), wenn Sie an den
Schaltungen arbeiten.
Mechanik
Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau.
Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.
Grenztaster dürfen nicht frontal betätigt werden.
Verletzungsgefahr bei der Fehlersuche!
Benutzen Sie zur Betätigung der Grenztaster ein Werkzeug, z. B. einen Schraubendreher.
Stellen Sie alle Komponenten so auf, dass das Betätigen von Schaltern und Trenneinrichtungen nicht
erschwert wird.
Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten.
Bauen Sie die Zylinder immer mit zugehöriger Abdeckhaube auf.
Elektrik
Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.
Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!
Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.
Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den
Leitungen.
Hydraulik
Begrenzen Sie den Systemdruck auf 6 MPa (60 bar).
Der maximal zulässige Höchstdruck beträgt für alle Geräte des Trainingspaketes 12 MPa (120 bar).
Verletzungsgefahr durch Öltemperaturen > 50 °C!
Hydrauliköl mit einer Öltemperatur > 50° C kann zu Verbrennungen oder Verbrühungen führen.
Verletzungsgefahr beim Einschalten des Hydraulikaggregats!
Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren.
Sämtliche Ventile, Geräte, Schlauchleitungen haben selbstabdichtende Schnellverschlusskupplungen.
X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Kuppeln der Schlauchleitungen
– Nie bei laufendem Hydraulikaggregat oder unter Druck an- oder abkuppeln!
Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden.
– Kupplungsdosen senkrecht auf Kupplungsnippel aufsetzen!
Vermeiden Sie unbedingt ein Verkanten von Kupplungsdose und Kupplungsnippel.
– Kontrollieren Sie nach jedem entkuppeln, ob sich die Kupplungen geschlossen haben!
Hydraulischer Schaltungsaufbau
– Während des Aufbaus der Schaltung müssen das Hydraulikaggregat und
das elektrische Netzteil ausgeschaltet sein.
– Kontrollieren Sie vor der Inbetriebnahme, ob Sie alle Tankleitungen angeschlossen und
alle Kupplungen fest aufgesteckt haben.
Inbetriebnahme
– Nehmen Sie einen Zylinder immer nur mit Abdeckhaube in Betrieb.
– Schalten Sie zuerst das elektrische Netzteil ein und danach das Hydraulikaggregat.
Hydraulischer Schaltungsabbau
– Achten Sie vor dem Abbau der Schaltung auf Druckentlastung.
– Schalten Sie zuerst das Hydraulikaggregat aus und danach das elektrische Netzteil.
Werden Verbindungen unter Druck gelöst, wird durch das Rückschlagventil in der Kupplung Druck in
das Gerät eingesperrt. Mit der Druckentlastungseinheit kann dieser Druck abgebaut werden.
Befestigungstechnik
Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet:
Variante A, Rastsystem
Leichte nicht belastbare Geräte (z. B. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte
einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.
Variante B, Drehsystem
Mittelschwere belastbare Geräte (z. B. Hydraulik- oder Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch
Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue
Griffmutter. Achten Sie darauf, dass die Hammerschrauben sich beim Festziehen um 90° gedreht haben.
Variante C, Schraubsystem
Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z. B.
Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter
befestigt.
Notwendiges Zubehör
Zur Auswertung der Aufgaben mit der Komponente Durchflusssensor wird ein Digital-Multimeter benötigt.
Mit dem Digital-Multimeter wird die Ausgangsspannung des Durchflusssensors gemessen.
Zur Messung der Ein- und Ausfahrzeiten des Hydraulikzylinders benötigen Sie eine Stoppuhr.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 XI
Trainingspaket Hydraulik (TP 500)
Das Trainingspaket TP 500 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln sowie Seminaren.
Gegenstand dieses Paketes sind ausschließlich rein hydraulische Steuerungen. Einzelne Komponenten aus
dem Trainingspaket TP 500 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.
Wichtige Komponenten des TP 500
Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte
Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z. B. Zylinder, Ventile, Druckmessgeräte)
Komplette Laboreinrichtungen
Medien
Die Teachware zum Trainingspaket TP 500 besteht aus einem Lehrbuch und zwei Arbeitsbüchern. Das
Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Hydraulik. Die Arbeitsbücher
enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine
CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe wird mit jedem
Arbeitsbuch geliefert.
Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Gerätesatz zur Verfügung gestellt.
Medien
Lehrbuch Hydraulik, Grundstufe
Arbeitsbuch Hydraulik, Grundstufe (TP 501)
Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502)
Foliensammlung Grundlagen der Hydraulik
Simulationsprogramm FluidSIM® Hydraulik
Digitales Lernprogramm WBT Hydraulik
Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 500
Als Software zum Trainingspaket TP 500 stehen FluidSIM® H und das digitale Lernprogramm Hydraulik zur
Verfügung. FluidSIM® H unterstützt bei der Unterrichtsvorbereitung. Hydraulische Steuerungen können
erstellt und simuliert werden. Das digitale Lernprogramm Hydraulik vermittelt die Grundlagen hydraulischer
Steuerungen. Anhand von Beispielen aus der industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen
der Hydraulik und lernt die Komponenten hydraulischer Anlagen kennen.
Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren
Katalogen und im Internet.
XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Lernziele Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502)
Komponenten
Sie kennen Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors.
Sie kennen Aufbau und Funktion eines Stromteilerventils.
Sie kennen Aufbau und Funktion eines Druckreduzierventils.
Schaltungen
Sie können Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen.
Sie können Schaltungen mit Bypass realisieren.
Sie können ein Stromteilerventil für den Gleichlauf zweier Zylinder einsetzen.
Sie können den Gleichlauf im Vor- und Rückhub sicher stellen.
Sie kennen die Umströmschaltung.
Sie kennen die Eilgangvorschubschaltung.
Sie können ein Weg-Schritt-Diagramm aus einer Ablaufbeschreibung erstellen.
Sie können Membranspeicher als Volumenspeicher einsetzen.
Sie können Zylinder nach Abschalten der Pumpe aus dem Speicher aus- und einfahren.
Sie können einen Membranspeicher als Druckspeicher einsetzen.
Sie können einen Membranspeicher für eine Eilgangschaltung einsetzen.
Sie kennen die Gleichrichterschaltung.
Sie können ein Druckreduzierventil in einer Schaltung einsetzen.
Sie können den Druck eines doppeltwirkenden Zylinders vorgeben.
Sie können zwischen der Anwendung eines Druckbegrenzungsventils und eines Druckreduzierventils
entscheiden.
Sie können eine Ablaufsteuerung mit zwei Zylindern beschreiben und aufbauen.
Sie kennen eine Druckfolgeschaltung.
Sie kennen eine Druckstufenschaltung.
Sie kennen eine Absicherung für ziehende Belastung.
Messungen und Berechnungen
Sie können Leistungsbilanzen hydraulischer Schaltungen aus Messwerten berechnen.
Sie können die Kräfte am Zylinder berechnen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 XIII
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Lernziel
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
Hydraulikmotors. x
Sie können Drehrichtung und
Drehgeschwindigkeit eines
Hydraulikmotors einstellen.
x
Sie können Schaltungen mit Bypass
realisieren. x
Sie können Leistungsbilanzen
hydraulischer Schaltungen aus
Messwerten berechnen.
x
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
Stromteilerventils. x x
Sie können ein Stromteilerventil für den
Gleichlauf zweier Zylinder einsetzen. x x
Sie können den Gleichlauf im Vor- und
Rückhub sicher stellen. x
Sie kennen die Umströmschaltung. x
Sie können die Kräfte am Zylinder
berechnen. x
Sie kennen die
Eilgangvorschubschaltung. x
Sie können ein Weg-Schritt-Diagramm
aus einer Ablaufbeschreibung erstellen. x
Sie können Membranspeicher als
Volumenspeicher einsetzen. x
Sie können Zylinder nach Abschalten der
Pumpe aus dem Speicher aus- und
einfahren.
x
Sie können einen Membranspeicher als
Druckspeicher einsetzen. x
Sie können einen Membranspeicher für
eine Eilgangschaltung einsetzen. x
Sie kennen die Gleichrichterschaltung. x
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
Druckreduzierventils. x
Sie können ein Druckreduzierventil in
einer Schaltung einsetzen. x
XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Lernziel
Sie können den Druck eines
doppeltwirkenden Zylinders vorgeben. x
Sie können zwischen der Anwendung
eines Druckbegrenzungsventils und eines
Druckreduzierventils entscheiden.
x
Sie können eine Ablaufsteuerung mit zwei
Zylindern beschreiben und aufbauen. x
Sie kennen eine Druckfolgeschaltung. x
Sie kennen eine Druckstufenschaltung. x
Sie kennen eine Absicherung für ziehende
Belastung. x
Gerätesatz
Dieser Gerätesatz der Aufbaustufe ist für die Weiterbildung in hydraulischer Steuerungstechnik
zusammengestellt. Die beiden Gerätesätze (TP 501 und TP 502) enthalten Komponenten, die für die
Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und können mit anderen Gerätesätzen beliebig
erweitert werden.
Gerätesatz Hydraulik, Aufbaustufe (TP 502)
Komponente Bestellnummer Menge
2/2-Wege-Stößelventil, umbaubar 544353 1
3-Wege-Druckreduzierventil 544337 1
Druckbegrenzungsventil, ausgeglichen 567237 1
Membranspeicher mit Absperrblock 152859 1
Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck 548618 3
Stromteilerventil 544340 1
Differenzialzylinder 16/10/200 mit Abdeckhaube 572746 1
Anbausatz für Zylinder 544371 1
T-Verteiler 152847 5
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 XV
Schlauchleitungen mit Schnellverschlusskupplung
Benennung Bestellnummer Menge
Schlauch 600 mm 152960 7
Schlauch 1000 mm 152970 4
Schlauch 1500 mm 159386 2
Grafische Symbole des Gerätesatzes
Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol
2/2-Wege-Stößelventil,
umbaubar
B
P
A
P
Differenzialzylinder
16/10/200 mit
Abdeckhaube
3-Wege-
Druckreduzierventil
T
A
P
T-Verteiler
Druckbegrenzungsventil,
ausgeglichen
Rückschlagventil,
0,6 MPa Öffnungsdruck
Stromteilerventil A
P
B
XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Komponente Grafisches Symbol
Membranspeicher mit
Absperrblock
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben
Gerätesatz TP 502
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Komponente
2/2-Wege-Stößelventil, umbaubar 1 1 1 1
3-Wege-Druckreduzierventil 1 1 1
Druckbegrenzungsventil, ausgeglichen 1 1 1 1 1
Membranspeicher mit Absperrblock 1 1 1
Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck 2 1 1 3 1 1 1 1
Stromteilerventil 1 1
Differenzialzylinder 16/10/200 mit
Abdeckhaube
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
T-Verteiler 1 5 1 2 1 1 1 6 2 2 2 2 3
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 XVII
Gerätesatz TP 501
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Komponente
Hydromotor 1 1 1
4/3-Wege-Handhebelventil,
Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend
1 1 1 1 1 1
Drosselrückschlagventil 1 1 1 1 1 1 1
Absperrventil 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Verteilerplatte 4-fach, mit
Druckmessgerät
1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Druckmessgerät 1 2 2 2 1 1 3 1 1 4 2 1 2
2-Wege Stromregelventil 1 1 1 1 1
Differenzialzylinder 16/10/200 mit
Abdeckhaube
1 1 1
4/2-Wege-Handhebelventil,
federrückgestellt
1 2 1 1 1 1 1 1
Druckbegrenzungsventil 1 1 1
Rückschlagventil, 0,6 MPa Öffnungsdruck 1
4/3-Wege-Handhebelventil,
Sperrmittelstellung, rastend
1 1
T-Verteiler 1
Schläuche
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Komponente
Schlauch 600 mm 5 7 4 7 5 7 5 5 7 5 6 6 7 7 7
Schlauch 1000 mm 1 1 4 5 1 2 3 2 2 2 2 2 5 4 3
Schlauch 1500 mm 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1
XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142
Notwendiges Zubehör
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Komponente
Digital-Multimeter 1 1 1 1
Netzgerät 24 V DC 1 1 1 1
Hydraulikaggregat 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder
Lernziele
Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen der Grundlagen der Hydraulik sowie
der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie
und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der
Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.
Richtzeit
Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.
Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche.
Komponenten des Gerätesatzes
Lehrbuch, Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle
15 Aufgaben benötigen Sie Komponenten eines Gerätesatzes TP 502.
Jede Aufgabe kann auf einer Profilplatte mit mindestens 700 mm Breite aufgebaut werden.
Normen
Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:
DIN ISO 1219-1: Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Symbole
DIN ISO 1219-2: Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne, Schaltpläne
DIN EN 60617-7: Graphische Symbole für Schaltpläne
DIN EN 81346-2: Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;
Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 550142 XIX
Kennzeichnung der Lösungen
Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.
Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern
Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.
Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.
Hinweise für den Unterricht
Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Komponenten und den aufgebauten Steuerungen
gegeben. Diese Hinweise sind in der Aufgabensammlung nicht enthalten.
Lösungen
Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer
Messungen können von diesen Daten abweichen.
Lernfelder
Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema „Hydraulik“ für
ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.
Ausbildungsberuf Lernfeld Thema
Elektroniker/in für
Automatisierungstechnik
3 Steuerungen analysieren und anpassen
6 Anlagen realisieren und deren Sicherheit prüfen
Industriemechaniker/in 6 Installieren und Inbetriebnehmen steuerungstechnischer Systeme
Mechatroniker/in 4 Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen, pneumatischen
und hydraulischen Baugruppen
7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme
Struktur der Aufgaben
Alle 15 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:
Titel
Lernziele
Problemstellung
Lageplan
Arbeitsaufträge
Arbeitshilfen
Arbeitsblätter
Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt aller 15 Aufgaben.
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Bezeichnung der Komponenten
Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN-ISO 1219-2. Alle Bauteile eines
Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben
vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert.
Zylinder: 1A1, 2A1, 2A2, ...
Ventile: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...
Signaleingabe: 1S1, 1S2, ...
Zubehör: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...
Inhalte der CD-ROM
Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-
ROM Ihnen FluidSIM® Schaltpläne zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
FluidSIM® Schaltpläne
FluidSIM® Schaltpläne
Für alle Aufgaben des Trainingspaketes sind die FluidSIM® Schaltpläne in diesem Verzeichnis hinterlegt.
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Inhalt
Aufgaben und Lösungen
Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) ____________________________________ 3
Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) ________ 13
Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) _________________________________________ 21
Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) ________ 29
Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) ____________________________ 35
Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) ________________________ 43
Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) __________________ 53
Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) __________________________ 61
Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) _________________ 67
Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) _________ 75
Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) _____________________________________ 83
Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile
(Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) _____________________________ 91
Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) ___________________________________ 99
Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) _________________ 107
Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) _______ 113
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Aufgabe 1
Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
Lernziele
Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben,
kennen Sie Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors.
können Sie Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen.
Problemstellung
Die Schlauchhaspel eines Heizöllasters wird mit einem Hydromotor angetrieben. Der Schlauch soll
abgewickelt, längerfristig angehalten und wieder aufgewickelt werden. Für diese Schaltstellungen ist ein
4/3-Wegeventil zu verwenden. Die Geschwindigkeit soll mit einem Drosselventil einstellbar sein.
Lageplan
ES FE 202
1202
30
Tanklaster mit Schlauchhaspel
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Beschreibung des Prozesses
Nachdem die hydraulische Schaltung aufgebaut ist, wird das 4/3 Wege Handhebelventil 1V2 auf
Mittelstellung gebracht. Das Hydraulikaggregat wird eingeschaltet und ein Systemdruck von 5 MPa (50 bar)
eingestellt.
Durch Umschalten des 4/3-Wegeventils auf die rechte oder linke Schaltstellung wird der Hydraulikmotor in
Gang gesetzt. Mit dem Drosselrückschlagventil 1V1 wird der Durchfluss eingestellt.
Arbeitsaufträge
1. Machen Sie sich mit der Funktion und dem Aufbau eines Hydraulikmotors vertraut.
2. Ergänzen Sie die Geräteliste
3. Bauen Sie die Übung praktisch auf.
4. Überprüfen Sie den Steuerungsaufbau
5. Messen Sie die Umdrehungen des Motors in 10 Sekunden bei unterschiedlichen Durchflüssen und
vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den Werten aus dem Datenblatt für den Durchflusssensor.
6. Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
Arbeitshilfen
Datenblätter
Bedienungsanleitungen
Lehrbuch Hydraulik
Simulationsprogramm FluidSIM® H
Sichtprüfung
Eine permanente Sichtprüfung auf Defekte bei Schlauchleitungen und Hydraulikkomponenten
gehört zum Sicherheitsstandard in der Hydraulik.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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1. Funktion und Aufbau eines Hydraulikmotors
Information
In der Regel haben Hydromotoren den gleichen konstruktiven Aufbau wie Hydropumpen. Sie
werden eingeteilt in
• Konstantmotoren
konstantes Schluckvolumen
• Verstellmotoren
verstellbares Schluckvolumen.
Innerhalb dieser Grundtypen gibt es mehrere Bauarten.
Bauarten von Hydromotoren
Hydromotoren sind Bauelemente des Antriebsteils. Es sind Arbeitselemente (Aktoren). Sie wandeln
die hydraulische Energie in mechanische Energie um und erzeugen drehende Bewegungen
(Rotationsantrieb). Verläuft die Drehbewegung nur in einem bestimmten Winkelbereich, spricht
man von Schwenkmotoren.
Hydromotoren besitzen die gleichen Kenngrößen wie Pumpen. Allerdings spricht man bei
Hydromotoren nicht vom Verdrängungsvolumen, sondern vom Schluckvolumen. Das
Schluckvolumen wird von den Hydromotorenherstellern in cm3 je Umdrehung angegeben und dazu
der Drehzahlbereich, in dem der Motor wirtschaftlich arbeitet.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Für das Schluckvolumen von Hydromotoren gilt:
Mp
V
q = n · V
p Druck [Pa]
M Drehmoment [Nm]
V Geometrische Verdrängung, Schluckvolumen [cm3]
q Volumenstrom [dm3/min]
n Drehzahl [min-1]
Aus dem Schluckvolumen und der gewünschten Drehzahl wird der Volumenstrom, den der Motor
benötigt, errechnet.
a) Ein Motor mit einem Schluckvolumen von V = 10 cm3 soll mit einer Drehzahl n = 600 Umdrehungen je
Minute arbeiten.
Berechnen Sie den vom Motor benötigten Volumenstrom q.
q = 310 cm 600
min
= 6000 cm3/min = 6 dm3/min = 6 l/min
Die Pumpe muss 6 dm3/min fördern, damit der Motor sich mit 600 Umdrehungen je Minute dreht.
b) Ein Hydromotor mit einem Schluckvolumen V = 12,9 cm3 wird mit einem Pumpenförderstrom von
q = 15 dm3/min angetrieben. Bei der sich ergebenden Drehzahl ist das Drehmoment M = 1 Nm. Wie
groß ist die Drehzahl n und die abgegebene Leistung P?
Berechnen der Drehzahl n:
n = 3 3 3
3 6 3
15 dm 15 10 m
12,9 cm min 12,9 10 m min
q
V1163 min-1
Berechnen der Leistung P in Watt:
P = 2 · · n · M = 2 · · 1163 min-1 · 1 Nm = 2 1163 1 Nm
60 s
= 122 W
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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c) Berechnen Sie das abgegebene Drehmoment, wenn der Motor sehr stark abgebremst wird und sich
dadurch ein Druck von 14 MPa (140 bar) einstellt. Lassen Sie dabei den mechanisch-hydraulischen und
den volumetrischen Wirkungsgrad unberücksichtigt.
Berechnen des Drehmoments M bei maximalem Eingangsdruck:
M = p V = 140 105 Pa 12,9 10-6 m3 = 140 105 12,9 10-63
2
N m
m
M = 1806 · 10-1 Nm = 180,6 Nm
2. Ergänzen der Geräteliste
– Ergänzen Sie die Geräteliste, indem Sie die Menge der benötigten Komponenten, deren Kennzeichnung
im Schaltplan und die Benennung der Komponenten in die unten stehende Tabelle eintragen.
Menge Kennzeichnung Komponente
1 1M1 Hydromotor
1 1V2 4/3-Wege-Handhebelventil, Stuhlmittelstellung (AB > T), rastend
1 1V1 Drosselrückschlagventil (alternativ Stromregelventil)
1 0V1 Absperrventil
2 — Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät
1 0Z1 Hydraulikaggregat
Menge Komponente
5 Schlauch 600 mm
1 Schlauch 1000 mm
1 Schlauch 1500 mm
Hinweis
Zur Durchführung der Messungen benötigen Sie:
• 1 Netzgerät 24 V DC, maximal 4,5 A
• 1 Digital-Multimeter
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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3. Aufbauen der Steuerung
Beachten Sie beim Aufbau der Steuerung die folgenden Punkte:
Stellen Sie am Druckbegrenzungsventil des Hydraulikaggregats einen Druck von 6 MPa (60 bar) ein,
bevor Sie die Schaltung aufbauen.
Benutzen Sie den Schaltplan.
0Z1
0V1
P T
1M1
A1V2
TP
B
1V1 B
A
Bezeichnen Sie die Komponenten.
Beachten Sie beim Kuppeln der Schlauchleitungen
– Nie bei laufendem Hydraulikaggregat oder unter Druck an- oder abkuppeln.
Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden.
– Kupplungsdosen senkrecht auf Kupplungsnippel aufsetzen.
Vermeiden Sie unbedingt ein Verkanten von Kupplungsdose und Kupplungsnippel.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Auswählen und Verlegen der Schlauchleitungen
– Wählen Sie die Länge der Schlauchleitung so, dass ausreichend Spielraum vorhanden ist,
um Längenänderungen aufzufangen, die durch Druck entstehen.
– Vermeiden Sie mechanische Beanspruchungen der Schlauchleitung.
Biegen Sie die Schlauchleitung nicht unterhalb ihres Mindestbiegeradius von 51 mm.
– Verdrehen Sie die Schlauchleitung nicht beim Einbau.
Markieren Sie die angeschlossenen Schlauchverbindungen im hydraulischen Schaltplan.
4. Überprüfen des Steuerungsaufbaus
Beachten Sie bei der Inbetriebnahme der Steuerung die folgenden Punkte:
Kontrollieren Sie, ob alle Tankleitungen angeschlossen und alle Kupplungen fest aufgesteckt sind.
Drehen Sie die Drossel des Drosselrückschlagventils 1V1 vollständig zu, öffnen Sie dann die Drossel
eine halbe Umdrehung.
Schalten Sie durch Öffnen des Absperrventils auf Pumpenumlauf.
Schalten Sie die elektrische Versorgungsspannung 24 V DC für den Durchflusssensor ein.
Hinweis
Informationen zum Durchflusssensor entnehmen Sie der Bedienungsanleitung des Sensors.
Schalten Sie die Hydraulikpumpe ein.
Schließen Sie langsam das Absperrventil, bis ein Umlaufdruck von ca. 1,5 MPa (15 bar) entsteht.
Schalten Sie bei Leckagen sofort zurück auf Pumpenumlauf.
Schalten Sie den Hydromotor ein und achten Sie auf Leckagen. Anschließend schalten Sie den Motor
wieder aus.
Schließen Sie das Absperrventil vollständig und stellen Sie am Hydraulikaggregat den vorgesehenen
Systemdruck von 5 MPa (50 bar) ein.
Schalten Sie den Hydromotor ein und stellen Sie durch Schließen oder Öffnen der Drossel am
Drosselrückschlagventil 1V1 den gewünschten Durchfluss q am Hydromotor ein.
5. Aufnehmen der Messwerte
a) Tragen Sie die gemessenen Werte in die folgende Tabelle ein.
Hinweis
Um Messfehler zu minimieren, führen Sie jede Zeitmessung dreimal durch und bilden Sie daraus
den Mittelwert.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Durchfluss q
[l/min]
Rechtslauf Linkslauf
Zeit für
20 Umdrehungen [s]
t1, t2, t3 tmittel
Drehzahl n
[U/min]
Zeit für
20 Umdrehungen [s]
t1, t2, t3 tmittel
Drehzahl n
[U/min]
0,5
17,8
17,5 68,6
17,6
18,2 65,9 17,1 18,3
17,6 18,7
1,0
9,7
9,5 126,3
9,4
9,5 126,3 9,3 9,6
9,5 9,5
b) Erstellen Sie mit den Werten aus der Tabelle die Drehzahl-Durchfluss Kennlinie.
100
200
300
0 1,0 2,0 3,0
0
l/min
min-1U
q
Drehzahl-Durchfluss Kennlinie
Hinweis für den Unterricht
Die eingezeichnete Linie soll nur das Auge führen.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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6. Bewerten der Messergebnisse
– Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
Durch Umschalten des 4/3-Wege-Handhebelventils ändert der Hydraulikmotor seine Drehrichtung.
Bei unterschiedlichen Drosseleinstellungen verändert der Hydraulikmotor seine Drehgeschwindigkeit.
Die Drehgeschwindigkeit des Hydraulikmotors verhält sich proportional zum Durchfluss. Doppelter
Durchfluss ergibt doppelte Geschwindigkeit.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Inhalt
Aufgaben und Arbeitsblätter
Aufgabe 1: Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor) ____________________________________ 3
Aufgabe 2: Entwickeln einer energiesparenden Schaltung (Bypass-/Nebenschlussschaltung) ________ 13
Aufgabe 3: Heben schwerer Lasten (Stromteilerventil) _________________________________________ 21
Aufgabe 4: Optimieren der Hebevorrichtung (Stromteilerventil und Druckbegrenzungsventile) ________ 29
Aufgabe 5: Erhöhen der Ausfahrgeschwindigkeit (Umströmschaltung) ____________________________ 35
Aufgabe 6: Reduzieren von Fertigungszeiten (Eilgang-Vorschubschaltung) ________________________ 43
Aufgabe 7: Bewegen eines Zylinders bei Pumpenausfall (Hydraulischer Speicher) __________________ 53
Aufgabe 8: Einspannen eines Getriebegehäuses (Spannen mit Speicher) __________________________ 61
Aufgabe 9: Ausgleichen von erhöhtem Volumenstrombedarf (Eilgang mit Speicher) _________________ 67
Aufgabe 10: Einsetzen eines Stromregelventils im Vor- und Rückhub (Gleichrichterschaltung) _________ 75
Aufgabe 11: Einstellen der Spannkraft (Druckreduzierventil) _____________________________________ 83
Aufgabe 12: Vergleichen verschiedener Druckventile
(Vergleich Druckbegrenzungsventil/Druckreduzierventil) _____________________________ 91
Aufgabe 13: Fräsen von Zylinderköpfen (Druckfolgesteuerung) ___________________________________ 99
Aufgabe 14: Umschalten des Arbeitsdrucks eines Zylinders (Druckstufenschaltung) _________________ 107
Aufgabe 15: Absichern eines Auslegerarms gegen unbeabsichtigte Absenkung (Ziehende Last) _______ 113
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Aufgabe 1
Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
Lernziele
Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben,
kennen Sie Aufbau und Funktion eines Hydraulikmotors.
können Sie Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit eines Hydraulikmotors einstellen.
Problemstellung
Die Schlauchhaspel eines Heizöllasters wird mit einem Hydromotor angetrieben. Der Schlauch soll
abgewickelt, längerfristig angehalten und wieder aufgewickelt werden. Für diese Schaltstellungen ist ein
4/3-Wegeventil zu verwenden. Die Geschwindigkeit soll mit einem Drosselventil einstellbar sein.
Lageplan
ES FE 202
1202
30
Tanklaster mit Schlauchhaspel
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Beschreibung des Prozesses
Nachdem die hydraulische Schaltung aufgebaut ist, wird das 4/3 Wege Handhebelventil 1V2 auf
Mittelstellung gebracht. Das Hydraulikaggregat wird eingeschaltet und ein Systemdruck von 5 MPa (50 bar)
eingestellt.
Durch Umschalten des 4/3-Wegeventils auf die rechte oder linke Schaltstellung wird der Hydraulikmotor in
Gang gesetzt. Mit dem Drosselrückschlagventil 1V1 wird der Durchfluss eingestellt.
Arbeitsaufträge
1. Machen Sie sich mit der Funktion und dem Aufbau eines Hydraulikmotors vertraut.
2. Ergänzen Sie die Geräteliste
3. Bauen Sie die Übung praktisch auf.
4. Überprüfen Sie den Steuerungsaufbau
5. Messen Sie die Umdrehungen des Motors in 10 Sekunden bei unterschiedlichen Durchflüssen und
vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den Werten aus dem Datenblatt für den Durchflusssensor.
6. Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
Arbeitshilfen
Datenblätter
Bedienungsanleitungen
Lehrbuch Hydraulik
Simulationsprogramm FluidSIM® H
Sichtprüfung
Eine permanente Sichtprüfung auf Defekte bei Schlauchleitungen und Hydraulikkomponenten
gehört zum Sicherheitsstandard in der Hydraulik.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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1. Funktion und Aufbau eines Hydraulikmotors
Information
In der Regel haben Hydromotoren den gleichen konstruktiven Aufbau wie Hydropumpen. Sie
werden eingeteilt in
• Konstantmotoren
konstantes Schluckvolumen
• Verstellmotoren
verstellbares Schluckvolumen.
Innerhalb dieser Grundtypen gibt es mehrere Bauarten.
Bauarten von Hydromotoren
Hydromotoren sind Bauelemente des Antriebsteils. Es sind Arbeitselemente (Aktoren). Sie wandeln
die hydraulische Energie in mechanische Energie um und erzeugen drehende Bewegungen
(Rotationsantrieb). Verläuft die Drehbewegung nur in einem bestimmten Winkelbereich, spricht
man von Schwenkmotoren.
Hydromotoren besitzen die gleichen Kenngrößen wie Pumpen. Allerdings spricht man bei
Hydromotoren nicht vom Verdrängungsvolumen, sondern vom Schluckvolumen. Das
Schluckvolumen wird von den Hydromotorenherstellern in cm3 je Umdrehung angegeben und dazu
der Drehzahlbereich, in dem der Motor wirtschaftlich arbeitet.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Für das Schluckvolumen von Hydromotoren gilt:
Mp
V
q = n · V
p Druck [Pa]
M Drehmoment [Nm]
V Geometrische Verdrängung, Schluckvolumen [cm3]
q Volumenstrom [dm3/min]
n Drehzahl [min-1]
Aus dem Schluckvolumen und der gewünschten Drehzahl wird der Volumenstrom, den der Motor
benötigt, errechnet.
a) Ein Motor mit einem Schluckvolumen von V = 10 cm3 soll mit einer Drehzahl n = 600 Umdrehungen je
Minute arbeiten.
Berechnen Sie den vom Motor benötigten Volumenstrom q.
b) Ein Hydromotor mit einem Schluckvolumen V = 12,9 cm3 wird mit einem Pumpenförderstrom von
q = 15 dm3/min angetrieben. Bei der sich ergebenden Drehzahl ist das Drehmoment M = 1 Nm. Wie
groß ist die Drehzahl n und die abgegebene Leistung P?
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c) Berechnen Sie das abgegebene Drehmoment, wenn der Motor sehr stark abgebremst wird und sich
dadurch ein Druck von 14 MPa (140 bar) einstellt. Lassen Sie dabei den mechanisch-hydraulischen und
den volumetrischen Wirkungsgrad unberücksichtigt.
2. Ergänzen der Geräteliste
– Ergänzen Sie die Geräteliste, indem Sie die Menge der benötigten Komponenten, deren Kennzeichnung
im Schaltplan und die Benennung der Komponenten in die unten stehende Tabelle eintragen.
Menge Kennzeichnung Komponente
2 Verteilerplatte 4-fach, mit Druckmessgerät
1 Hydraulikaggregat
Menge Komponente
Schlauch 600 mm
Schlauch 1000 mm
Schlauch 1500 mm
Hinweis
Zur Durchführung der Messungen benötigen Sie:
• 1 Netzgerät 24 V DC, maximal 4,5 A
• 1 Digital-Multimeter
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3. Aufbauen der Steuerung
Beachten Sie beim Aufbau der Steuerung die folgenden Punkte:
Stellen Sie am Druckbegrenzungsventil des Hydraulikaggregats einen Druck von 6 MPa (60 bar) ein,
bevor Sie die Schaltung aufbauen.
Benutzen Sie den Schaltplan.
0Z1
0V1
P T
1M1
A1V2
TP
B
1V1 B
A
Bezeichnen Sie die Komponenten.
Beachten Sie beim Kuppeln der Schlauchleitungen
– Nie bei laufendem Hydraulikaggregat oder unter Druck an- oder abkuppeln.
Kupplungen müssen drucklos gekuppelt werden.
– Kupplungsdosen senkrecht auf Kupplungsnippel aufsetzen.
Vermeiden Sie unbedingt ein Verkanten von Kupplungsdose und Kupplungsnippel.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Auswählen und Verlegen der Schlauchleitungen
– Wählen Sie die Länge der Schlauchleitung so, dass ausreichend Spielraum vorhanden ist,
um Längenänderungen aufzufangen, die durch Druck entstehen.
– Vermeiden Sie mechanische Beanspruchungen der Schlauchleitung.
Biegen Sie die Schlauchleitung nicht unterhalb ihres Mindestbiegeradius von 51 mm.
– Verdrehen Sie die Schlauchleitung nicht beim Einbau.
Markieren Sie die angeschlossenen Schlauchverbindungen im hydraulischen Schaltplan.
4. Überprüfen des Steuerungsaufbaus
Beachten Sie bei der Inbetriebnahme der Steuerung die folgenden Punkte:
Kontrollieren Sie, ob alle Tankleitungen angeschlossen und alle Kupplungen fest aufgesteckt sind.
Drehen Sie die Drossel des Drosselrückschlagventils 1V1 vollständig zu, öffnen Sie dann die Drossel
eine halbe Umdrehung.
Schalten Sie durch Öffnen des Absperrventils auf Pumpenumlauf.
Schalten Sie die elektrische Versorgungsspannung 24 V DC für den Durchflusssensor ein.
Hinweis
Informationen zum Durchflusssensor entnehmen Sie der Bedienungsanleitung des Sensors.
Schalten Sie die Hydraulikpumpe ein.
Schließen Sie langsam das Absperrventil, bis ein Umlaufdruck von ca. 1,5 MPa (15 bar) entsteht.
Schalten Sie bei Leckagen sofort zurück auf Pumpenumlauf.
Schalten Sie den Hydromotor ein und achten Sie auf Leckagen. Anschließend schalten Sie den Motor
wieder aus.
Schließen Sie das Absperrventil vollständig und stellen Sie am Hydraulikaggregat den vorgesehenen
Systemdruck von 5 MPa (50 bar) ein.
Schalten Sie den Hydromotor ein und stellen Sie durch Schließen oder Öffnen der Drossel am
Drosselrückschlagventil 1V1 den gewünschten Durchfluss q am Hydromotor ein.
5. Aufnehmen der Messwerte
a) Tragen Sie die gemessenen Werte in die folgende Tabelle ein.
Hinweis
Um Messfehler zu minimieren, führen Sie jede Zeitmessung dreimal durch und bilden Sie daraus
den Mittelwert.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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Durchfluss q
[l/min]
Rechtslauf Linkslauf
Zeit für
20 Umdrehungen [s]
t1, t2, t3 tmittel
Drehzahl n
[U/min]
Zeit für
20 Umdrehungen [s]
t1, t2, t3 tmittel
Drehzahl n
[U/min]
b) Erstellen Sie mit den Werten aus der Tabelle die Drehzahl-Durchfluss Kennlinie.
100
200
300
0 1,0 2,0 3,0
0
l/min
min-1U
q
Drehzahl-Durchfluss Kennlinie
Hinweis für den Unterricht
Die eingezeichnete Linie soll nur das Auge führen.
Aufgabe 1 – Ansteuern einer Schlauchhaspel (Hydraulikmotor)
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6. Bewerten der Messergebnisse
– Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
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