Hydraulic A

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA BASISSCHAKELING -

1. Basisschakeling

1.1. De hydraulische kringloopBestudeer het schema (het schema zou een hydraulische simulator kunnenvoorstellen) en let op volgende zaken :

- C1 is een dubbelwerkende oliecilinder;- P1 en P2 zijn pompen (aangedreven door een motor M);- KP1 is de drukcollector van pomp P1;- KP2 is de drukcollector van pomp P2;- KT is de drukcollector voor de afvoer van olie naar tank T, via de

terugloopfilter F;- Beide pompen zijn beveiligd tegen overdrukken door respectievelijk de

drukbegrenzers L1 en L2 en hebben een vaste instelling;- V1 is een 4/2 ventiel, hefboombediend met twee vaste standen;- L3 is een instelbare drukbegrenzer met manometer M3.

Betekenis van de letters :- P : drukaansluiting- T : tankaansluiting- A en B : naar cilinderpoorten

Dit zijn de afgesproken coderingen volgens de C.E.T.O.P. normen.Werking :

- Door V1 (handbediend 4/2-ventiel) om te schakelen, kan men de cilinderlaten in- en uitschuiven.

Manometeraanduiding M3 :- Indien het overdrukventiel L3 is ingesteld op 40 bar, zou men tijdens de

werking de volgende vaststellingen kunnen doen :

o tijdens de uitgaande beweging (+) : druk daalt tot 5 baro cilinder volledig uitgeschoven : 40 bar

o tijdens de ingaande slag : 20 baro cilinder volledig ingeschoven : 40 bar

1


- schematisch :

- Indien men dit zou herhalen bij respectievelijk 60 bar en bij de minimaleinstelling van L3, zou men volgende waardes kunnen bekomen.

Instelling vanhetdrukregelventiel L3

ManometerM1, M2 enM3

Aflezingtijdensingetrokkenstand

Aflezingtijdens deuitgaandeslag

Aflezingtijdensuitgeschovenstand

Aflezingtijdens deingaandeslag

60 barM1.1 0 0 64 10M1.2 67 7 0 25M3 60 10 60 28

Minimaleinstelling :

18 bar

M1.1 0 0 18 9M1.2 25 5 0 12M3 18 0 18 4

- Besluit :

De pomp bouwt slechts druk op in functie van de weerstand. De weerstand is maximaal op het einde van de slag.

1.2. Bestanddelen van een hydraulische kringloop

1.2.1. De pompDe pomp wordt aangedreven door een aandrijfmotor.Dit is meestal een elektromotor, maar het kan eveneens een benzine-, diesel-of gasmotor zijn. De pomp wordt met de motor verbonden door een elastischekoppeling of door een riemoverbrenging.

2

t

t

t

V1

C1

P(M3)


De pomp zet de mechanische energie van de motor om in hydraulischeenergie (drukenergie).

1.2.2. Het oliereservoirDe eerste functie van het reservoir is het opbergen van de olie die nodig is omde verbruikers te voeden.Een tweede en minstens even belangrijke functie is het afkoelen van de olie.Want door het langdurig circuleren van de olie gaat deze opwarmen door dewrijving. Om de olie af te koelen gaat men het reservoir veel groter nemen dannodig is.De praktijk heeft uitgewezen dat het reservoir een olievoorraad van 3 à 5 maalde pompopbrengst per minuut mag bevatten.Dit is echter maar een vuistregel, want de juiste bepaling van de reservoirinhoud is een probleem van warmtewisseling.

1.2.3. OliefiltersDe ondervinding heeft geleerd dat het overgrote deel van de moeilijkheden methydraulische installaties te wijten zijn het gebruik van vervuilde olie.Stof en onzuiverheden beperken de levensduur van de bewegende delen.De ideale aanzuigfilter is deze, die alle onzuiverheden tegenhoudt en die geenstromingsweerstand biedt.De soorten filters, hun plaats en het onderhoud worden later besproken.

1.2.4. Leidingen en koppelingenHydraulische installaties hebben zowel druk- als terugvoerleidingen nodig.In een hydraulische kring dient men veel meer aandacht te besteden aan hetleidingwerk dan in een pneumatische kring, omdat :

- olie weinig samendrukbaar is en vlug haar druk verliest;- er met veel grotere drukken gewerkt wordt en er meer kans is op

lekkage;- olie heeft een grotere massa dan lucht en dus ook meer traagheid, wat

schokken en trillingen tot gevolg kan hebben;- een slecht gedimensioneerde leiding heeft vermogenverlies tot gevolg.

1.2.5. VentielenDeze dienen om de druk te regelen, de apparatuur te beveiligen, devloeistofstroom af te sluiten of van richting te veranderen en om de snelheid teregelen.

1.2.6. Cilinders en hydromotorenDe hydraulische cilinder zet de hydraulische energie terug om in mechanischeenergie.

3


In de hydraulica komen naast de klassieke cilinders die de rechtlijnigebeweging verzorgen, ook veel hydromotoren voor met een continue draaiendebeweging.

1.3. Het schakelschema - symbolenDankzij het schakelschema kan men vaststellen hoe de diverse apparatenonderling met elkaar in verbinding zijn gebracht.Een schakelschema vergemakkelijkt het planlezen bij het uitvoeren van eeninstallatie, het opsporen van defecten en eveneens het ontwerp.Indien men gebruik maakt van een simulatiepakket, kan het schema wordengetest op zijn goede werking.In de komende oefeningen worden de meest elementaire schakelschema’suiteengezet. Het zijn juist die basisschema’s die ons moeten leren en toelatendiverse processen op te bouwen.Het is een feit hoe ingewikkeld een schema ook is of mag lijken, de opbouw issteeds een aaneenschakeling van enkele basiskringlopen.Schakelschema’s moeten duidelijk zijn. In het leidingswerk komen liefst zoweinig mogelijk bochten en kruisingen voor.De symbolen werden vastgelegd door de Europese Commissie voorHydraulische en Pneumatische aandrijvingen, de CETOP.De symbolen voor hydraulica zijn vrij gelijklopend met die van de pneumatica.

1.4. BedieningsventielenOm de zuiger van een hydraulische cilinder in beweging te brengen, beschiktmen over een grote verscheidenheid aan ventielen, soms spreekt men vanwegventielen of debietsverdeelschuiven.Door een ventiel te “schakelen” wordt oliedruk tot het zuigeroppervlak van decilinder toegelaten.Dit zogenaamd schakelen kan geschieden door :

- handbediening- mechanische bediening- pneumatische bediening- elektromagnetische bediening- hydraulische bediening

Ieder ventiel heeft een aantal aansluitpoorten die bestemd zijn voor :- P =

de persdrukaansluiting- T =

de afvoer of tankaansluiting

4


- A en B = de toevoer naar de verbruiker(cilinder of hydromotor)

CETOP symboliseert de functie van een ventiel door een breukgetal, watidentiek is aan de pneumatische ventielen.(Opgelet : een afgeplugde poort wordt voorgesteld door een kruisje)

1.5. Hydraulische cilindersDe cilinder heeft tot taak de hydraulische energie om te zetten in eenrechtlijnige beweging.In de handel is een ganse waaier aan cilinders beschikbaar, die alnaargelangde toepassing kunnen ingezet worden.In hoofdzaak kunnen wij ze opsplitsen in twee groepen :

- enkelwerkende cilinders- dubbelwerkende cilinders

1.5.1. KrachtberekeningDe theoretische kracht die een cilinder kan ontwikkelen wordt berekend met deformule APF

Daar het werkzame oppervlak van een dubbelwerkende cilinder niet gelijk is bijde in- en uitgaande slag, is de trekkracht kleiner dan de duwkracht.

1.5.2. SnelheidsberekeningNaast de kracht is ook de snelheid van de cilinder een hoofdelement.De snelheid wordt afgeleid van de volgende formule :

vAQ

Hierin is :- Q : debiet in cm³/min- A : oppervlakte in cm²- v : snelheid in cm/min

Stellen we daarbij dat :- Q : debiet in l/min- A : oppervlakte in cm²- v : snelheid in m/sec

dan wordt de formule :

AQv

vAQ

6

of6

5


1.6. Herhalingsvragen1. Wat zijn de twee belangrijkste functies van het reservoir?

______________________________________________________________________________________________

2. Waarom is de manometer M3 duidelijk lager tijdens de beweging van dezuigerstang dan bij stilstand van de cilinder?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Waarom valt de druk van de olie onmiddellijk weg in een hydraulischeinstallatie als men de pomp stillegt? Dit is toch niet het geval bij eenperslucht installatie wanneer we de compressor stilleggen.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Waarom geeft men in de hydraulica de voorkeur aan 4/2 of 4/3 ventielen inplaats van 5/2 of 5/3 ventielen?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Door wat wordt een afgeplugde poort gesymboleerd? _________________6. Teken het symbool van een :

a. 4/2 ventiel, hefboombediend

b. dubbelwerkende cilinder

c. hydraulische pomp

d. drukbegrenzingsventiel

e. filter

7. Bereken de snelheid van de uitgaande en de ingaande slag van een cilinder(zie gegevens op een cilinder in het labo) als de pomp een debiet heeft van6 liter/min.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6


8. Bereken de cilinder diameter als een theoretische duwkracht van 2500 daNvereist is bij een druk van 125 bar.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA HYDR. VLOEISTOFFEN -

2. Hydraulische vloeistoffen

2.1. Eigenschappen van hydraulische vloeistoffen

2.1.1. Algemeen Voor normale toepassingen gebruikt men als drukmedium gewoonlijk mineraleoliën. Daarnaast worden, uit veiligheidsoverwegingen - bijvoorbeeld inbrandgevaarlijke ruimten - ook tegen vuur bestand zijnde, d.w.z. moeilijkontvlambare hydraulische vloeistoffen toegepast. Het gaat daarbij dan om:

- waterachtige vloeistoffen; hoofdbestanddeel water; - olie-emulsies; olie-in-water-, resp. water-in-olie-emuisies;- watervrije synthetische vloeistoffen.

De functies van de hydraulische vloeistoffen zijn:

- energietransport en -overdracht;- smering;- bescherming tegen corrosie;- afvoer van warmte;- afvoer van vuil en andere onzuiverheden zoals neerslag, corrosie- en

slijtagedeeltjes.

2.1.2. Viscositeit Bepalend voor de keuze van een hydraulische olie zijn in de eerste plaats deviscositeit (vloeistof-taaiheid, stroperigheid) en temperatuurafhankelijkheiddaarvan.Viscositeit is de weerstand van een vloeistof tegen stroming onder werking vaneen "vreemde" kracht als gevolg van de inwendige wrijving van devloeistofdeeltjes.De viscositeit is vooral duidelijk waarneembaar wanneer men met eenuitwendige kracht een lichaam door de vloeistof verplaatst.Door de cohesie van de moleculen ontstaat er een inwendige wrijving.Beschouw je een plaat met een oppervlakte A (m²), die zich met een snelheidv (m/s) over een vloeistoffilm met een dikte h (m) verplaatst. Door de adhesiekleeft de vloeistof onderaan de vaste wand, terwijl aan de oppervlakte desnelheid v is. Ten gevolge van dit snelheidsverschil treden erschuifspanningen op tussen de lagen.De daarbij optredende weerstand, resp. de inwendige wrijvingsweerstand F is,behalve van de viscositeit η dus ook afhankelijk van de snelheid v, hetvoortbewogen oppervlak A en de dikte h. Tussen deze grootheden bestaat het volgende verband:

8


hvAF

Vraag : Wat is de eenheid van de (dynamische) viscositeit?

De wrijvingscoëfficiënt η is een specifieke materiaalconstante, dynamischeviscositeit genaamd.Daarnaast kent men de zogenoemde kinematische viscositeit ; dit is dedynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid , die de weerstand tegenstroming onder werking van de zwaartekracht (= eigen gewicht) weergeeft.

Vraag : Wat is de eenheid van de kinematische viscositeit?

De kinematische viscositeit is een veelgebruikte rekengrootheid waarvan mende waarde met de gebruikelijke viscosimeters (viscositeitsmeetinstrumenten)rechtstreeks bepaalt.

De eenheden waarin de viscositeit wordt uitgedrukt, zijn sterk afhankelijk vande meetmethoden, die neerkomen op:

- het bepalen van de uitstroomtijd van een gegeven hoeveelheid vloeistof;voorbeeld: de meetmethode volgens Engler, resp.:

- het laten zakken van een kogel in een buis met vloeistof (Höppler-methode); ook NEN 3026 en NEN 3803 beschrijven meetmethoden metbuisviscosimeters.

Voor de genoemde viscoiteiten geldt:

- de dynamische viscositeit wordt gemeten in Ns/m².een oude, nog veel gebruikte eenheid is de poise (P);1 P = 100 cP (centipoise) = 0,1 Ns/m² = 0,1 Pa.s1 cP = 10-3 Pa.s

- de kinematische viscositeit wordt gemeten in m²/s;een oude, nog veel gebruikte eenheid is de stoke (St).1 St = 100 cSt (centistokes) = 10-4 m²/s.

Daarnaast kent men verouderde eenheden als graden Engler, secondenSaybolt en seconden Redwood, waarmee evenwel geen enkel mathematischverband bestaat (ook onderling niet). Dit zijn relatieve maten waarbijleegstroomtijden van een reservoir worden vergeleken met die van water vaneen bepaalde temperatuur.

2.1.3. Verband tussen viscositeit en temperatuur

9


Uit de figuur blijkt dat, naar mate de temperatuur toeneemt, de viscositeitafneemt. Bij het ontwerp van een installatie gaat men gewoonlijk uit van eenbedrijfstemperatuur van 50°C waarbij de installatie optimaal functioneert. Eenbruikbare viscositeit is dan bijvoorbeeld 34.10-6 m²/s (34 cSt).De bedrijfstemperatuur mag slechts weinig hoger of lager worden omdat bijeen lagere dynamische viscositeit de wrijvingsverliezen in de olie zelfweliswaar afnemen, de lekverliezen worden dan echter groter (dunnere olie);bovendien is er het risico dat de smeerkwaliteit afneemt. Anderzijds neemt bijeen lagere temperatuur de viscositeit toe. Daardoor zullen dewrijvingsverliezen, en daarmee de vermogensverliezen, toenemen en bereiktmen al spoedig het punt dat men de olie niet meer door het systeem kanpompen.

Tussen deze beide extreme situaties ligt een optimaal punt - waarbij hetvermogensverlies minimaal is. Dikwijls genieten dunvloeibare oliën (lageviscositeit) toch wel een zekere voorkeur vanwege de kleinerestromingsverliezen, die daarmee optreden.

Viscositeitsindex De viscositeitsindex (VI) is een empirische maat voor de mate waarin deviscositeit afhangt van de temperatuur. Richtlijn hierbij is dat de VI hoog is, alsde variatie van de viscositeit klein is. De VI-schaal is empirisch vastgesteld. Men heeft daartoe de dynamischeviscositeit vergeleken van twee soorten olie, een zeer goede en een zeerslechte, die beide bij 310 K (= 100 °F) een hogere viscositeit hebben als bij372 K (210 °F), bij welke temperatuur beide oliesoorten dezelfde viscositeit

10


hebben (de viscositeit/temperatuurkarakteristieken van beide soorten snijdenelkaar in dit punt). Bij de lage temperatuur (100°F) is de viscositeit van de beste olie echter veellager dan die van de slechtere olie, met andere woorden: de slechtere olieheeft een viscositeit die sterker afhankelijk is van de temperatuur.Men heeft het viscositeitverschil bij 100°F uitgezet op een bepaaldelogaritmische schaal en dit verschil in 100 delen verdeeld. De beste olie(laagste viscositeit bij 100°F) heeft VI = 100, en de slechtste (hoogsteviscositeit bij 100°F) heeft VI = 0. Door vergelijking kan men ooktussenliggende VI-waarden van onbekende oliesoorten bepalen. Toen de VI-schaal werd opgezet, heeft men de op dat moment beste olie als maatstaf voorVI = 100 genomen. Sindsdien zijn er betere oliën (dan die destijds "beste" olie)zodat thans VI-waarden groter dan 100, voorkomen.

2.1.4. Viscositeit en druk De viscositeit is niet alleen afhankelijk van de temperatuur, maar ook van dedruk. Met het stijgen van de druk neemt de viscositeit toe. Zo heeft bijvoorbeeld een bepaalde oliesoort bij een (over-)druk van 0 MPa en

viscositeit van 50.10-6 m²/s (50cSt) bij 40°C; bij dezelfdetemperatuur is de viscositeit120.10-6 m²/s (120 cSt) bij 40MPa, en 300.10-6 m²/s (300 cSt)bij 80 MPa. Toch speelt ook detemperatuurafhankelijkheid hierbijeen rol. Van olie met een lage VI(viscositeitsindex) neemt deviscositeit namelijk sterker toe metde druk, dan van olie met eenhoge VI

2.1.5. Indeling in viscositeitsklassen Het bedrijfsleven streeft ernaar met zo weinig mogelijk verschillende soortenhydraulische en smeerolie te voorzien in alle behoeften van een bepaaldbedrijf. Bovendien wil men de producten van verschillende olieleveranciers opeenvoudige wijze - op basis van de viscositeit - met elkaar kunnen vergelijken.Aan deze behoefte is voldaan door het invoeren van zogenoemde viscositeits-klassen. Vòòr 1978 was de van oorsprong Amerikaanse aanduiding met SAE-getallen(SAE = Society of Automotive Engineers) nagenoeg de enige internationaalaanvaarde indeling in viscositeitsklassen. Het SAE-getal achter deproductnaam geeft daarbij aan, in welke klasse, d.w.z. in welkviscositeitsgebied - geldend bij een bepaalde temperatuur - deze olie moetworden ingedeeld. De denkbeeldige oliesoort OLIENED 30 van een

11


Nederlandse fabrikant hoort dus thuis in dezelfde klasse als OLIAM 30 van eenAmerikaanse fabrikant.

Volgens deze SAE-indeling zijn er 7 verschillende klassen motorolie (dewinteroliën SAE 5 W, SAE 10 W en SAE 20 W, en de zomeroliën SAE 20,SAE 30, SAE 40 en SAE 50) en 5 klassen transmissieolie (SE 75, SAE 80,SAE 90, SAE 140 en SAE 250).

Sindsdien is door de ISO (international Organization for Standardization) teGenève een op SI-eenheden gebaseerde vergelijkbare indeling gemaakt envastgelegd in een normalisatiesysteem voor oliën. Deze ISO-classificatie dievooral in de industrie zijn toepassing vindt, is vastgelegd in de norm: ISO 3448 INDUSTRIAL LUBRICANTS

ISO VISCOSITY CLASSIFICATION

Hoofdkenmerk van deze norm is dat het totale gebied van de lage tot de hogeviscositeiten (in mm²/s = 10-6 m²/s = cSt), gemeten bij 40°C, is verdeeld in 18gebieden met duidelijke gespecificeerde grenswaarden. Elk VG-nummer (VG = viscosity grade) vertegenwoordigt steeds het middenvan het gebied.

Met deze ISO VG-classificatie wordt voldaan aan de praktijkbehoefte aanbeschikbare viscositeiten.

Het is de bedoeling dat de leveranciers van oliën de benamingen van hunproducten in overeenstemming brengen met de ISO VG-nummers (demeesten hebben dit - anno 1983 - reeds gedaan). Ook de fabrikanten vanwerktuigen dienen, bij opgave van aanbevolen oliesoorten, dit systeem tehanteren.

Vergelijking Motorolie SAE30 komt overeen met ISO VG 100, en motorolieSAE40 met lSOVG 150. Van deze vergelijkbare klassen liggen de middens ongeveer gelijk. Debreedte van de viscositeitsgebieden verschillen echter,- de SAE-gebieden zijngroter (breder) dan de ISO VG-klassen, die dus nauwere viscositeitstolerantieshebben.

2.1.6. Overige kenmerken van hydraulische vloeistoffen Behalve de reeds genoemde kenmerken van hydraulische vloeistoffen moetendeze (o.a.) volgende kwaliteiten hebben:

- stabiel, d.w.z. goed bestand tegen verouderen,- een goed waterafscheidend vermogen; het afscheiden van water

voorkomt, resp. verhindert dat de smerende werking vermindert en hetcorrosiegevaar toeneemt;

- een laag stolpunt; het drukmedium moet ook bij lage temperaturendoor het systeem stromen;

12


- niet, of uiterst moeilijk ontbrandbaar; hydraulische vloeistoffen mogenniet gemakkelijk ontbranden;

- chemisch neutraal, d.w.z. niet-aantastend voor dichtmateriaal enpakkingen

Dit beperkte overzicht toont aan dat de hydraulische vloeistof in belangrijkemate bijdraagt aan het juiste functioneren van de gehele hydraulischeinstallatie. In het volgende worden deze aspecten - plus enkele nog niet genoemdekenmerken - nader toegelicht.

Veroudering. Olie die in aanraking komt met zuurstof (lucht) degenereert,d.w.z. oxideert, ontleedt, e.d. Het resultaat is de vorming van deelsonoplosbare bestanddelen die samen een gomachtig substantie vormen en dezuurgraad van de olie verhogen. Deze zuurgraad is dan ook een maat voor deveroudering. Toevoegingen vergroten de weerstand van de olie tegenverouderen.

Schuimneiging. Olie die met lucht in aanraking komt, kan - bij hoge druk -veel lucht opnemen. Als de druk lager wordt, komt de lucht weer vrij waardoorde olie gaat schuimen. De schuimneiging is de schuimhoogte (in mm) dieontstaat door een monster olie bij 297 K (= 24°C = 75°F) gedurende 5 minutente doorluchten. Laat men - na het bepalen van de schuimneiging - het monster10 minuten staan, dan is de resterende schuimhoogte (mm) deschuimstabiliteit.

Ontluchtingstijd. Dit is de tijd die olie, waarin uiterst fijn verdeeldeluchtdeeltjes rondzweven, nodig heeft om van troebel weer helder te worden,d.w.z. de tijd die deze luchtdeeltjes er over doen om het oppervlak te bereikenen te ontwijken. Men meet de ontluchtingstijd door met een weegschaal(balans) de dichtheid van de olie bij 50°C te bepalen, en dit monster daarnagedurende 7 minuten te beluchten. De ontluchtingstijd is de tijd - in minuten -waarin zoveel lucht ontwijkt dat de dichtheid 99,8% van de oorspronkelijkewaarde is geworden.

Waterafscheidend vermogen is het vermogen van een emulsie van olie enwater om weer in 2 fasen (water en olie) te separeren. Water in olie - dat kanlek- of condenswater zijn - moet zich daarmee niet kunnen mengen of eenemulsie kunnen vormen. Dat vergroot namelijk het corrosiegevaar (roesten) envermindert de smeerwerking. Het water moet dus gescheiden blijven van deolie, of zich daaruit snel afscheiden. Chemische toevoegingen (doops)bevorderen dit.

Stolpunt Dit is de laagste temperatuur waarbij een vloeistof nog vloeit onderde werking van de zwaartekracht. Het stolpunt wordt gemeten, en vastgelegdin stappen van 3°C. De bedrijfstemperatuur moet minimaal 10°C hoger zijndan het stolpunt.

13


Troebelingspunt, de lage temperatuur waarbij de olie troebel wordt door hetuitkristalliseren van paraffinedeeltjes.

Ontvlambaarheid; dit verschijnsel - d.w.z. de eis van moeilijk ontvlambarevloeistoffen - hangt samen met:

a) Het vlampunt. Dit is de laagste temperatuur waartoe eenvloeistof moet worden verhit om een damp-luchtmengselte vormen dat - als men hierin een vlammetje houdt - evenopvlamt, maar weer uitdooft.

b) Het brandpunt. Dit is de temperatuur tot waar eenvloeistof moet worden verhit om een damp- luchtmengselte vormen dat - ontstoken door middel van een vlam -gedurende 5 seconden blijft branden.

c) De zelfontstekingtemperatuur. Dit is de temperatuurwaarbij een vloeistof ontsteekt als men deze door middelvan een pipet in een van buiten verhitte fles laatdruppelen. Als zogenoemde a.i.t. (= auto ignitiontemperature) neemt men een temperatuur die 5°C lager isdan de zelfonstekingstemperatuur.

Chemisch neutraal. Het drukmedium komt in aanraking met allerleimaterialen van de hydraulische installatie, o.a. ook met pakkingen enafdichtingen. Chemische neutraliteit jegens de afdichtingen wil zeggen dat hetdrukmedium geen verandering in afmetingen en in mechanischeeigenschappen veroorzaakt wanneer beide met elkaar in contact zijn.

Zuurgetal Een maat voor de zure en basische eigenschappen van eenvloeistof; deze wordt uitgedrukt als een equivalente hoeveelheid zuur of base,nodig om de vloeistof te neutraliseren. Het zuurgetal is bijvoorbeeld het aantalmilligrammen kaliumhydroxyde (KOH) dat nodig is om het zuur in 1 gramvloeistof te neutraliseren. Onder veroudering is opgemerkt dat het zuurgetal een indicatie is van deveroudering van de olie. Toch is er geen direct verband bekend tussenzuurgetal en corrosie. Wèl geeft vergelijking van het zuurgetal van gebruikteen niet-gebruikte olie een aanwijzing over de mate van verontreiniging en deconditie van de installatie waarin de olie aanwezig is.

Smeerwerking. Hydraulische olie moet een goede smeerwerking hebben, dusde wrijvingsweerstand tussen langs elkaar glijdende machinedelen (zuigers,plunjers) zo klein mogelijk maken.

Samendrukbaarheid. Hydraulische olie wordt onder hoge druk samengedrukt;niet veel - nog geen procent per 10 M Pa - maar toch genoeg om denauwkeurigheid van gewenste bewegingen nadelig te beïnvloeden, of temaken dat een installatie, als de druk wegvalt, nog nabeweegt. Desgewenst geeft de fabrikant van hydraulische vloeistoffen een overzicht(tabel, resp. kromme) van de volumeafname in afhankelijkheid van de druk.

14


Een kromme die dit verband aangeeft is niet lineair maar zodanig datnaarmate de druk stijgt, de volumevermindering afneemt.De te constateren volumevermindering van de hydraulische olie in eeninstallatie is niet alleen het gevolg van de samendrukking van de olie. Er is ooknog een schijnbare volumeverkleining van de olie, veroorzaakt door het - onderdruk - uitzetten van de installatie (leidingen, stangen, e.d.). Ook dit effectmaakt dat er meer drukloze olie aangezogen en door het systeemgetransporteerd moet worden dan er uiteindelijk aan volumeverandering -bijvoorbeeld in een cilinder - wordt gerealiseerd. De constructeur vat deze verschijnselen meestal samen in éénallesomvattende factor, de zogenoemde fictieve samendrukbaarheidsfactorvan de vloeistof waarmee alle effecten worden verrekend in een denkbeeldige,extra grote samendrukbaarheid van de vloeistof. Voordeel: men hoeft alleenmet deze ene factor te rekenen. Uiteraard geldt deze factor uitsluitend vooreen bepaalde vloeistof in een bepaald systeem.

Dichtheid (soortelijke massa). Het zal duidelijk zijn dat door desamendrukking van de vloeistof onder hoge druk, de dichtheid (=massa/volume) daarvan toeneemt. Een tegengesteld effect heeft eentemperatuurverhoging. Door de thermische uitzetting nemen het volume endaarmee het soortelijke volume (= volume/massa) toe, en wordt de dichtheid(massa/volume) dus kleiner.

2.1.7. Doops (additieven)In het algemeen is een doop een chemische stof die aan een product wordttoegevoegd om daaraan ofwel nieuwe eigenschappen te geven, ofwelbestaande eigenschappen te verbeteren of een nadelige invloed daarvan teonderdrukken.Ook aan hydraulische oliën zijn – evenals aan smeeroliën – een aantal doopstoegevoegd. Het toevoegen van meer dan één doop roept een nieuwprobleem op : de dopes mogen elkaar niet beïnvloeden, noch elkandersgunstige werking benadelen.

Enkele van de belangrijkste doops zijn:

Anti-oxidanten. Deze gaan het oxideren van de olie tegen:

Anti-corrosieven; òfwel gaan deze doops direct het corroderen (ook roesten)van metaal tegen, òfwel werken ze indirect als anti-oxidant doordat ze devorming van een hechtende laag op metaal bevorderen, wat contact van wateren zuur met het metaal verhindert.

Troebelingspuntverlagers. Deze doops kapselen paraffinekristallen invoordat ze tot grotere vormen kunnen samenklonteren.

15


Antifoam is een antischuim-doop die de vorming van schuim tegengaatzonder dat de schuimstabiliteit of de ontluchtingstijd toenemen.

VI-verbeteraars. Doops die aan de olie worden toegevoegd om de VI, d.w.z.de mate van verandering van de viscositeit met de temperatuur, te reduceren.

Filmversterkers, die ook wel antifrictie-additieven genoemd, hebben eenwrijvingsverminderend effect. Bij smering versterken zij de oliefilm zodat metminder viskeuze olie (= dunnere olie met lagere viscositeit) kan wordengewerkt. Ook de zogenoemde "stick slip" - zie later - wordt hierdoor veelminder, zoniet geheel ondervangen.

Antispat of hechtende doops. Deze bevorderen de hechting van deoliedeeltjes aan metaal (adhesie) en van de oliedeeltjes onderling (cohesie).

Reinigende en dispergerende doops. Deze doops worden dikwijls incombinatie toegepast. Reinigende doops - zogenoemde detergentia -vergroten het reinigende effect van de olie, bijvoorbeeld doordat deaanhechting van vuildeeltjes wordt tegengegaan. Door dispergerende doopsworden zwevende vuildeeltjes zodanig ingekapseld dat ze niet kunnensamenklonteren.

Overige doops. Tenslotte een opsomming van enkele doops waarvan vaak denaam van de werking al aangeeft:

- Bactericiden: gaan bacterievorming tegen.- Kleurstoffen- Kleurstabilisatoren - Emulgatoren; bevorderen een "gewenste" emuisievorming - Grafiet en Molybdeendisulfide (MoS2), droge smeermiddelen die nog

een smerende werking hebben onder extreme (bijv. droogloop-)omstandigheden.

2.1.8. Gebruiksduur van hydraulische oliën De gebruiksduur van een hydraulische olie wordt in hoge mate bepaald door:

- de oxidatie; - vermindering van de actieve anti-slijtagedoop;- thermische invloeden (hoge temperaturen);- afbraak van polymeren (o.a. in VI-verbeteraars).

Oxidatie en achteruitgang door thermische invloeden leiden tot het vormen vaneen aantal bijproducten die al-of-niet oplossen en de goede werking van hetsysteem nadelig (kunnen) beïnvloeden. De niet-oplosbare producten hebben

16


de neiging samen te klonteren en sludge (drab) te vormen; deze "sludge"verstopt filters, leidingen en nauwe doorlaten. De in de olie oplosbare producten zijn zuur van karakter. Ze versnellen deoxidatie en zetten zich af op hete plekken als harsen en lakken. Ook kunnendeze zure producten de metalen aantasten (corroderen). De oxidatie wordt ook nog bevorderd door een aantal factoren, waarvan eenhoge temperatuur de belangrijkste is. Bovendien hebben water, fijnemetaaldeeltjes en andere verontreinigingen een katalytische invloed op deoxidatie van de olie. Gewoonlijk bevatten hydraulische oliën een anti-oxidantdie de gebruiksduur van de olie aanzienlijk verlengt. Van de - in veel hydraulische oliën verwerkte - polymeren (VI-verbeteraars)hebben sommige een grote weerstand tegen afschuiving. Wordt de olie doornauwe spleten geperst dan zal de buitensporige afschuiving die daarbijoptreedt, ook deze polymeren beschadigen. De goede werking van de olie zaldaardoor minder worden. Tijdens het bedrijf zal trouwens het effect en de goede werking van de meestedoops min-of-meer teruglopen.

2.1.9. SAMENVATTING

1- In de hydraulica gebruikt men als drukmedium voornamelijk hydraulischevloeistoffen op basis van minerale olie (85%), en moeilijk ontvlambarevloeistoffen (15%).De functies van de hydraulische vloeistoffen zijn transport en overdrachtvan drukenergie, smering, bescherming tegen corrosie, en het afvoerenvan vuil en warmte.Gewoonlijk past men hydraulische oliën toe, met een viscositeit van34.10-6 m²/s (34 cSt) bij 50°C.

2- Eén van de belangrijkste kenmerken van hydraulische oliën is huntemperatuurafhankelijkheid van de viscositeit. Daarnaast moetenhydraulische oliën stabiel zijn, d.w.z. goed bestand tegen veroudering,een goed lucht- en waterafscheidend vermogen hebben, een laagstolpunt hebben, moeilijk ontvlambaar zijn, en zeer goed chemischneutraal zijn (niet-aantastend) ten opzichte van dichtmateriaal enpakkingen.

3- Men verbetert de eigenschappen van hydraulische oliën door er doopsaan toe te voegen, het zogenoemde "dopen".

17

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA VENTIELEN -

3. Ventielen (Stuur- en regelapparaten)

3.1. BegripsbepalingApparaten waarmee men energiestromen beïnvloedt, noemt men in hetalgemeen schuiven of kleppen.Hiervoor geldt de volgende definitie :

Schuiven of kleppen zijn apparaten voor het besturen of regelen van de start,de stop, de stromingsrichting, de druk of de volumestroom van het door

een hydraulische energiebron (pomp of drukreservoir) geleverdedrukmedium.

3.2. Indeling van de verschillende schuiven en kleppen

3.2.1. Indeling naar de functie van de schuif of de klepVoor het hydraulisch vermogen geldt de betrekking pqP v . Men regelt ditvermogen (P ) door ofwel de doorstromende volumestroom( vq ), ofwel de druk (p ), ofwel beide te veranderen. Op grond van deze functie(s) zijn de kleppeningedeeld volgens het overzicht van figuur 3.1.

3.2.2. Indeling naar de bedieningsmethodeElke schuif of klep kan op verschillende manieren in werking komen door eenactie van buitenaf (= bediening van de schuif of klep). In figuur 3.2 zijn deschuiven en de kleppen ingedeeld op basis van de verschillendebedieningsmethoden.

3.2.3. Indeling naar de klep- op plunjer-constructieFiguur 3.3 geeft een indeling naar de constructieprincipes van de functioneleklep- en schuifonderdelen

3.3. Symbolen van kleppen en schuivenOm het verloop van een bepaalde besturing te kunnen nagaan, moet meninzicht hebben in de functie van de afzonderlijke componenten van diebesturing. Hoe deze componenten zijn geconstrueerd om hun functie tevervullen en hoe groot of hoe klein ze zijn, is van ondergeschikt belang. Er zijndaarom symbolen vastgelegd die de functie van de componenten - los van hunconstructie en grootte, resp. capaciteit - kenmerken. Door middel van dezesymbolen kan men schakelschema’s samenstellen.

18

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA VENTIELEN - 19


De symbolen voor hydraulische (en pneumatische) schakelschema's zijnvastgelegd in het internationaal geldende normblad ISO-1219-1976; hiervanafgeleid zijn vele nationale normen zoals de Nederlandse norm NEN 3348, deBelgische BIN-norm en de Duitse norm DIN-1S01219 (vervangt deoorspronkelijke Duitse norm DIN-24300 die sinds 1979 is vervallen; deze DIN-norm week op sommige punten af van de ISO-norm, reden waarom sommigeDuitse auteurs en fabrikanten nog lichtelijk afwijkende symbolen publiceren). In het taalgebruik onderscheidt de Nederlandse norm NEN 3348 voor hetregelen en besturen van krachtleverende verbruikers (hydromotoren en-cilinders) de begrippen kleppen, stuurschuiven en ventielen; deze laatsteaanduiding is vooral (uitsluitend) in de pneumatiek gebruikelijk en vervalt dusin het kader van deze cursus hydraulica.In de hydraulica verstaat men onder stuurschuiven de sturende apparatenwaarmee men de toevoer van het hydraulische medium naar de verbruiker(s)vrijgeeft of afsluit, en de stromingsrichting door de schakeling beïnvloedt.Stuurschuiven hebben enkele (meer dan één) schakelstanden.Daarnaast verstaat men onder kleppen de verschillende componenten die devolumestroom of de druk traploos regelen. Verwarrend hierbij is dat deze definitie van kleppen en stuurschuiven wordtdoorkruist door de constructieve uitvoering van deze componenten; zo zijn erzitting-stuurschuiven (met een klep-constructie), plunjer-stuurschuiven (meteen stuur-plunjer) en regelkleppen (met een regel-plunjer); zie verder :constructie en werking van kleppen en stuurschuiven.

3.3.1. Symbolen Basissymbool van stuurschuiven en kleppen is het vierkant. Kleppen waarmeemen de druk of de volumestroom traploos regelt, worden voorgesteld door éénvierkant. Stuurschuiven met enkele vaste standen geeft men weer metrechthoeken, bestaande uit enkele vierkanten naast elkaar, één vierkant voorelke mogelijke schakelstand. Het symbool van stuurschuiven bestaat dus - al naar het aantalschakelstanden - uit enkele vierkanten; tenminste 2, naast elkaar; (3vierkanten betekent 3 schakelstanden).De aansluitingen aan de poorten van de klep of de stuurschuif wordengetekend als toevoer- en afvoerleidingen vanaf de rechthoek. Let hierbij op bijde stuurschuiven : een schema moet altijd in rust getekend worden. De aanduiding van stuurschuiven berust op het aantal aansluitingen (ofwegen) - dit is het eerste cijfer - en het aantal schakelstanden, het tweedecijfer. Voorbeeld: 4/3-stuurschuif (of eventueel, zoals je gewoon bent uit depneumatica, een 4/3-ventiel).

De lijnen en pijlen in het vierkant geven de verbindingswegen en destromingsrichtingen aan.

22


Doorverbindingen in de stuurschuif geeft men aan met een vette punt.

Belangrijke verbindingswegen in verschillende schakelstanden van eenstuurschuif zijn:

- de doorstroming; één verbindingsweg (2 poorten doorverbonden);

- de gesloten schakelstand; twee, drie of vier poorten gesloten (d.w.z. nietdoorverbonden);

- de heenschakelstand (doorstroming naar de te bedienen of de volgendecomponent);

- de retourschakelstand of omkeer-stand (te bedienen component maaktde omgekeerde (retour-)beweging;

- de vrijstand of omloop-stand (inwendig met elkaar doorverbondenverbindingswegen);

- de rondpompstand (afgesloten werkleiding-aansluitingen,doorverbonden toevoer- en afvoerleiding);

- Het symbool dat de bedieningsmethode weergeeft, wordt getekend inhet verlengde van (naast) het vierkant dat het resultaat van diebediening weergeeft;

23


Bij kleppen zonder vaste schakelstanden is de toevoer resp. de afvoer steedseen open verbinding met de poort aan de zijde van de dwarsstreep aan de pijl,ook als het regelende onderdeel zich verplaatst; de doorstroming naar deandere poort wordt dus meer- of minder gesloten, resp. gesmoord;

3.3.2. Aansluitingen Aansluitingen worden met de volgende hoofdletters aangeduid:

Werkleidingen A,B,CVoedingleiding (of persleiding) PRetourleiding naar reservoir R,S,TLekolieleiding LStuurleidingen Z,Y,X

3.3.3. Ruststand, beginstand In schakelschema's worden de componenten steeds getekend in debegintoestand (beginstand); ligt deze niet duidelijk vast dan tekent men ze inde beginstand (startstand) van de installatie. De stuurschuif en de bewegende onderdelen daarvan zijn in de rusttoestand(kortweg ruststand, ook vaak nulstand genoemd) wanneer de stuurschuif nietelektrisch en hydraulisch is aangesloten en bijvoorbeeld door een veer in eenzeer bepaalde schakelstand wordt geduwd;

De stuurschuif komt in de beginstand wanneer deze wèl is gemonteerd in eeninstallatie mèt drukmedium. Bij elektrisch bediende stuurschuiven kan debeginstand ook de stand zijn waarin de stuurschuif komt wanneer deelektrische spanning wordt ingeschakeld. Vanuit de beginstand kan eenprogramma starten. Van het in de figuur getekende symbool is de ruststanddezelfde als de beginstand.

24


Aansluitingen In schakelschema's tekent men de aansluitingen aan het symbool-vierkant datde ruststand, resp. de beginstand weergeeft.

3.3.4. Voorbeelden 4/3 stuurschuif, gesloten ruststand,door veren automatisch in demiddenstand (= ruststand) gesteld;bediening door elektromagneet;schakelstand 1 is de heenschakel-(bedienings-)stand, schakelstand 2 isde retourschakelstand(omkeerstand), 2 werkleidingen A enB, een voedingsleiding P en eenretourleiding T.

3/2-stuurschuif in de heenschakel-(bedienings-)stand, tevens beginstand,bediening door hefboom, voedingsleiding P,werkleiding A, retourleiding T, 2 arretstandenvoor de beide schakelstanden.

25


3.4. Schakelschema’s Een schakelschema toont schematisch - d.w.z. met symbolen - welkecomponenten, mèt hun functie, deel uitmaken van een hydraulische installatie.Voor het maken van een schakelschema gelden de volgende regels:

1. De symbolen worden van onder naar boven, in de richting van deenergiestroom geplaatst, zonder te kijken naar de plaats die decomponenten in werkelijkheid innemen in de installatie.

2. Het schema moet zo overzichtelijk mogelijk worden opgezet.Groepen bij elkaar behorende componenten komen ook in hetschema bij elkaar te staan, bijvoorbeeld in een omraming(gemengde streeplijn = streep-stip-lijn).

3. Teken cilinders en stuurschuiven, indien mogelijk, horizontaal.4. Teken alle componenten in de ruststand, resp. de beginstand; de

gehele installatie in de ruststand. 5. Teken voor elektrohydraulische installaties afzonderlijke

elektrische en hydraulische schakelschema’s (stuur- enhoofdkring).

6. De componenten worden zonodig aangeduid met opvolgendenummers, de aansluitpoorten met hoofdletters; naast decomponentsymbolen kan men nog de belangrijkste gegevensvermelden;

26


Principeschema van een hydraulische schakeling a) hydrocilinderb) terugslagklepc) stroomregelklepd) 4/3-stuurschuife) toebehoren (manometer, leidingen, enz.)f) drukregelklepg) pomph) elektromotori) reservoir

27


3.5. Samenvatting1. Stuurschuiven en kleppen dienen voor het besturen en regelen van de

hydraulische energie. Dit geschiedt door beïnvloeding van devolumestroom met stuurschuiven, stroomregelkleppen, terugslagkleppenen afsluiters, òf door beïnvloeding van de druk met drukregelkleppen.

2. De bediening van kleppen en stuurschuiven kan door spierkracht,mechanisch, elektrisch, hydraulisch of pneumatisch geschieden.

3. Naar hun constructievorm onderscheidt men zittingkleppen,schuifkleppen en smoorkleppen.

4. De symbolen van stuurschuiven en kleppen bepalen de aard en defunctie van de vereiste componenten, niet echter hoe hun constructiemoet zijn.

5. Een schakelschema vermeldt uit welke componenten een installatie issamengesteld. Daarbij worden de symbolen van onder naar boven in derichting van de energiestroom gerangschikt. De componenten wordengetekend in de ruststand, resp. de beginstand.

3.6. Herhalingsvragen 1. Wat zijn, globaal, de functies van stuurschuiven en kleppen?2. Hoe kan men de hydraulische energie beïnvloeden?3. Welke bediening wordt aangeduid met het symbool van de figuur?

4. Van welk type is de klep van de figuur?

28


5. Hoeveel schakelstanden, en hoeveel bestuurde aansluitingen heeft destuurschuif met het symbool de figuur?

6. Welke van de stuurschuiven van de figuur heeft vrije doorstroming in deruststand?

7. Welke schakelstand van stuurschuiven noemt men de beginstand?8. Een4/3-stuurschuif is in een schema opgenomen en getekend met het

symbool volgens de figuur. Is dit overeenkomstig de geldende normNEN 3348. Ja of nee?; licht Uw antwoord toe.

29


3.7. Constructie en werking van kleppen en stuurschuiven

3.7.1. Drukkleppen NEN 3348 gebruikt de overkoepelende aanduiding DRUKREGELKLEPPENvoor alle kleppen waarvan de werking berust:

- òfwel op het veranderen van een smoor-doorlaatopening waardoor dedruk verandert

- òfwel op het tot stand brengen van een hydraulische schakeling bij eenbepaalde druk.

Verwarrend hierbij is dat van de verschillende typen kleppen uit deze groep eréén is die ook "drukregelklep" wordt genoemd; (zie verder). Daarom staat (inafwijking van NEN 3348) boven deze paragraaf de algemene aanduidingDRUKKLEPPEN. Het basissymbool van drukkleppen is één vierkant. Tussentwee eindstanden zijn onbepaald veel tussenstanden mogelijk. Deschakelstanden liggen dan ook niet vast. Men onderscheidt twee typen:

a) met een in ruststand gesloten verbindingsweg tussen tweeaansluitpoorten;

b) met in ruststand doorverbonden (open) verbindingsweg tussentwee aansluitpoorten;

Een andere onderverdeling onderscheidt druk-regelkleppen en door drukschakelende kleppen. Bij drukregelkleppen neemt de regelzuiger (of -plunjer) -al naar de druk en/of de volumestroom varieert - een bepaalde tussenstand in.De stuurdruk is daarbij, afhankelijk van de constructie, de eigen inlaatdruk ofuitlaatdruk;

30


Bij door druk schakelende kleppen opent of sluit de schakelplunjer dedoorverbinding. De besturing geschiedt daarbij op afstand d.w.z. met eenvreemde stuurdruk die van buitenaf in de klep komt.

Op grond van hun functie onderscheidt men: a) Drukregelkleppen ; (zie verder)

Deze kleppen regelen de inlaatdruk (= primaire druk).b) Reduceerkleppen ; (zie verder)

Deze kleppen regelen de uitlaatdruk (= secundaire druk) Bij beide typen kan de benodigde stuurdruk zowel extern worden aangeboden,als uit de primaire of secundaire druk worden afgeleid. Ook een combinatievan beide is mogelijk.

3.7.1.1. Drukregelklep (veiligheidsklep)De drukregelklep beperkt de druk op de ingang van de klep - de inlaatdruk - opeen bepaalde (ingestelde) maximumwaarde doordat, als deze druk te hoogwordt, de olie door de uitlaat-aansluitpoort wegstroomt. De drukregelklep wordtdaarom ook dikwijls toegepast als veiligheidsklep. Bij drukregelkleppenonderscheidt men de direct werkende, en de indirect werkende (men leest ookwel indirect gestuurde, resp. voorgestuurde) uitvoering.

31


De bovenstaande figuur toont een direct werkende drukregelklep. De olie, meteen zekere oliedruk (p), komt via de groef van de demp-plunjer op het eindvlakdaarvan, en drukt met deze druk p op plunjervlak A. Hierdoor ontstaat dekracht Fp = p.A naar rechts. Wordt deze kracht groter dan de veerkracht van dedoor de instelschroef ingedrukte veer (Fv = c.s), dan beweegt de stuurplunjernaar rechts en is er vrije doorstroming naar het reservoir. Bij een wisselendedruk maakt de plunjer een voortdurend heen-en-weergaande beweging; deklep "klappert" dan. De dempplunjer ondervangt dit klapperen. Het symbool weerspiegelt de functie van de drukregelklep. De drukregelklepmet twee al-of-niet doorverbonden aansluitpoorten wordt getekend met eenafgesloten ruststand. De instelbaarheid van de veer is aangegeven met de pijldie schuin door het symbool van de veer is getekend. De inwendigestuurleiding is (buitenom) getekend met een streeplijn. Daar de klep eenonbepaald aantal tussenstanden kan innemen, wordt aan de pijl die destromingsrichting aangeeft een dwarsstreep getekend;

32


In "bedrijf" - men noemt dit de werkstand- is de rechthoek als het ware tussende aansluitingen verschoven tot de doorstoompijl de beide aansluitingen directdoorverbindt;

In de in de figuur (zie volgende bladzijde) getekende indirect werkendedrukregelklep zit een hoofdplunjer met daarin een veer die deze hoofdplunjeromlaag drukt en de doorverbinding van P naar T afsluit. Door de boring in dehoofdplunjer - met daarin een smoorgat - stroomt er nu stuurolie naar de hulp-(voorstuur-)klep. Wordt de druk te hoog dan opent deze klep en stroomt destuurolie als lekolie door een inwendige of uitwendige lekolieleiding naar hetreservoir. Daar - als de stuurolie door de smoring in de hoofdplunjer stroomt -de druk van de stuurolie lager wordt, ontstaat er over de hoofdplunjerdrukverschil. Daardoor werkt op het onderste vlak van de hoofdplunjer eengrotere kracht dan op het bovenvlak. Is het drukverschil groot genoeg danwordt de veerkracht overwonnen zodat de hoofdplunjer van zijn zitting wordtgelicht en de doorverbinding van P naar T tot stand komt. Indirect werkendedrukregelkleppen kan men zeer nauwkeurig en fijn instellen; ze zijn echterduur. Door de hulpklep te scheiden van de hoofd-stuurplunjer kan de drukregelklepook op afstand (bijvoorbeeld op een schakelpaneel) worden ingesteld.De figuur toont de manier waarop de drukregelklep in de schakeling - kortachter de hoofdpomp - is opgenomen.

33


Figuur : Indirect werkende drukregelklep a) constructieschemab) gedetailleerd symboolc) vereenvoudigd symbool

3.7.1.2. Differentiaal-reduceerklep Plaatst men in de hoofd-toevoerleiding een drukregelklep met een inwendigestuurolie-afvoer zodat de stuurolie niet als drukloze lekolie wegstroomt in deretourleiding, dan is de uitlaatdruk p2, steeds een zekere (vaste) waarde lagerdan de inlaatdruk p1. De klep werkt dan als een differentiaal-reduceerklep.

3.7.1.3. Volgorde-(bijschakel-) en afschakelklep Een indirect werkende drukregelklep met een uitwendige stuurolie-afvoer kanmen opnemen in een hoofd-toevoerleiding. Deze klep functioneert dan alsvolgorde- of bijschakelklep. Na het bereiken van een zekere inlaatdruk gaat deklep open zodat er een vrije doorverbinding is naar de uitlaatpoort, d.w.z. naarhet volgende deel van het hydraulische systeem.

34


Door een eenvoudige constructiewijziging van een volgordeklep die er opneerkomt dat het drukmedium niet door de toevoerleiding maar door eenafzonderlijke stuurleiding wordt toegevoerd, ontstaat een volgordeklep metafstandbesturing (zie figuur b). Een soortgelijke variant van de drukregelklep isde afschakelklep (zie figuur c). Deze heeft externe drukolie toevoer, internestuurolie-toevoer en brengt een doorverbinding naar het reservoir tot stand. Infeite is dit een drukregelklep met afstandbediening.

Figuur : Volgorde-(bijschakel-)klep a) constructieschema,b) symbool van de volgorde- of bijschakelklep,c) symbool van de afschakelklep

35


Afschakelkleppen openen bij een bepaalde (externe) stuurdruk dedoorverbinding van de inlaatpoort naar de retourleiding naar het reservoir; zefunctioneren dus als klep die een deel van het hydraulische systeemuitschakelt. Men kan bij deze (afschakel-)kleppen volstaan met een inwendigafvoerkanaal van de stuur-(lek-)olie. Schakelingen met volgorde-(bijschakel-) en afschakel-kleppen

De linkse figuur toont de toepassing van een volgordeklep die pas na hetbereiken van een zekere druk de oliestroom naar cilinder 2 doorlaat. In rechterfiguur wordt de snelloop-pomp na het bereiken van een bepaalde werkdrukafgeschakeld en de totale volumestroom teruggebracht tot de opbrengst vande hoofd-(werk-)pomp.

3.7.1.4. ReduceerkleppenReduceerklep(indirect werkend)a) constructie-schemab) symbool(indirect werkend)c) symbool(direct werkend)

36


Ook de reduceerklep is een regelklep die een druk regelt. De reduceerklepdient voor het constant houden van de druk in een secundaire tak van deschakeling. In tegenstelling dus tot de drukregelklep die de inlaatdrukcontroleert, houdt de reduceerklep de uitlaatdruk constant. De constructie vaneen reduceerklep vertoont veel overeenkomst met die van een drukregelklep;de stromingsinrichting is nu echter tegengesteld, en de ruststand is open. Destuurolie wordt uitwendig afgevoerd.

In rust staat de toevoerpoort P in open verbinding met de afvoerpoort A. Dedruk bij A wordt via de smoring in de hoofdplunjer overgebracht op dehulpklep. Overschrijdt deze druk de ingestelde waarde, dan opent de hulpklepwaardoor de druk boven de hoofdplunjer daalt. De druk bij A beweegt nu dehoofdplunjer naar boven, waardoor de verbinding tussen P en A wordtafgesloten. Daalt de druk bij A weer, dan zakt de hoofdplunjer en wordt weerolie van P naar A doorgelaten. Er bestaan ook direct werkende reduceerkleppen.

Schakeling met een reduceerklep.

3.7.1.5. Elektrische drukschakelaars

37


In een elektrische drukschakelaar wordt bij een bepaalde, ingestelde druk eenschakelaar bediend. Een hydraulisch signaal wordt daarmee omgezet in eenelektrisch signaal.De stuurolie komt door een toevoerleiding in een ringkamer en stroomt daaruitdoor een langsgroef in de stuurplunjer naar de onderzijde van deze plunjer.Zodra de oliedruk hoog genoeg is, en de naar boven gericht kracht op deplunjer groter is dan de veerkracht, schuiven de stuurplunjer en de daaraanbevestigde schakelarm omhoog; de schakelarm bedient hierbij een elektrischeschakelaar. De oliedruk waarbij de schakelaar wordt bediend, is afhankelijkvan de veerspanning; deze veerspanning - en daarmee de schakeldruk - isinstelbaar.

3.7.2. Terugslagkleppen Terugslagkleppen geven vrije doorstroming in de ene stromingsrichting enversperren de oliestroom in de andere (tegengestelde) richting. Ze wordenuitgevoerd als kogel- of als kegel-zittingkleppen. Onder het begrip terugslagkleppen valt in de eerste plaats het eenvoudigebasis-type.

a) kogel-zittingklepb) kegel-zittingklepc) symbool van een door een veer belaste terugslagklepd) symbool van een onbelaste terugslagklep (tevens gebruikt voor een

terugslagklep met een lichte kegel- of kogel-aandrukveer)

38


Een speciale uitvoering is de door druk bediende terugslagklep -ook wel bedienbare, of - door hulpdruk (de-) blokkeerbareterugslagklep genoemd - die het toepassingsgebied van dit type klepaanzienlijk vergroot.

Daarin verplaatst de stuur-olie een hulpzuiger-met-stift, die deterugslagklep van zijn zitting licht, zodat de olie weer ongehinderdkan terugstromen. Deblokkeerbare terugslagkleppen worden bijvoorbeeld toegepastals men het terugschuiven van een zuiger door lekolie-verlies langsde plunjer van de stuurschuif (onder werking van een uitwendigekracht) wil voorkomen, en de werking van de terugslagklep in dewerkleiding - die het gewenste effect heeft - weer ongedaan moetmaken als de last moet zakken. De figuur links toont eendergelijke toepassing.

3.7.3. Samenvatting1. Drukkleppen beïnvloeden de hydraulische druk of schakelen bij

een bepaalde druk. Drukkleppen hebben geen vasteschakelstanden.

2. De drukregelklep (of veiligheidsklep) regelt de druk op eenbepaalde, ingestelde waarde. Van dit type klep is er zowel eendirect werkende als een indirect werkende uitvoering. Indirectwerkende drukregelkleppen zijn nauwkeuriger en fijner in testellen. De stuurolie wordt inwendig of uitwendig afgevoerd doorlek-leidingen.

3. Plaatst men een drukregelklep met een inwendige stuurolie-afvoerin een werkleiding, dan verkrijgt men een differentiaal-reduceerklep die de uitlaatdruk met een vaste waarde vermindertten opzichte van de inlaatdruk.

4. Volgordekleppen geven bij een ingestelde druk de doorstromingvrij naar een volgend deel van de schakeling, afschakelkleppengeven de doorstroming vrij naar het reservoir. De constructie komtovereen met die van de drukregelklep. Door eigen of vreemdedruk bediende regelkleppen moeten een uitwendige stuurolie-

39


afvoer hebben, daar anders de uitlaatdruk de afstelling beïnvloedt.De afschakelkleppen daarentegen, kunnen een inwendigestuurolie- afvoer hebben.

5. Reduceerkleppen houden de druk in het volgende deel van deschakeling constant. Ze regelen de uitlaatdruk door dedoorstroming gedeeltelijk of totaal te beperken. De stuur-oliewordt uitwendig afgevoerd.

6. Elektrische drukschakelaars zetten hydraulische druk-signalen omin elektrische signalen.

7. Terugslagkleppen versperren de doorstroming in één richting. Hetzijn zittingkleppen die ook in een door druk bediende(deblokkeerbare) uitvoering worden gemaakt.

3.7.4. Herhalingsvragen1. Wat is de functie van een drukregelklep en waar wordt deze in de

installatie aangebracht?2. Beschrijf aan de hand van een figuur (zie hoger) de werking van een

indirect werkende drukregelklep?3. Welk van de symbolen is dat van een indirect werkende drukregelklep.

4. Waarom moet bij volgordekleppen (of afschakelkleppen) de stuurolieuitwendig worden afgevoerd?

5. Door welke indirect werkende drukregelkleppen wordt de stuurolieafgevoerd door een inwendig lekoliekanaal?

a. drukregelklepb. differentiaal-reduceerklepc. volgorde-(bijschakel-)klepd. afschakelklepe. reduceerklep

6. Teken een besturing waarin de opbrengst van een snelloop-pomp wordtafgeschakeld door een afschakelklep.

7. Welke functie heeft een reduceerklep?a. na het bereiken van een ingestelde druk in de hoofd-

toevoerleiding, komt de doorstroming vrij naar een volgend deelvan de schakeling,

40


b. het constant houden van de druk aan de uitlaatzijde, onafhankelijkvan de druk aan de inlaat-zijde,

c. het afschakelen van een volgend deel van de schakeling na hetbereiken van een ingestelde druk aan de inlaat-zijde,

d. het met een zekere waarde verminderen van de uitlaatdruk tenopzichte van de inlaatdruk.

8. Van twee parallel geschakelde hydrocilinders moet, nadat de druk isopgelopen tot 30 bar, eerst de zuigerstang van cilinder 1, daarna die vancilinder 2 zijn uitgaande slag maken. De druk in cilinder 2 mag echterniet hoger zijn dan 20 bar. Teken de vereiste drukkleppen in deomkaderde vakken 1 en 2.

9. Teken het symbool van een door druk bediende (deblokkeerbare)terugslagklep; noem enige voor de functie belangrijke onderdelen vandeze klep.

10.Om te voorkomen dat, tengevolge van het op de zuigerstang drukkendegewicht, de zuiger sneller daalt dan de pompopbrengst boven de zuigerkan aanvullen, geeft men de cilinder-uitlaat een zekere voorspanningdoor het aanbrengen van een-of-andere drukklep. Voltooi in hetomkaderde vak de schakeling en vermeld welke drukklep daarin istoegepast.

41


3.7.5. StuurschuivenDe belangrijkste taak van stuurschuiven is het tegenhouden, doorlaten(vrijgeven), en beïnvloeden van de stromingsrichting van de energiestroom.Dit geschiedt door het doorverbinden, of juist onderbreken, van deaansluitingen. In principe onderscheidt men de zogenaamdemeerstandenstuurschuiven met een beperkt aantal vaste standen, enstuurschuiven met variabele doorlaat of weerstand, die tussen twee uiterstestanden een onbepaald aantal tussenstanden hebben.

3.7.5.1. Meerstanden-stuurschuiven Symbool en aanduiding Deze schuiven duidt men aan met het aantal door de schuif bediendeaansluitingen (poorten) en met het aantal schakelstanden. Voorbeeld Een stuurschuif met 4 poorten en 3 schakelstanden is een 4/3-stuurschuif(zeg: vier-drie-schuif). De Figuur stelt het symbool van een4/3-stuurschuif met gesloten (geblokkeerde) middenstandvoor.Werk-schakelstanden Schakelstand 1: de vierkanten van het symbool schuiven(denkbeeldig) tussen de aansluitingen door naar links tot deaansluitingen corresponderen met de posities in vierkant 1. Schakelstand 2: de vierkanten schuiven (denkbeeldig) naarrechts tot vierkant 2 tussen de aansluitingen is gekomen.

Nominale doorlaat en kengetallenBij de keuze van stuurschuiven is - behalve de toelaatbare werkdruk -vooral ook de nominale doorlaat belangrijk.Onder de nominale doorlaat verstaat men de volumestroom die zich instelt bijeen drukverschil van 1 bar tussen een doorverbonden inlaat- en uitlaatpoort,bij 50°C en bij een medium-viscositeit van 35 centistokes.Op basis hiervan is voor hydraulische stuurschuiven een bepaalde reekskengetallen vastgelegd in de vorm van een serie nominale doorlaten (ND),namelijk ND 4, 6, 10, 16, 20, 32, enz. Het kengetal in deze aanduiding is dusniet een afmeting, maar een dimensieloos getal dat vooral dient omstuurschuiven onderling te vergelijken. (Zo verwerkt bijvoorbeeld een stuurschuif met nominale doorlaat ND10 eenvolumestroom van 40 l/min bij 315 bar.)

42


Constructie-vormen

Stuurschuiven worden uitgevoerd als zitting-stuurschuif, of als plunjer-stuurschuif .Bij een zitting-stuurschuif zijn de doorverbindingen en de aansluitpoorten ineen bepaalde schakelstand onderling hermetisch gescheiden.Een plunjer-stuurschuif heeft (plunjer-)speling waardoor lekolie kan passeren.De zitting-stuurschuif heeft echter het grote nadeel dat het sturende element -de schuif - niet gebalanceerd (d.w.z. druk-ontlast) kan worden, zodat dezestuurschuif grote bedieningskrachten vraagt.Daarom wordt in de hydraulica voornamelijk de druk-ontlaste (gebalanceerde)langsschuif- of plunjer-stuurschuif toegepast. 2weg-stuurschuiven Stuurschuiven bestaan in principeuit een huis, een stuur-plunjer eneen bedieningselement.De figuur toont een 2/2-stuurschuifmet gesloten ruststand. Doorindrukken van de bedieningsknopwordt de drukleiding (P) verbondenmet de werkleiding (A).Men gebruikt 2/2-stuurschuivenmeestal voor het naar keuzeopenen of afsluiten van eenhydraulische leiding.

De stuur-plunjer past met een uiterst geringe speling in de boring. Despleetafdichting tussen plunjer en boring is echter niet hermetisch; er is duslekolie die wordt afgevoerd door een lekolie-kanaal.Terwille van de overzichtelijkheid worden de interne lekolie-leidingen in hetschemasymbool niet getekend.

43


3weg-stuurschuiven Een 3/2-stuurschuif is afgeleid van de2/2-stuurschuif door daar eenaansluitpoort en een extra kanaal naarde centrale boring aan toe te voegen.De ringkamers zorgen ervoor dat destuurplunjer hydraulisch wordt ontlast.Twee- en drieweg-stuurschuivenworden niet meer speciaalgefabriceerd. Het is "goedkoper" hunfuncties te realiseren met 4weg-stuurschuiven waarvan twee of drieaansluitingen worden geblokkeerd.

4weg-stuurschuiven In de hydraulica past men voornamelijk 4/2- en 4/3-stuurschuiven metstuurplunjer toe. Ze dienen voor het besturen van dubbelwerkendehydrocilinders en motoren.Stuurschuiven met meer dan 4 aansluitpoorten en 3 schakelstanden komen inde industriële (niet-mobiele) hydraulica zelden voor.(In allerlei voertuigen vindt men echter wèl met de hand bediendestuurschuiven met 6 aansluitingen en 4 schakelstanden.)Wil men van een dubbelwerkende cilinder zowel deuitgaande als de ingaande slag besturen en de zuiger ooknog in elke tussenstand stil zetten, dan heeft men daarvooreen stuurschuif nodig met drie schakelstanden en vieraansluitingen.

De figuur toont een 4/3-stuurschuif die aan deze voorwaarden voldoet.

44


In rust houden de drukveren houden de stuurschuif in de middenstand. Debediening geschiedt met een elektromagneet met twee tegengesteldgewikkelde spoelen.In de figuur is spoel 1 bekrachtigd.In schakelstand 1 loopt een elektrische stroom door de linkse magneetspoel (I)zodat er een magneetveld ontstaat; men zegt "de spoel is bekrachtigd".Daardoor verschuift de spoelkern 7 mm naar links.Daar de spoelkern verbonden is met de stuurplunjer, wordt ook deze - tegende veerkracht in – 7 mm naar links getrokken. De schakelkracht bedraagtdaarbij ongeveer 120 N. In deze schakelstand wordt de zuiger bijvoorbeeld"uitgestuurd"; dit is meestal de werkslag. Moet de zuiger onderweg blijven staan, dan wordt de stroom door de spoeluitgeschakeld en daardoor de bekrachtiging van de spoel opgeheven. Ophetzelfde ogenblik schuift de veer de stuurplunjer 7 mm naar rechts in demiddenstand; dit is schakelstand 0;Alle aansluitingen zijn nu afgesloten, de cilinder is hydraulisch geblokkeerd. Bekrachtigt men nu de rechtse spoel (II) dan wordt de stuurschuif weer 7 mmverschoven, nu echter naar rechts, zodat P met B, en A met T zijn verbonden.In deze schakelstand 2 maakt de zuiger bijvoorbeeld de teruggaande slag. Schuif-overlappingTijdens het schakelen van de hiervoor beschreven 4/3-stuurschuif blijven deaansluitpoorten in de middenstand en bij het verplaatsen vanuit diemiddenstand - hoe kort ook - van elkaar gescheiden. Men noemt dit eenpositieve overlapping.Is er daarentegen in de middenstand en tijdens het verschuiven van de plunjereen kortstondige verbinding (kortsluiting) tussen alle aansluitingen dan spreektmen van een negatieve overlapping.

Positieve overlapping Negatieve overlappingVoordelen geen verlies van drukmedium kleine drukpieken,

gemakkelijk omschakelen,geringe belasting

Nadelen schakel-geruis (trillingen),drukpieken

verlies van drukmedium

Bedieningsmetboden Men kan stuurschuiven bedienen op de in figuur 3.2 weergegeven manieren.

45


Dit geschiedt ofwel direct, wanneer de bedieningskracht rechtstreeks op destuurschuif werkt, ofwel indirect. In de industriële hydraulica gebruikt men voor het besturen van directbestuurde - d.w.z. direct bediende - stuurschuiven meestal 1 of 2elektromagneten plus terugbrengveren. De elektromagnetische bedieningmaakt het mogelijk fabricageprocessen te automatiseren door middel van eenprogrammabesturing die elektrische signalen verwerkt. In de hydraulica vanrijdende voertuigen daarentegen, komen ongetwijfeld zeer veel met de hand(knop, hefboom, draaikruk) bediende stuurschuiven voor. Bij betrekkelijk grote oliestromen zal men echter, vanwege debedieningskrachten, indirecte bediening toepassen. Daarbij wordt doorgaanseen hydraulisch bediende stuurschuif bediend door een elektrisch bediendevoorstuurschuif (ook wel hulpschuif genoemd).

3.7.5.2. Stuurschuiven met variabele doorlaat, resp. weerstand Voorbeelden van stuurschuiven van dit type zijn servo-schuiven entasterschuiven. Servoschuiven

Elektrohydraulische servo-schuiven zijn zodanig geconstrueerd dat ze -praktisch zonder tijdvertraging - uiterst kleine elektrisch ingangssignalen (ordevan grootte: milliwatts) omzetten in grote hydraulische krachten, dus groteuitgangssignalen (translaties/rotaties).Daarmee is de servoschuif het verbindende element tussen de elektronica ende hydraulica, en bijzonder geschikt als bedienend element van hetcorrigerend orgaan in elektrohydraulische regelkringen.Servoschuiven zijn samengesteld uit een 4weg-stroomregelschuif en eenelektromagnetische regelschuif-bediening. Afhankelijk van de grootte van deelektrische regelstroom neemt de regelschuif elke tussenstand in.Servoschuiven worden vooral toegepast in geautomatiseerde processenwaarin storingen door regelsystemen worden gecorrigeerd.Numeriek bestuurde gereedschapsmachines vereisen zeer nauwkeurigekopieersystemen, en regelsystemen die gewenste posities/verplaatsingen van

46


machines en gereedschapsleden feilloos volgen, maar ook andere groothedenals toerentallen, drukken (krachten) en vermogens instellen en op deingestelde waarde houden.Schakeling van een servoschuif.

Een elektrohydraulische servosysteem vereist, behalve een hydraulisch, ooknog een elektrisch of elektronisch circuit. Van het in de figuur getoondevoorbeeld van een servosysteem bestaat het elektrisch/elektronische circuit uiteen meetelement (een opnemer die de stand/verplaatsing van het bediendeelement meet), een meetelement dat het signaal van de opnemer versterkt enomzet in een bruikbaar elektrisch signaal, een orgaan dat de ingestelde(gewenste) waarde produceert, en een vergelijkingsorgaan dat het signaal vanhet meetelement vergelijkt met de ingestelde waarde en de afwijking - hetverschil tussen de beide signalen - versterkt en vertaalt in een regelstroomdoor de stuurspoel. Tasterschuif Tasterschuiven zijn in principe - evenals servoschuiven - stuurschuiven meteen onbepaald aantal tussenstanden tussen twee eindstanden. Ze wordenechter mechanisch bediend door eer taster die een sjabloon aftast (of door eensjabloon wordt verschoven) en ze hebben geen elektrisch circuit. Tasterschuiven worden echter nog weinig toegepast.

3.7.6. Samenvatting 1. Stuurschuiven beïnvloeden in de eerste plaats de stromingsrichting van

de energiestroom.Er zijn stuurschuiven mèt, en stuurschuiven zonder vasteschakelstanden.

47


2. De aanduiding van stuurschuiven geeft eerst het aantal door de schuifbediende aansluitingen (poorten), daarna het aantal schakelstanden. Instationaire industriële installaties worden vanwege de prijs, in hetalgemeen slechts 4weg-stuurschuiven toegepast. Op mobiele voer- ervaartuigen komen ook 6weg-schuiven voor.

3. Hydraulische stuurschuiven zijn in het algemeen plunjer-schuiven diemen zonder veel inspanning kan bedienen. Zitting-stuurschuiven kanmen niet hydraulisch balanceren (ontlasten); ze vragen daardoor groterebedieningskrachten en komen dus niet in aanmerking.De schuif-overlapping van stuurschuiven kan positief of negatief zijn.

4. De voornaamste constructie-elementen van stuurschuiven zijn: een huismet een stuurplunjer die daarin met een uiterst kleine speling heen enweer schuift, en de bedieningselementen. Door het heen en weerschuiven van de plunjer worden aansluitingen beurtelings met elkaardoorverbonden of juist afgesloten.In geautomatiseerde installaties gebruikt men meestalelektromagnetisch bediende stuurschuiven.Behalve "direct", worden stuurschuiven ook "indirect" bediend, meestalin de uitvoering waarin een hydraulisch bediende hoofd-stuurschuifwordt voorgestuurd door een elektromagnetisch (direct) bediende hulp-stuurschuif.

5. Als stuurschuiven zonder vaste schakelstanden, worden tasterschuiven,en - voor automatische regelkringen - elektrohydraulische stuurschuiven(servo-schuiven) toegepast.

3.7.7. Herhalingsvragen 1. Wat is juist?; stuurschuiven beïnvloeden:

a. de hoogste werkdrukb. de richting van de oliestroomc. de snelheid van de oliestroom

2. Er zijn twee constructieprincipes van stuurschuiven: zitting-schuiven enplunjer-schuiven. Geef aan welke van de onderstaande viereigenschappen van toepassing zijn op elk van de tweeconstructieprincipes.

a. hermetische afdichtingb. plunjer-spelingc. drukontlast (gebalanceerd)d. grote bedieningskracht.

3. Welke drie belangrijke constructie-elementen bepalen de functie en dewerking van stuurschuiven?

4. Schets de doorsnede van een 2/2-stuurschuif met open ruststand en hetNEN-symbool hiervan.

48


5. Er zijn twee vormen van schuifoverlapping:a. positieve overlapping, b. negatieve overlapping.

Elk van de volgende vijf kenmerken behoort telkens bij één van dezeoverlappingen; welk verschijnsel behoort bij welke overlapping?

1. Er is verlies van drukmedium2. Er ontstaan schakelgeruis (lawaai) en drukpieken3. Het omschakelen verloopt soepel4. Het omschakelen vraagt minder kracht5. Er is geen drukmedium-verlies.

6. Van een dubbelwerkende cilinder moet de zuigerstang heen en weerbewegen door het bedienen van een elektrische schakelaar. In ruststandis de zuigerstang geheel ingetrokken.Teken de vereiste schakeling.Schrijf in het schema de naam van de verschillende componenten.

7. Wanneer past men indirect bediende stuurschuiven toe?a. bij grote oliestromenb. bij kleine oliestromenc. bij grote aandrijfkrachtend. bij kleine aandrijfkrachtene. bij hoge oliedrukkenf. bij lage oliedrukken

8. Wat is de functie (taak) van elektrohydraulische stuurschuiven?

49

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA POMPEN -

4. Hydraulische pompenIn de handel komen zeer veel soorten pompen voor, zoals :

Tandwielpompen

Zuigerpompen

Radiale- en axiale pompen

Schottenpompen

Centrifugaalpompen

Schroefpompen

…Niet al deze pompen zijn geschikt voor hydraulische toepassingen.Algemeen kunnen we stellen dat :

Hydrostatische of volumetrische pompen :Geschikt voor hydraulische toepassingen .

Hydrodynamische of niet-volumetrische pompen :Niet geschikt voor hydraulische toepassingen .

4.1. Hydrostatische (of volumetrische) pompen Bij de hydrostatische pompen is de uitgang (perszijde) van de pomp

afgesloten van de ingang (aanzuigzijde).Hierdoor kunnen zij hoge drukken leveren.Deze pompen bezitten een degelijke inwendige afdichting, zodat deinwendige lekverliezen gering zijn.Hun debiet vermindert weinig bij toenemende druk.Het nadeel van deze pompen is dat zij een pulserend debiet leveren. Ditis nadelig voor de hydraulische kring.

Ter verduidelijking :Indien men de persleiding afsluit terwijl de pomp draait, dan zijn deinwendige lekverliezen onvoldoende, zodat ofwel de as van deaandrijfmotor blokkeert ofwel de pomp of de leidingen breken.

Voorbeelden van hydrostatische pompen :Zuigerpompen, tandwielpompen, schottenpomp.

4.2. Hydrodynamische (of niet-volumetrische) pompen Bij deze pompen is de uitgang (perszijde) verbonden met de ingang

(aanzuigzijde).Deze pompen kunnen maar weinig druk leveren, want als de weerstandaan de drukzijde te groot wordt, verhogen de inwendige verliezen zodat

50


het geleverde debiet snel daalt.Het voordeel van deze pompen is dat zij een groot en continu debietkunnen leveren.

Ter verduidelijking :Bij deze pompen kan men zonder al te groot risico de persleidingafsluiten terwijl de pomp draait, zonder dat de pomp gevaarlijke drukkenzal opwerken.De pomp kan echter wel warmlopen.

Een typisch voorbeeld van zo een pomp is een centrifugaalpomp.

Deze pompen zijn echter ongeschikt voor hydraulische toepassingen, enworden dus in deze cursus hydraulica niet verder behandeld.Deze pompen worden voornamelijk gebruikt voor het verplaatsen vanvloeistoffen. Dit gedeelte wordt wel behandeld in de cursus toegepastemechanica.

4.3. DrukopbouwEen pomp is een toestel dat de mechanische energie van de aandrijfmotoromzet in hydraulische drukenergie.Tijdens de werking oefent de pomp een dubbele functie uit :

1. De energieoverdracht van de motor op de pomp veroorzaakt eenonderdruk in de aanzuigleiding, waardoor de atmosferische druk die inhet reservoir heerst de olie tot in het pomplichaam stuwt.Een pomp zuigt dus in werkelijkheid geen olie aan, zoals men wel eensdurft te beweren.

2. De energieoverdracht stuwt de in het pomplichaam toegekomenhoeveelheid olie naar de persleiding.

Het is belangrijk te weten dat een pomp geen druk kan leveren als in depersleiding geen weerstand aanwezig is. (Zie ook vroeger.)Opmerking : Ook de leidingen zorgen voor weerstanden. Dus hoe langer deleidingen en hoe meer bochten en andere hindernissen (vb smoringen), hoegroter het drukverlies zal zijn. (Leidingverliezen worden eveneens in de cursustoegepaste mechanica behandeld.)

4.4. De belangrijkste vloeistofwetten1. Vloeistoffen zijn zeer weinig samendrukbaar

vb : olie : bij een drukstijging van 1 bar : 0,007%2. De druk uitgeoefend op een vloeistof in een gesloten ruimte plant zich in

alle richtingen onveranderd voort.

4.5. TandwielpompWerking :

Twee in elkaar grijpende tandwielen lopen in een pomphuis.

51


Eén van de tandwielen wordtaangedreven door een motor. Bij het draaien ontstaat er doorde vrijkomende tandholte eenonderdruk. De atmosferischedruk stuwt olie uit het reservoirnaar de tandholten.De gevulde tandholten wordenlangs de omtrek van de beidetandwielen naar de perszijdegevoerd.Aan de perszijde zorgt hetingrijpen van de tanden voor eenvolumevermeerdering, hetgeen

een overdruk tot gevolg heeft, waardoor de olie naar de persleidingverdreven wordt.

Kenmerken :Bij een tandwielpomp is er geen pers- of zuigklep aanwezig. Daardoorkrijgen we een eenvoudige en stevige constructie met een lage kostprijsen een grote bedrijfszekerheid.Een nadeel is dat door de tandingrijping dit type van pomp niet steedsgeruisloos werkt. Dit nadeel kan men echter grotendeels opvangen doorgebruik te maken van schuine vertanding of pijlvertanding.Tandwielpompen worden met succes toegepast tot drukken vanongeveer 175 bar.

Vragen :1. Van welke factor is het werkelijk geleverd debiet afhankelijk? (los van

de constructie)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Is een tandwielpomp een volumetrische of een niet-volumetrischepomp? ________________________________________________Waarom ? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Levert een tandwielpomp een continu of een pulserend debiet?______________________________________________________________________________________________________________

52


4.6. SchottenpompNaast de tandwielpomp is de schottenpomp in hydraulische kringen een zeerveel gebruikte pomp. Zij heeft het voordeel zeer compact te zijn en minderlawaai te produceren, terwijl de prestaties ongeveer evenwaardig zijn.De kostprijs daarentegen ligt wel een heel stuk hoger.Schottenpompen zijn ook minder robuust dan tandwielpompen.De eenvoudigste modellen zijn slechts geschikt voor drukken tot 75 bar,andere modellen tot 150 bar.Een schottenpomp wordt ook wel eens een vleugel- of lamellenpompgenoemd.Opbouw :

Een schottenpomp bestaat uit de volgende onderdelen :

Een cilindrisch pomphuis(of stator) met eenaansluiting voor deaanzuigleiding en voor depersleiding;

Een excentrischgeplaatste rotor waarinradiale schotten glijden.

Werking :De excentrisch geplaatste rotor wordt aangedreven door deaandrijfmotor.Door de centrifugaalkracht worden de schotten tegen de binnenwandvan het huis aangedrukt.Vermits de rotor excentrisch geplaatst is, zullen de schotten zich radiaalverplaatsen.Om de werking te verduidelijken, volgen we schot A.Van stand 1 naar 2 is het volume sikkelvormig vergroot. In stand 2 heeftde palet zich verplaatst over een afstand die gelijk is aan tweemaal deexcentriciteit.Vanaf het punt 3 is de aanzuiging begonnen.Nadat punt 2 gepasseerd is, zal de inhoud terug sikkelvormig verkleinen.Het verdringen van het volume gebeurt van 2 tot 4.Een schottenpomp kan meestal in 2 richtingen draaien.Het debiet is afhankelijk van het toerental, de excentriciteit, de breedteen het aantal schotten.

53


Bij sommige types is het mogelijk dat het pomphuis enigszins kanverplaatst worden. Daardoor zal de excentriciteit gaan veranderen, endus ook het debiet.

Vragen :Veronderstel dat je twee gelijke schottenpompen hebt, waarvan pomp A4 schotten heeft en pomp B 8 schotten.Welke pomp levert het grootste debiet? _________________________Welke pomp is het minst pulserend? ___________________________Zijn schottenpompen zelfaanzuigend ? __________________________Is een schottenpomp een hydrostatische of een hydrodynamischepomp? ___________________________________________________Waarom? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.7. Cavitatie

4.7.1. VerschijnselCavitatie heeft betrekking op de aanzuiging van de pomp. Dit is een zeerkwalijk verschijnsel dat niet alleen het rendement nadelig beïnvloedt, trillingenen lawaai veroorzaakt in de pomp, maar vooral onherstelbare schadeveroorzaakt.Men spreekt van cavitatie wanneer door het wegnemen van de atmosferischedruk (oppompen van een vloeistof) dampbellen ontstaan.Dus wanneer de dampspanning van een vloeistof groter is dan de heersendedruk op die vloeistof ontstaan er dampbellen.Deze dampbellen bestaan uit olie die in gasvormige toestand is over gegaan,en uit kleine luchtbellen die in opgeloste toestand in ieder hydraulisch systeemaanwezig zijn. De hoeveelheid zuurstof en stikstof moleculen die olie kanbevatten hangt af van de soort olie en de heersende druk op deze vloeistof.Wanneer die dampbellen in de pomp samengedrukt worden gaan ze over vangasvormige toestand in vloeistof, dit gebeurt met een implosie. Dit gaatgepaard met een hinderlijk lawaai. Nadelig is echter dat door deze continuoptredende implosies metalen onderdelen in de buurt van die implosies op denduur beschadigd worden. Het oppervlak waar dat tegen gebeurt wordt als hetware onophoudelijk met vloeistofdeeltjes gebombardeerd.Uit bovenstaande blijkt dat aan de ingang van de pomp een goedevloeistofdruk noodzakelijk is, te meer dat we weten dat door het toenemen vande temperatuur de dampspanning eveneens vergroot, zodat de kans opcavitatie vergroot.Let wel: Lucht in olie (door een lek in de aanzuigleiding bv.) is geen cavitatie,dan krijgt men het zogenoemde "dieseleffect". Door de snelle drukopbouw inde pomp wordt de lucht sterk verwarmd zodat een lucht-oliemengsel tot

54


zelfontbranding komt, waardoor we eveneens een kletterend geluid krijgen.Verder wordt in het hoofdstuk over dichtingen eveneens over dieseleffectgeschreven daar het een fataal gevaar betekend wanneer het dieseleffectoptreedt in de nabijheid van dichtingen.

4.7.2. Hoe kan cavitatie voorkomen worden? Door de aanzuigleiding kort te houden, ‘t is te zeggen door de pomp en

het reservoir zo dicht mogelijk bij elkaar te plaatsen. Hoe korter deaanzuigleidingen, des te kleiner Is de leidingweerstand.

Door de diameter van de aanzuigleiding voldoend groot te nemen. Hoegroter de diameter des te kleiner is de leidingweerstand. Men bepaalt deleidingdiameter meestal zodanig dat de snelheld van de olie niet groteris dan 1 m/sec.

Zoveel mogelijk bochten, vernauwingen, filters en koppelstukken in deaanzuigleiding vermijden omdat zij te beschouwen zijn als lokaleleidingweerstanden.Is het plaatsen van een aanzuigfilter toch gewenst dan dient hij zeerruim berekend en stipt onderhouden te worden.

In sommige omstandigheden plaats men het reservoir hoger dan depomp. Dit kan het geval zijn als de viscositeit van de olie zeer groot is(dikke olie) of als de olietemperatuur hoog is.In dit laatste geval kan de pomp geen onderdruk meer voortbrengenomdat de warme vloeistof een dampspanning produceert die hetpompvacuüm verhindert.Als het reservoir hoger geplaatst Is dan de pomp dan krijgt de pomp eenzekere druk die afhankelijk is van het hoogteverschil tussen beiden.

Geef de voorkeur aan een hydraulische olie die snel ontlucht (vb.vloeistof die na 10 min. aan 50°C minder dan 2% lucht bevat).

Eerbiedig de aanbevelingen van de constructeur.

Gebruik een vloeistof waarvan de viscositeit weinig gevoelig is voortemperatuurschommelingen, een vloeistof dus met een hogeviscositeitindex (VI).

4.7.3. OpgaveBereken de inwendige diameter van de aanzuigleidingen van een pomp dieeen debiet heeft van 60 l/min.

55


4.8. Pompkarakteristiek

De grafiek toont hoe het debiet en het rendement van een pomp afhankelijkzijn van de druk; men noemt dit de pompkarakteristiek. De ‘rode’ krommedaarin wordt ook wel de opbrengst -of debietkarakteristiek genoemd. Uit hetverloop van deze kromme blijkt dat bij een toenemende druk p het debiet qv

onder invloed van de lekverliezen steeds kleiner wordt. Bij versleten pompenis het verloop door de grotere slijtage en lekverliezen nog veelongunstiger; zierode streeplijn q'v.De lijn van het volumetrisch rendement ηv toont eenzelfde verloop als dedebietkromme (qv), terwijl het hydromechanisch rendement (ηhm) en het totalepomprendement (ηp = ηv . ηhm) volgens een parabool verlopen.

4.9. Het berekenen van pompen

4.9.1. Het pompdebietHet debiet van een pomp is recht evenredig met het toerental en met hetslagvolume dat men uit de geometrische afmetingen van de verdringer-ruimtenkan berekenen : qVth = Vth . nDit is echter het theoretisch pompdebiet. Door lekverliezen is het werkelijkepompdebiet kleiner.qVe = ηv . qVth of qVe = Vth . n .ηv Zoals uit de karakteristiek blijkt is het volumetrisch rendement niet constant,maar lager naarmate de werkdruk stijgt.

4.9.2. Het aandrijfvermogenHet hydraulisch uitgaande vermogen van het uit de pomp stromendehydraulische medium is recht evenredig met de volumestroom en de werkdruk.PUIT = qVe . pNu is – door lek- en hydromechanische (wrijvings-)verliezen – het uitgaandevermogen kleiner dan het ingaande.PUIT = ηp . PIN

Hieruit kan dus het toegevoerde vermogen berekend worden.

56


4.10. Plunjerpompen

4.10.1. Principe enkelwerkende plunjerpompBestanddelen

Een plunjerpomp bestaat uit :

Het pomplichaam c

De plunjer a

Een persklep p en eenzuigklep z

Een pers- enzuigleidingaansluiting

WerkingVeronderstellen we dat de plunjer a naar links beweegt. In de ruimte bwordt dan een onderdruk geschapen. Hierdoor zal klep p die met eenveer op haar klepzitting gedrukt wordt nog beter afsluiten. De klep zdaarentegen ondervindt de druk van de atmosfeer die in het reservoirheerst.Gezien de klep z uitgerust is met een lichte veer zal deze openen doorde atmosferische druk. Hierdoor kan de vloeistof in kamer bbinnenstromen.Als de zuiger a volledig links staat is de kamer b gevuld met olie.Wanneer de plunjer a terug ingaat (naar rechts) wordt in de ruimte b eendruk opgebouwd. Door deze druk zal de klep z die met een veer op deklepzitting gedrukt wordt nog beter afsluiten. De klep p daarentegen zalzich openen en de pomp levert een debiet dat gelijk is aan het plunjervolume dat zich in de kamer verplaatst heeft.

57


Vragen1. Hoe kunnen we het theoretisch debiet van de pomp ( in liter per

minuut) bepalen?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Waarom noemt men deze pomp een enkelwerkendeplunjerpomp?________________________________________________________________________________________________________

3. Waarom plaatsen we het reservoir zo dicht mogelijk bij de pomp?________________________________________________________________________________________________________

4. Levert een plunjerpomp een continu of een pulserend debiet?________________________________________________________________________________________________________

58


4.10.2. Axiale plunjerpompenAxiale plunjerpompen zijn pompen waarbij de plunjers in een cilinderblokaxiaal (dus in de richting van de as) heen en weer schuiven. De heen enweergaande beweging wordt veroorzaakt door een schuine plaat op deaandrijfas (slagplaat), ofwel door het pomplichaam t.o.v. de aandrijfas ondereen hoek te plaatsen. De axiale plunjerpompen kan men onderverdelen in driegroepen:

a) het rechte type met stilstaandcilinderblok en draaiendeslagplaat

b) het rechte pomptype met roterendecilinderblok en stilstaande slagplaat

c) pomp met roterende cilinderblok enroterende slagplaat

4.10.2.1. Axiale plunjerpomp met stilstaand cilinderblok en draaiendeslagplaat.

Het werkingsprincipe is maataangevend voor alle andere types van axialeplunjerpompen.

De schematische voorstelling bevat het cilinderblok (1) en een aantal plunjers(2) welke bij verdraaien van de as (4) een heen en weergaande bewegingkrijgen (pompwerking). Op de as is een druklager opgesteld, waardoor de

59


plunjers niet meedraaien met de slagplaat A, maar door middel van ring Bslechts een kantelende beweging ondergaan. Door deze kantelbewegingverdringt de onderste plunjer via de persklep (7) zijn aangezogen volume.Zodra de persklep sluit, ontstaat een onderdruk In de cilinderruimte, waardoorbij het vrijkomen van de aanzuigopening (6) de olie, vanuit de centraleaanzuigleiding, in deze cilinderruimte stroomt. De veer drukt de plunjer steedstegen de ring B. Deze pompen zijn zeer gevoelig voor cavitatie en daardoor ishet totaal debiet per omwenteling dan ook beperkt. Dit is ook het enigepomptype dat nog met kleppen is uitgerust. Deze pompen leveren steeds eenvast debiet en de draalzin is willekeurig en beïnvloed de stromingsrichting niet.

4.10.2.2. Axiale plunjerpomp met roterende cilinderblok en stilstaandeslagplaat.

Onderstaande doorsnede is een pomp met stilstaande slagplaat en eenroterende plunjerblok.

Het cilinderblok wordt hier door de veer continu tegen het pompdeksel gedruktten behoeve van de afdichting. Tijdens de werking wordt de aandrukkrachtnog door de oliedruk ondersteund. Het cilinderblok wordt door middel van eenspiebaan vertanding op de aandrijfas aangedreven.Pers en zuigkleppen ontbreken hier, maar de spiegelplaat die hier tevenspompdeksel is vangt dit gemis keurig op. De zuig- en perspoort in despiegelplaat zijn zo aangebracht, dat als de plunjers worden uitgetrokken ze deinlaatpoort passeren, en als ze worden ingeduwd langs de perspoort komen.

60


De slagplaat heeft ten opzichte van de plunjers tijdens het draaien, steeds eenandere hoek. Bovendien beschrijven de plunjers op de slagplaat nog eenellips. Een beweegbaar bolscharnier lag dus voor de hand alsbevestigingsmiddel. De pluniers zijn doorboord. Er kan dus oliedruk onder deglijschoenen komen waardoor de plunjers hydraulisch uitgebalanceerd zijn.De olie die onder de glijschoenen weglekt, zorgt voor de smering van deschoen en de hydraulische drukcompensatie zorgt samen met de goedesmering voor een zeer geringe wrijving.

4.10.2.3. Axiale plunjerpomp met roterende cilinderblok en roterendeslagplaat

Bij deze plunjerpompen staan de aandrijfas en het cilinderblok ten opzichtevan elkaar onder een hoek en draaien belde het zelfde toerental,

1 Montagebouten2 Deksel3 Cilinderblok7 Slagplaat9 Hoekkontaktlager10 Plunjer18 Centreerlager22 Lagerhuis23 O-ring27 Asafdichting

De drijfstangen van de pluniers zijndoor middel van kogelscharnierenmet de slagplaat verbonden. Ook de andere kant van de drijfstang is doormiddel van een kogelscharnier bevestigd aan de zuiger.

61


Soms is de plunjer ook maar uit een stuk. Beide constructies zijn echterdrukgecompenseerd, dit wil zeggen doorboord. Hierdoor staat de oliedruk aanbelde zijden van de plunier, met het gevolg dat de eenrichtingsslijtage wordtbeperkt en tevens de smering goed wordt verzorgd.

4.10.3. Radiale PlunjerpompenBij de radiale plunjerpompen onderscheiden we twee soorten:

- radiale plunjerpompen met stationair plunjerblok- radiale plunjerpompen met roterende plunjerblok

4.10.3.1. Radiale plunjerpomp met stationair plunjerblokOnderstaande figuur stelt de principewerking voor van een radiale plunjerpompmet stationair plunjerblok. De aandrijfas is in het midden voorzien van eenexcentrisch geplaatst lager.Radiaal staan steeds een oneven aantal pluniers opgesteld (pulsatiedemping).Deze plunjers worden door veren tegen de excentriek gehouden en krijgendoor het verdraaien van de pompas een heen en weergaande beweging.Ze voeren dus achtereenvolgens een zuig en persbeweging uit.Het afsluiten van persen zuigkanaal gebeurt door middel van kleppen. In hetzuigkanaal is dit meestal een schotelklep en in het perskanaal een kogelklep.Wanneer de plunjers onderhevig zijn aan radiale krachten, zijn ze voorzien vaneen loopschoen (zie onderstaande figuur). De plunjers en loopschoen zijndoorboord, waardoor de persdruk via het intern kanaal, aan de onderzijde vande loopschoen komt gedurende de persslag. De druk welke in de uitsparingonderaan de loopschoen heerst, zorgt niet allen voor het opheffen van deradiale krachten, maar ook voor de smering van het bolgewricht en hetcontactoppervlak met de nok.Deze pompen hebben een werkdruk tot 600 bar en grote uitvoeringen (dubbeleopstelling) kunnen een debiet leven van 200 l/min.

62

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA POMPEN - 63


4.10.3.2. Radiale plunjerpomp met roterend cilinderblok

Het aangedreven cilinderblok draait nu om een vaste as, waarin een zuig- enperskanaal is aangebracht. De olie wordt naar de plunjers geleid (welke openzijn aan de aszijde) via een gleuf over dit gedeelte van de omtrek van de as.Bij de persbeweging wordt alle olie weggeperst via een tweede gleuf welke inverbinding staat met het perskanaal. Ook hier zijn de plunjers hydraulisch uitgebalanceerd ofwel is de loopringgelagerd, waardoor hij niet meer meedraait.Het voordeel van deze pompen t.o.v. deze met stationair cilinderblok is dat:

- er geen kleppen aanwezig zijn- zij zich gemakkelijk lenen tot een regelbare pomp- ze zeer kompakt van bouw zijn.

64


4.11. Andere pompconstructies (+algemeen overzicht)constructieprincipe werking Kenmerken en

toepassingenTandwielpomp metuitwendige vertanding

Als de tandwielen draaien,wordt de olie uit dezuigleiding (Z) in detandholten tussen tanden enpompwand meegevoerdnaar perszijde (P) van depomp en daar verdrongenals de tanden in elkaargrijpen. Daarbij komt (10%)van de olie tussen detanden terecht. Dezeingeklemde olie stroomtdoor een ontlastgroef terugnaar de perszijde (P).

Eenvoudige, robuusteconstructie gunstige prijsopstelling alsmeervoudige pomp,zonodig als meertraps-(cascade-)pomp ismogelijkdrukken tot 20 Mpatoepassingalle gebieden van dewerktuigbouwkunde.

Tandwielpomp metinwendige vertanding

In principe zelfde werkingals tandwielpomp metuitwendige vertanding.Draait het kleine tandwiel(rondsel) dan wordt ook detandring met inwendigevertanding aangedreven,waarbij in de tandholten oliewordt meegevoerd. VulstukV scheidt zuigpoort Z vanperspoort P.

ruis-armgoede afdichtingdrukken tot 31.5 MPa

Tandringpomp De tandring met inwendigevertanding heeft één tandmeer dan het inwendigetandwiel (rondsel). Detandvorm is zodanig datelke tand van het rondselsteeds "ergens" in contact ismet een tand van detandring. Draait het rondseldan draait de tandring mee,en wordt olie van zuigpoortZ naar perspoort Pgetransporteerd.

ruis-armgoede afdichtingdrukken tot 10 MPa

65


Wormpomp Twee in elkaar grijpendeschroefspillen (wormen)transporteren olie vanzuigpoort Z naar perspoortP door de schroefvormigekamers tussen deschroefdraad en hetpomphuis.

Gelijkmatige, nietpulserende oliestroom rustige gangdoor grote wrijving laagrendementdrukken tot 20 Mpatoepassinggereedschapmachines,speciaal voor precisie-en fijn-bewerkingen.

Schottenpomp metexterne toe- en afvoer

Draait de rotor dan drukkende schotten tegen hetloopvlak dat zodanig isgeprofileerd dat olie vanzuigpoort Z naar perspoortP wordt getransporteerd.Om de lagers te ontlasten,wordt de pomp vaakuitgevoerd met tweetegenover elkaar liggendezuig- en perspoorten (zieschets); bij dezeconstructievorm kan men depomp echter niet variabelmaken.

Gunstig rendementdoor geringe wrijvingweinig pulserendeoliestroomrustige gang drukken tot 17,5 MPaDe krachten in depomp zijn nietgebalanceerd (inevenwicht); toepassingdaardoor meestalslechts bij betrekkelijklage drukken.

Schottenpomp metinterne toe- en afvoer

Zowel de variabeleschottenpompen metinterne als met externe toe-en afvoer hebben eenexcentrische rotor. De oliewordt tangentiaal (langs deomtrek van het huis) vanzuigpoort Z naar perspoortP getransporteerd. Door deexcentriciteit e teveranderen, wordt hetdebiet geregeld en destromingsrichting (zonodig)omgekeerd.

De krachten in depomp zijn nietgebalanceerd (inevenwicht);Toepassingdaardoor meestalslechts bij betrekkelijklage drukken.

66


Axiale plunjerpomp metslagplaat

Als de schuinstaandeslagplaat S roteert, wordende plunjers heen en weerbewogen zodat decilinderruimten beurtelingsgroter en kleiner worden.Met de schuinte van deslagplaat regelt menslagvolume (en daarmeehet debiet) enstromingsrichting.Er zijn drie varianten:- met vast plunjerhuis enroterende slagplaat- met roterend plunjerhuisen vaste slagplaat- plunjerhuis en slagplaatroteren samen onder eenhoek; men noemt dit hetknie-type (betere naam:cardan-type)

Door een grotefabricage-nauwkeurigheid kleinelekverliezen endaardoor een hoogrendementdrukken tot 40 Mpatoepassingtransporttechniekscheeps- envoertuigenbouwgereedschapsmachines

67


Radiale plunjerpomp metinterne aan- en afvoer

Draait de excentrischgelagerde rotor, danbewegen de plunjers heenen weer, zodanig dat decilinderruimten aan dezuigzijde telkens groter, enaan de perszijde telkenskleiner worden.Met de grootte vanexcentriciteit e regelt menslagvolume (debiet) enstromingsrichting.

Gunstig rendementgrote vermogensdrukken tot 63 Mpatoepassingtransporttechniekscheeps- envoertuigenbouwgereedschapsmachines

Lineaire plunjerpomp Draait de krukas (in veelconstructies de excentriek-as) dan maken de plunjersheen-en-weergaandebewegingen.Via zuig- en perskleppendie op tijd open en dichtgaan, resulteert dit in eenoliestroom.

drukken tot 50 Mpatoepassingvoornamelijk alsbrandstofinspuitpomp(dieselmotoren)

68

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA ARBEIDSELEMENTEN -

5. Hydraulische arbeidselementen

5.1. CilindersHydrocilinders zijn lineaire – dwz rechtlijnig werkende – functie-elementen,waarin hydraulische energie wordt omgezet in mechanische energie.

5.1.1. Constructieve uitvoeringen

5.1.2. ConstructieEen hydrocilinder bestaat uit een cilindermantel met zuiger, zuigerstang,cilinderbodem en cilinderdeksel.

69


Verder zijn er nog afdichtingen en – afhankelijk van het type – één tot tweeleibussen.

1 Aansluitpoort aan de bodemzijde2 Aansluitpoort aan de stang-(deksel-)zijde3 Bodemzijde4 Stang-(deksel-)zijde5 Zuigeroppervlak6 Ringvormig zuigeroppervlak7 Zuigerstangtoppervlak

Van lagedrukcilinders wordt de cilindermantel (dikwijls) van gietstaalvervaardigd; van hogedrukcilinders wordt de cilindermantel doorgaansgemaakt van naadloze buis van kwaliteitsstaal.De loopvlakken worden uiterst nauwkeurig en glad bewerkt.Ook de zuiger maakt men van gietstaal of van kwaliteitsstaal.De zuiger en de eveneens van gietstaal vervaardigde leibus zorgen voor eengoede geleiding van de zuigerstang. Zuigerstangen van kwaliteitsstaal C45 worden gehoond of hardverchroomd.Als (statische) afdichtingen van cilinderbodem en -deksel past men 0-ringentoe. Als zuigerafdichtingen worden zuigerveren of elastische lipdichtingen (C-ofgroefringen), resp. chevrons (manchetafdichtingen) toegepast, deze laatste"alleen" of als pakket (enkele achter elkaar met profiel-eindringen).

70


5.1.3. Werking

5.1.3.1. Zuigerkracht

Werkt op een zuiger een uitwendige kracht (F) dan ontstaat in een afgeslotencilinderruimte achter de zuiger, een druk p. Omgekeerd kan deze kracht F ook een last zijn die met behulp van de uit eenpomp toestromende volumestroom qv moet worden overwonnen.Daardoor ontstaat (in de cilinderruimte) een druk p die zich in alle richtingengelijkmatig voortplant, dus ook naar zuigervlak Az.De zuiger zelf kan daardoor een kracht uitoefenen op de omgeving(bijvoorbeeld op de last).

Zth ApF

Hierin is Fth de theoretische zuigerkracht.Om te maken dat de zuiger zich werkelijk verplaatst, moet de zuigerkracht ooknog een wrijvingskracht Fw en - bij enkelwerkende cilinders met eenterugbrengveer - de veerkracht Fv overwinnen.Daardoor gelden voor de effectieve zuigerkracht Fe de volgende formules:

- enkelwerkende cilinder VWe FFApF

- dubbelwerkende cilinder We FApF

Bij de uitgaande slag is het effectieve zuigeroppervlak (bodemzijde) bij een

enkele (niet-doorlopende) zuigerstang :4

²DAZ

71


Bij de ingaande slag is het effectieve zuigeroppervlak aan de stang- of

dekselzijde :

4²² dDAZ

(N.B. Deze formule geldt ook voor de bodemzijde van een cilinder met eendoorlopende zuigerstang.Oefening: Gegeven: een dubbelwerkende cilinder (enkele zuigerstang) met volgendekarakteristieken :

D = 100 mmd = 45 mmFW = 10% van Fth

p =10 MpaTe berekenen : Fe

5.1.3.2. ZuigersnelheidDe snelheid van de uitgaande resp. de ingaande slag wordt uitsluitend bepaalddoor de snelheid waarmee de van de pomp komende olie-volumestroom qv hetslagvolume V van de hydrocilinder vult.(Dit geldt enkel bij verwaarlozing van de volumetrische verliezen.)Hier geldt de volgende betrekking: Volumestroom = slagvolume per tijdseenheid (qv = V/t) Hierin is het slagvolume het product van zuigeroppervlak en zuigerslag (V =

A.s), zodat de volumestroom : tsAqv

Nu is het quotiënt s/t gelijk aan de zuigersnelheid v zodat vAqv

Of :Aq

v v

Daar bij dubbelwerkende cilinders met enkele zuigerstang het ringvormige(effectieve) zuigeroppervlak aan de stangzijde kleiner is dan hetzuigeroppervlak aan de bodemzijde is de ingaande (retour-)slag sneller dan deuitgaande slag. Is zuigerslag s van de cilinder bekend, dan berekent men - afgeleid van de

snelheidsformule tsv - voor de tijdsduur t van de uitgaande, resp. de

ingaande slag vst .

Oefening: Gegeven: een dubbelwerkende cilinder (enkele zuigerstang) met volgendekarakteristieken :

D = 100 mm

72


d = 45 mmDe pomp levert een debiet

Qv = 100 l/minTe berekenen : v (in m/s) en t (in s) (zowel voor de ingaande- als voor deuitgaande slag)

5.1.4. Hydraulische krachten druk-omzetting

De linkse figuur geeft het principe van een krachtversterker (zie ook vroeger).We weten reeds dat de krachten zich verhouden als de zuigeroppervlakken;anders geformuleerd: een kleine kracht op een klein oppervlak resulteert ineen mediumdruk die - werkend op een groot oppervlak - een grote krachtveroorzaakt.

2

1

2

1

AA

FF

De rechtse figuur geeft het principe van een drukversterker waarin de drukkenomgekeerd evenredig zijn met de zuigeroppervlakken.

1

2

2

1

AA

pp

5.1.5. Drijfstangberekening – knikVanzelfsprekend moet de drijfstang dik genoeg zijn om de zuigerkracht Fz tekunnen overbrengen.Ten eerste treden in de zuigerstang normale druk- en trekkrachten op. Dezeveroorzaken gelijkmatige druk- en trekspanningen ( d en t ) (gelijkmatig wilzeggen dat elk oppervlaktedeeltje van elke normaaldoorsnede even zwaarwordt belast).Behalve deze normaalspanning kan ook een buigspanning door knikoptreden. Knik is het zijdelings uitbuigen van een (lange) staaf die langs delengte-as op druk wordt belast. Een zijdelingse uitwijking veroorzaakt eenbuigspanning, d.w.z. een trek- en een drukspanning in de uiterste vezels t.o.v.een zogenoemde "neutrale lijn", haaks op het vlak waarin de staaf buigt, resp.knikt.

73


De combinatie van de normale drukspanning, tezamen met de knik-buigspanning noemt men de knikspanning die beneden een toelaatbaregrenswaarde moet blijven.Knik Men onderscheidt twee gebieden: a) Het gebied van de lange, slanke staven.

Hierin gelden de formules van Euler die zijn afgeleid van de wet vanHooke; men noemt dit het elastische gebied.

b) Het gebied van de betrekkelijk korte, minder slanke staven waarbij er -blijkens proeven van Tetmajer - een rechtlijnig verband bestaat tussen deknikspanning K waarbij een staaf "door"-knikt, en de zogenoemdeslankheid van de staaf; dit is het niet-elastische gebied.

Per materiaalsoort is een grens-slankheid 0 die het elastische gebied scheidtvan het niet-elastische gebied.Is de slankheid groter dan de grens-slankheid dan berekent men de staafvolgens Euler, bij een kleinere dan de grens-slankheid gelden de formules vanTetmajer. Wat is nu de slankheid? De slankheid is de verhouding tussen de kniklengte L en detraagheidsstraal i;

formule:iL

Hierin is L de zogenoemde kniklengte; deze is niet gelijk aan de staaflengte,maar - afhankelijk van de manier waarop de staaf is gemonteerd - een factorgroter of kleiner dan de staaflengte l;

i is de traagheidsstraal : AIi

I = het kleinste traagheidsmomentA = de normaaldoorsnede

74


Voor ronde staven is dit :64

4dI en

4²dA

of

4di

Hiermee wordt de slankheid dL

iL

4 (ronde staaf!)

Voor staal C50 en C60 geldt : 890

Formules (knikspanning in N/m²):- Euler ( 89 ) :

²16²²

²²

LdEE

K

- Tetmayer ( 89 ) :

66 10462,03351062,0335

dL

K

KnikveiligheidDe optredende normaalspanning moet kleiner zijn dan de knikspanning.Men rekent hierbij met een veiligheidsfactor S; Voor machine-constructies varieert S doorgaans tussen S = 3 en S = 10. N.B. Uit de formules van Euler, resp. van Tetmajer berekent men ofwel devereiste stangdikte d, òfwel de toelaatbare kniklengte.De kniklengte bij hydrocilindersBelangrijk is de bevestigingsmethode van de cilinder, bijvoorbeeldscharnierend, met bodemflens, met dekselflens of met een voet-bevestiging.Men gaat uit van de situatie waarbij de zuigerstang volledig is uitgeschoven.Als stanglengte l rekent men nu de afstand van het bevestigingspunt(scharnier, flens, voet) tot het aangrijpingspunt van de zuigerkracht op het aante drijven mechanisme (b.v. hart bevestigingsschroefdraad op het eind van dezuigerstang).Afhankelijk van de bevestiging geldt nu voor de kniklengte L: L = 1l , resp L = 2l, resp. L = 0,707l; (zie figuur)

75


Oefening: Gegeven: een hydraulisch hefmechanisme voor het kantelen van een werktafel metvolgende karakteristieken :

Afmetingen Zie tekeningLast F = 12 kNVrije kniklengte l = 400 mmMateriaal zuigerstang St C50Veiligheidsfactor S = 6Elasticiteitsmodulus E = 21.000 kN/cm² = 21.1010 N/m²

Te berekenen : diameter van de zuigerstang.

5.1.6. Bijzondere cilinders

5.1.6.1. Differentiaal-cilinderDeze cilinder komt niet voor in het overzicht.De reden is dat de constructie van deze cilinder nagenoeg overeenkomt metdie van de dubbelwerkende cilinder.

76


Het verschil is de meestal wat dikkerezuigerstang en de manier van schakelen,waarbij de ingaande slag op dezelfdemanier verloopt als die van dedubbelwerkende cilinder.De uitgaande slag is echter principieelanders; die geschiedt namelijk metgebruikmaking van een omloopleiding,waardoor de druk bij de uitgaande slagaan weerszijden van de zuiger staat.

Door het oppervlakteverschil is de naarbuiten gerichte kracht groter dan de naarbinnen gerichte kracht op de zuiger. Dezuiger gaat dus "uit" waarbij de olie aande stangzijde wordt weggeperst naar debodemzijde. In de schakeling zorgt eenstuurschuif voor het inschakelen van deomloopleiding bij de uitgaande slag.Het voordeel van de differentiaal-cilinderis dat alleen aan de stangzijde eenafdichtingsmanchet tussen de zuiger ende cilinder hoeft te zitten. Hierdoor

ondervindt de zuiger bij zijn beweging minder weerstand, waardoor dedifferentiaalcilinder een hoog rendement heeft.

De differentiaalcilinder wordt vooral vaak toegepast als de kracht in beiderichtingen even groot moet zijn. Wordt bijvoorbeeld een afsluiter hydraulischbediend, dan kan het voorkomen dat door het oppervlakkenverschil bij eendubbelwerkende cilinder, de schuif niet meer omhoog gaat, vooral als dezelang heeft stilgestaan.De differentiaal-cilinder levert een licht-kracht die even groot is als deafsluitkracht, of die - bij de juiste oppervlakkenverhouding - zelfs nog groter is.

5.1.6.2. TelescoopcilinderEen telescoopcilinder heeft twee of meer holle zuigers. De holle zuigerstangvan cilinder 0 doet dienst als cilinder 1, enz.

77


De werking is als volgt :Het drukmedium stroomt in cilinder 0. Daardoor stijgt zuiger 1, die zuiger 2meeneemt. Bereikt zuiger 1 het eind van zijn slag, dan stuit deze tegen hetdeksel van cilinder 0. Het drukmedium drukt nu zuiger 2 omhoog, tot ook dezeweer stuit tegen het deksel van cilinder 1.Elke cilinder werkt dus als een enkelwerkende cilinder. De hier beschreventelescoopcilinder heeft twee zuigers met twee zuigerstang-cilinder-combinaties. Men spreekt dan wel van een "tweetraps-telescoopcilinder".Moet de telescoopcilinder een constante kracht uitoefenen, bijvoorbeeld eenlast heffen, dan geldt: F = p1 . A1 = p2 . A2 waarin: A1 = werkzaam zuigeroppervlak zuiger 1

p1 = druk in de cilinder als zuiger 1 beweegtA2 = werkzaam zuigeroppervlak zuiger 2 p2 = druk in de cilinder als zuiger 2 beweegt.

Aangezien: A1 > A2 is, moet p1 < p2 zijn.Dit betekent dat, als zuiger 1 aan het eind van zijn slag is, eerst de druk in decilinder moet oplopen, voordat zuiger 2 in beweging komt.Bij een constante volumestroom qv is: qv = A1 .v1 = A2 .v2 en aangezien A1 > A2 is, moet v1 < v2 zijn.Conclusie: is een (zuiger-)trap aan het eind van zijn slag gekomen, dan loopteerst de druk in de cilinder op, en wordt de last vervolgens met een groteresnelheid opgeheven. De beschreven telescoopcilinder heeft dus de volgende eigenschappen:- Het geheel moet met behulp van een uitwendige kracht worden

teruggeduwd.- De inbouwlengte is, in vergelijking met andere cilinders betrekkelijk klein

met betrekking tot de slaglengte.- Na het bereiken van het eindpunt van een cilindertrap, stijgt de druk.- De ingewikkelde constructie maakt de cilinder duur.

78


- De zuigersnelheid is niet constant; men ondervangt dit door depompopbrengst qv te regelen.Een andere mogelijkheid toont onderstaande figuur; toelichting: Wordt de olie in cilinder 0 geperst, dan stijgt cilinder 1. De olie tussen dewanden van de cilinders 0 en 1 wordt weggeperst en verdwijnt via dekanaaltjes in cilinder 1. Hierdoor wordt cilinder 2 omhooggeduwd, waardoorde olie tussen de cilinders 2 en 1 wordt weggeperst, enz. Deze constructieondervangt zowel de onregelmatige snelheid als de druksprongen.

5.1.6.3. Cilinder met doorgaande zuigerstangEen dubbelwerkende cilinder met een doorgaande zuigerstang levert eenkracht die in beide richtingen even groot is, indien althans de zuigerstang linksen rechts van de zuiger even dik is. De werkzame zuigeroppervlakken zijn daneven groot. Een voordeel van deze cilinder is, dat deze steeds zodanig in deconstructie kan worden opgenomen dat de zuigerstang uitsluitend op trekwordt belast. Er is dan geen knik-risico, zoals bij een op druk belastezuigerstang.

5.1.6.4. IjlgangcilinderEen ijlgangcilinder is een dubbelwerkende cilinder met een extra dikkezuigerstang.Het ringvlak is dus klein, dus de snelheid v is groot. De teruggang verlooptdaardoor snel (ijlgang) waardoor tijdwinst wordt verkregen. Door het kleineringvlak is de kracht bij de ingaande slag uiteraard gering.

79


5.1.6.5. Cilinder met stilstaande zuigerstangOm constructieve redenen is het vaak gewenst, de zuigerstang van eencilinder vast op te stellen, en de cilindermantel aan het aan te drijvenmachineonderdeel te bevestigen. In dit geval moeten de inlaat- en deuitlaatpoort over de slaglengte heenen weerbewegen, wat lange slangenvraagt. Wil men dit vermijden, dan kan men gebruik maken van een cilinderwaarvan de zuigerstang is doorboord, zodat de aansluitpoorten toch een vasteopstelling hebben.

5.1.6.6. Gelijkloop-cilinder

Moeten twee of meer cilinder op elk ogenlik een even grote slag maken, ookals de belasting van elke cilinder verschillend is, dan kan men eengelijkloopcilinder toepassen.In feite zijn dit dubbelwerkende cilinders.Deze cilinders hebben niet alleen even grote slaglengten, maar ze zijnbovendien zodanig van afmetingen dat:Vstang-A = Vbodem-B Vstang-B = Vbodem-C enz. Hierin is Vstang-A = het slagvolume aan de stangzijde van cilinder A

Vbodem-A = het slagvolume aan de bodemzijde van cilinder AVstang-B = het slagvolume aan de stangzijde van cilinder BVbodem-B = het slagvolume aan de bodemzijde van cilinder Benz.

Stel dat alle zuigers zich aan de bodemzijde bevinden. Onder de zuigers isdan geen olie aanwezig. Boven de zuigers is er wel olie, evenals in deleidingen. Wordt nu drukmedium toegevoegd aan cilinder A, dan stijgt zuigerA. De olie boven zuiger A wordt weggeperst naar cilinder B, waardoor dezuiger van cilinder B stijgt, enz... De olie boven zuiger C kan vrij wegstromen.De ingaande slag wordt verkregen door drukmedium aan de bovenzijde vancilinder C toe te voeren. Dan stroomt de olie bij A vrij weg. Het aantal cilindersdat op deze wijze in serie kan worden geschakeld, is in de praktijk niet meer

80


dan drie. Dit aantal wordt begrensd door de keuzemogelijkheden van geschikte(afdichtings-)afmetingen en door de samendrukbaarheid van de olie, dit insamenhang van de gewenste gelijkloop-nauwkeurigheid.

5.1.6.7. Meerkamer-cilinderDe meerkamer-cilinder is te beschouwen als de serie-schakeling van eenaantal dubbelwerkende cilinders met dezelfde boring en met eengemeenschappelijke zuigerstang, dus met dezelfde slag. Deze koppelingverzekert de gelijktijdige verplaatsing van alle zuigers. Daar dezuigerdiameters gelijk zijn, worden uit alle kamers gelijke hoeveelheden olieweggeperst.De meerkamercilinder wordt voornamelijk gebruikt om elders in de schakelingcilinderbewegingen die nauwkeurig gelijktijdig moeten beginnen en eindigen, tebewerkstelligen (synchroon-loop). Zoals de figuur toont, realiseert men ookmet een meerkamercilinder desgewenst een gelijkloop-cilinderbeweging.

5.1.6.8. MeerstandencilinderDe zuigerstang van een dubbelwerkende cilinder heeft 2 eindstanden : 0 en 1.De afstand tussen deze twee punten is de slaglengte s.Met bepaalde schakelingen is het mogelijk de zuiger “ergens” tussen dezepunten te stoppen.Het is echter niet mogelijk de zuiger exact op een gedefinieerde plaats tussen0 en 1 te laten stoppen.

Met een rneerstanden-ciiinder is het echter wèl mogelijk meer dan tweestanden te definiëren.

81


De meerstandencilinder bestaat uit twee of meer in serie geplaatstedubbelwerkende cilinders.Combineert men twee cilinders met gelijke slaglengten, dan kan men daarmeedrie vaste standen vastleggen;

Combineert men twee cilinders met verschillende slaglengten dan kan menvier standen definiëren;

Een combinatie van drie dubbelwerkende cilinders met verschillendeslaglengten maakt zeven verschillende combinaties mogelijk;

82


Enkele toepassingen zijn:- het bedienen van een meerstanden-hefboom,- het op verschillende hoogten brengen van producten in een magazijn om

ze in rek te kunnen opbergen,- het storten van graan in verschillende silo's;- …

5.1.6.9. Holle cilinderDe holle cilinder is in principe een enkelwerkende cilinder met - zoals de naamreeds aanduidt - een holle zuiger-zuigerstang-combinatie.De holle zuigerstang glijdt, met een afdichting, over de holle buis die aan decilinderbodem vastzit. Voor de ingaande slag is meestal een (niet getekende)terugbrengveer aangebracht.De holle cilinder wordt het meest toegepast als een holle vijzel diebijvoorbeeld wordt gebruikt voor het op een as persen van een tandwiel;

5.1.6.10. Cilinder met drukversterkingBeschrijving:- Eerste figuur : Olie drukt de werkzuiger snel uit de werkcilinder tot deze

werkzuiger weerstand ondervindt (van bv de klinknagel).- Tweede figuur : Via de regelnaald komt de olie ook achter de hulpzuiger,

waardoor deze naar voren gaat.- Derde figuur : Het olie-toevoerkanaal in de hulpzuiger is nu afgesloten,

evenals de klep in de bodem van deze hulpzuiger. De werkzuiger en dewerkcilinder vormen nu één star geheel. De olie perst dit geheel nulangzamer, echter met een grotere kracht naar voren.Awerkz < Ahulpz

Samenvattend: zodra de werkzuiger van deze cilinder weerstand ondervindt,wordt zijn snelheid kleiner en zijn geleverde kracht groter.

83


5.1.7. Samenvatting1- Hydrocilinders zijn rechtlijnig werkende functie-elementen voor het

omvormen van hydraulische energie in mechanische energie.Ze bestaan uit een cilindermantel, een zuiger met zuigerstang, eenbodem, een deksel, één (of twee) leibus(sen) en afdichtringen.

2- Ondervindt de zuiger de weerstand van een last, dan heerst in decilinderruimte een toenemende druk die ook op het zuigeroppervlakwordt uitgeoefend. Daardoor ontstaat een zuigerkracht die toeneemt totdeze de weerstand van het aan te drijven mechanisme overwint endaarna aan de zuiger een voorwaartse beweging geeft.Behalve met de eigenlijke weerstand van de last, moet men ook nogrekening houden met de wrijvingskrachten en - bij enkelwerkendecilinders met een terugbrengveer - met de veerkracht die eveneensoverwonnen moeten worden en die (mèt elkaar) de effectievezuigerkracht verkleinen.

3- De zuigersnelheid neemt toe naarmate de volumestroom groter en hetzuigeroppervlak kleiner is. Bij dubbelwerkende cilinders met enkelezuigerstang is door de constructie (kleiner ringvormig zuigeroppervlakaan de stangzijde) de (retour-)snelheid van de ingaande slag groter dande voorwaarste snelheid van de uitgaande slag.

84


4- Een hydraulische pers werkt als een kracht-omzetter. De krachtenverhouden zich daarbij recht evenredig met de zuigeroppervlakken.

5- Drukomzetters worden vaak toegepast voor het omzetten van luchtdrukin oliedruk. De drukken verhouden zich omgekeerd evenredig met dezuigeroppervlakken.

5.1.8. Vragen

1- Van welk type cilinder geeft de figuur het symbool?

2- In de figuur zijn de onderdelen van een hydrocilinder aangegeven met

cijfers; welke onderdelen stellen ze voor?

3- Met behulp van een enkelwerkende cilinder moet een last met een gewichtG = 20000 N worden verplaatst. De cilindermiddellijn is 80 mm. Hoe hoogwordt de druk in de cilinderruimte wanneer de wrijving 10% van het gewichtbedraagt, en er geen terugbrengveer wordt toegepast?

4- Welke van de volgende opmerkingen over een dubbelwerkende cilindermet enkele zuigerstang zijn juist?

a) de snelheid van de uitgaande slag is groter dan die van deingaande slag;

b) de snelheid van de ingaande slag is groter dan die van deuitgaande slag;

85


c) bij de uitgaande slag is de zuigerkracht groter dan bij de ingaandeslag;

d) bij de ingaande slag is de zuigerkracht groter dan bij de uitgaandeslag.

5- Welke snelheid van de uitgaande en van de ingaande slag krijgt men bijeen dubbelwerkende cilinder met een cilindermiddellijn van 100 mm eneen zuigerstangmiddellijn van 63 mm, waarin een volumestroom qv =

80 l/min) stroomt?

6- In de hydraulische aandrijving van een hydraulische pers wil men eenkrachtversterking 50:1 bereiken. Hoe groot moet het last-zuigeroppervlakworden wanneer het pomp-zuigeroppervlak 20 cm² groot is;

7- In een door perslucht bediende drukversterker stroomt in delagedrukcilinder perslucht met een druk p = 0,6 MPa. Hoe groot moet dediameter zijn van de lagedrukcilinder als de hogedrukcilinder eenzuigeroppervlak heeft van 24 cm² en de oliedruk daarin 4,8 MPa moet zijn.

8- Bij schaaf- en steekmachines wordt de verhouding tussen de snelheid vande uitgaande (werk-)slag en de ingaande (retour-)slag, ook wel "dode slag"genoemd, aangeduid met een kengetal k waarbij k = Vheen/Vterug. Voordergelijke machines blijken hydraulische aandrijvingen zeer goededynamische eigenschappen te hebben; men gebruikt daarin doorgaansdubbelwerkende hydrocilinders.

Vragen: a) Welke uitvoering van een dubbelwerkende cilinder is voor deze

toepassing het meest geschikt?; waarom?b) Welke diameter-verhouding volgt uit een gegeven waarde van k?

9- In een cilinder met een diameter van 200 mm wordt in 60 seconden0,15 m³ olie meteen druk van 8 MPa geperst.Bereken:

86


- volumestroorn qIN - hydraulisch vermogen PIN - zuigerverplaatsing (slag) s- zuigersnelheid v - kracht op de zuiger F- het mechanische vermogen PUIT (geen wrijvings- of lekverliezen)

10-Een hefplateau – zie figuur - draagt een last F = 30 kN en wordt bediendmet een hydrocilinder (1). In de hoogste stand steekt de zuigerstang2,57 m uit boven de bevestigingsflens onderaan de cilinder. De kop van dezuigerstang vindt een goede geleiding door de bevestiging aan hethefplateau dat zijdelings in alle richtingen is opgesloten. Bepaal de vereistezuigerstang-diameter.

87


5.2. Motoren

5.2.1. Motoren met onbegrensde draaihoekHydromotoren zijn roterende (en lineaire) energieomzetters die hydraulischeenergie omzetten in mechanische energie.Voor wat betreft hun constructie vertonen hydromotoren veel overeenkomstmet hydropompen.Veel hydropompen kan men dan ook gebruiken als motor, mits men daar eendrukmedium (bv. olie onder druk) aan toevoert en daarvan - in sommigegevallen - enkele constructieve details verandert.Uitzondering zijn pompen met persen zuigkleppen; deze kan men niettoepassen als hydromotor.Naar hun constructie onderscheidt men, in overeenkomst met de pompen,tandwielmotoren, wormmotoren, schottenmotoren en axiale en radialeplunjermotoren.Vanwege hun grote vermogen worden daarvan de plunjermotoren het meesttoegepast.Het drukmedium dat naar de motor stroomt, vult het motor-slagvolume Vm enbepaalt de motor-volumestroom qvm.Evenals bij de pompen zijn er motoren met constante en veranderlijkeslagvolumes.

5.2.2. Symbolen zie vroeger

5.2.3. Motor-karakteristiek Ook voor motoren kan men een karakteristiek tekenen (net zoals voor pompen– zie vroeger).

Hierin staat het verband tussen draaimoment (T), druk (p) en toerental (n).Hieruit blijkt dat bij hydromotoren het draaimoment wél afhankelijk is van dedruk, echter vrijwel onafhankelijk van het toerental, d.w.z. dat het draaimomentover het gehele toerengebied weinig verandert.

88


5.2.4. Berekening van motoren

5.2.4.1. De motor-volumestroomDoor lekverliezen in de motor is de effectieve volumetroom, qVe kleiner dan detoegevoerde volumestroom qVt.Ook hier wordt een volumetrisch rendement in rekening gebracht :

VVtVe qq

Uit deze effectieve volumestroom en het geometrische slagvolume van demotor, VM, kan het toerental worden berekend :

M

Ve

Vq

n

Omgekeerd kan men de vereiste toegevoerde volumestroom bij een gegevenslagvolume berekenen volgens :

V

MVt

nVq

5.2.4.2. Het uitgaande motor-vermogenVoor het theoretische vermogen Pth, dat is het vermogen dat de motor zouopbrengen als deze geen wrijving had, geldt :

pqP Veth

Voor het werkelijk beschikbare vermogen aan de motor, Pe, moet ook nog hethydromechanische rendement in rekening worden gebracht :

hmVehmthe pqPP

Hierin is VVtMVe qnVq , zodat :

VhmVthmMe pqpnVP

5.2.4.3. Het draaimomentVoor het effectieve motorvermogen (uitgaande as) geldt ook :

TnPe 2

Hieruit volgt voor het draaimoment :

nP

T e

2

Uit de formule VhmVte pqP volgt :

npq

T VhmVt

2

Uit de formule hmMe pnVP volgt :

89


22

hmMhmM pVnpnV

T

5.2.5. OefeningAxiale plunjermotor; (zie figuur)

Gegeven: Plunjerdiameter d = 20 mmPlunjerslag s = 35 mmAantal plunjers z = 9qVt = 20 liter/minp = 3 MpaV = 97%hm = 95%

Te berekenen: VM, n, PUIT, TOpmerking :Bij de gegeven axiale plunjermotor kan men het toerental, behalve met degebruikelijke stroom-regeling (waarbij qV,IN wordt geregeld), ook instellen doorde slagplaat met behulp van een stelzuiger meer of minder schuin te stellen.Staat bijvoorbeeld de slagplaat minder schuin dan wordt het slagvolume perplunjer, en daarmee van de gehele motor, kleiner.Beschouwt men de formules voor n, T en P dan blijkt daaruit dat een motormet een kleiner slagvolume een gegeven, van de oliepomp komendevolumestroom qV,IN bij een hoger toerental moet verwerken.Het toerental is dus omgekeerd evenredig met het slagvolume.

5.2.6. Motoren met begrensde draaihoekEen speciale groep hydromotoren vormen de motoren met een beperktedraaihoek.Wat hun functie betreft - het omzetten van hydraulische energie in roterendemechanische energie - zijn dit duidelijk hydromotoren.

90


Hun constructie is echter afwijkend doordat ze niet in één richting continuroteren, maar een beperkte draaihoek hebben, meestal minder dan 360°.Deze motoren zijn dus alleen geschikt voor heenen weer-roterende"zwenkende" bewegingen, vandaar dat ze ook wel "zwenkmotoren" wordengenoemd.Toepassingen: Het bedienen van slagbomen, scheepsroeren, deuren,kleppen, (scheeps-)luiken, afsluiters, enz.Men kan voor deze toepassingen ook wel gebruik maken van cilinders methefbomen, maar daarvan is het draaimoment niet constant. Het voordeel vande roterende "zwenk"-motoren is hun constante draaimoment over de geheledraaihoek.Enkele constructieve uitvoeringen zijn:

a) De vleugelmotor met één roterende vleugel.De rotatiehoek van deze motoren is iets minder dan 360°;door hun "moeilijke" afdichting is de werkdruk beperkt, bijv. tot7 MPa.

b) De vleugelmotor met een dubbele roterende vleugel.Van deze motoren is het draaimoment twee maal zo groot als vande motor met één vleugel;de draaihoek blijft echter beperkt tot iets minder dan 180°;de werkdruk is nu iets hoger, echter nog beperkt, bijv. tot 15 Mpa.

c) De zuiger-motor met tandwiel plus heugel.Deze vooral in de pneumatiek veel gebruikte zwenkmotor bestaatuit twee enkelwerkende cilinders in een tandem-opstelling, meteen gemeenschappelijke zuigerstang. Het middendeel van dezezuigerstang is uitgevoerd als een tandheugel die via een rondselde lineaire zuigerbeweging omzet in een rotatie van de uitgaandeas. Is het rondsel klein, dan zijn draaihoeken van meer dan 360°mogelijk.De rotatie-as kruist de cilinder-as loodrecht. De tandsterkte -d.w.z. de tandbreedte en de modulus (tandsteek) bepalen detoelaatbare druk.

d) De zuigermotor met aandrijfmoer plus schroefspil.In principe is dit een dubbelwerkende cilinder waarvan de lineairezuigerbeweging via een (niet-zelfremmende) aandrijfmoer-schroefspil-combinatie, wordt omgezet in een rotatie.De rotatie-as en de cilinder-as vallen samen.

e) De zuigermotor met kruk-drijfstang-rotatie.Dit type zuigermotor bestaat uit twee enkelwerkende cilinders (inlijn) met een gemeenschappelijke krukas, die aangedreven doortwee drijfstangen - één aan elke zuigerstang - heen en weerroteert.

91


92

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA ACCU’S -

6. Hydraulische accu’s6.0.1. WerkingAccumulatoren vormen een buffervoorraad hydraulische energie die men kangebruiken om de invloed van drukstoten en trillingen te verminderen en omverlies van lek-olie te compenseren.De belangrijkste functies zijn echter wel:

- het leveren van een continue statische kracht, bijvoorbeeld bij spannenen persen, waarbij dus geen energie wordt geleverd (verplaatsing =werkslag = nul) en waarbij de pomp in principe niet in actie hoeft tekomen omdat er geen olie door het systeem stroomt.

- het vormen van een buffer-voorraad energie die in korte tijd - echter nietcontinu - geleverd moet kunnen worden.Zonder accumulator vraagt dat een grote pomp-capaciteit, mètaccumulator kan de pomp veel kleiner zijn.

6.0.2. Voorbeeld : Een persHet linkse schema toont de (eenvoudige) schakeling van een perscilinder diehet product in een compactere vorm moet brengen. Dat product kan iets grootszijn - bijv. een lading schroot die "klein gemaakt" moet worden - of iets kleins,zoals een portie medicijnpoeder die tot een tablet wordt samengeperst, òfweliets daar tussenin, bijv. een spuitgietmachine (zie vorig jaar – AMS).

Module Hydraulica 6 EM VWS/2002-2003

93


In principe bestaat de machinecyclus uit twee fasen: 1- het samenpersen van een groot volume tot een klein

volume -> 4/3-stuurschuif (S1) in stand a;2- het terugschuiven van de zuiger, gevolgd door het

openen van de persruimte (matrijs), het wisselen vanhet product, enz. -> 4/3-stuurschuif (S1) in stand b;

In fase (1) verricht de pers in korte tijd veel arbeid : pqP v , waarin tV

q cilv .

Voor een "redelijke" snelheid tsv (slag/tijd) moet t klein, dus qv groot zijn.

Na het samenpersen moet het product soms enige tijd onder druk blijven; danwordt alleen maar klemkracht gevraagd. De pers levert dan geen arbeid envraagt geen pompdebiet qv. Het eerste deel van fase (2) vraagt weer een groot pompdebiet qv om dezuiger snel terug te schuiven. Het daarop volgende “product wisselen” vraagtgeen energie en geen pompdebiet.Zonder speciale voorziening levert de pomp gedurende de gehele cyclus oliemet een hoge druk waarvan het merendeel (als de zuiger stil staat) ontwijkt viade drukregelklep D1 en warm wordt door de energie die daarbij vrij komt.Om de pomp te ontlasten, bevat de schakeling de drukschakelaar S3 die,zodra aan het eind van de slag de druk oploopt, de elektrische bediende (veer-retour) 3/2-stuurschuif S2 via een breekcontact omschakelt in ruststand a. Hetpomp-debiet stroomt nu - buiten D1 om - terug in het reservoir.Dit drukloos rondpompen bespaart wel energie, de pomp wordt er echter nietkleiner door. Die moet het pompdebiet qv2 (zie figuur) kunnen leveren dattijdens de persslag wordt gevraagd.t1 Duur van de

uitgaande slagt2 Duur van het

klemment3 Duur van de

ingaande slagt4 Product-wisselqv

1

Gemiddeldedebiet

qv

2

Gewenstdebiet (zonderaccumulator)

Dat debiet is ooknog eens nodig voor de ingaande zuigerslag.Bij omschakelen van S1 in stand b, daalt de druk aanvankelijk zodat S3contact maakt en S2 bedient (stand b).


94


Pompdebiet qV2 komt weer in de cilinder en schuift deze "in".Aan het eind van de slag loopt de druk weer op zodat, via S3, stuurschuif S2weer omschakelt (stand a) en de pomp weer drukloos rondpompt.Gedurende de gehele machinecyclus levert de pomp - òfwel naar de cilinder,òf wel naar het reservoir - het debiet qV2.Opmerking : Ook in de getekende ruststand (S1 in middenstand c) wordt deolie via S2 drukloos rondgepompt. Reeds tegen het eind van de 19° eeuw kwam men op het idee eengoedkopere oplossing te realiseren met behulp van een accumulator en eenveel kleinere pomp die niet meer dan de gemiddelde volumestroom qV1 hoeft televeren; zie het schema rechts.In de tijd dat de pers (cilinder) geen volumestroom vraagt, staat S1 in demiddenstand (c). De pomp perst dan drukmedium in de accumulator A1 tot, bijeen zekere maximumdruk, schakelaar S3, de stuurschuif S2 omschakelt inruststand a, waarmee de pomp drukloos rondpompt.Moet de pers in actie komen (S1 in stand a) dan kan de kleine pomp alleen dezuiger niet snel verplaatsen. Nu echter bevat de accumulator de drukmedium-reserve die de cilinder nodig heeft.Hetzelfde geschiedt bij de teruggaande zuigerslag. De accumulator moet dusgroot genoeg zijn om de gewenste zuigersnelheden te realiseren; de pomphoeft slechts het gemiddelde debiet qV1 te leveren, nodig om te bereiken dat deaccumulator steeds op tijd weer vol is.

6.0.3. ConstructieDe accumulator bestaat uit een vat met een veranderlijk volume waarbij,tijdens het vullen van dat vat, de druk oploopt omdat een tegendruk moetworden overwonnen.Die tegendruk kan constant zijn, of steeds toenemend, al naar gelang dezeafkomstig is van een gewicht (massa), van een drukveer, of van een gasdruk.Men spreekt dan ook van:

- door een gewicht belaste accumulator (kortweg gewichts-accu),constante tegendruk;

- door een veer belaste accumulator, (kortweg veer-accu), toenemende(bij leegstromen afnemende) tegendruk;

- door gasdruk belaste accumulatoren, toenemende (bij leegstromenafnemende) tegendruk.

Dit laatste type wordt - in verschillende uitvoeringen - het meest toegepast.Het bestaat steeds uit een vat met een vloeistof- en een gas-compartiment.Tussen beide compartimenten zit een beweegbare scheiding. Dat kan zijn: eenzuiger, een membraan, of een balg (meestal een dikwandige ballon vanrubber).


95


In overeenkomst daarmee spreekt men van een zuiger-accumulator (zuiger-accu), een membraan-accumulator (-accu), en een balg-accumulator (-accu).De in het vloeistofcompartiment gepompte olie comprimeert het gas - vaakstikstof, nooit zuurstof (veiligheid!) - in het andere compartiment. Dit gasfungeert in feite steeds als de energie-accumulator.

Figuren 1 Membraan-accumulator (max 150 bar)2 Balg-accumulator (max 200 bar)3 Zyuiger-accumulator (max 350 bar)4 Symbool


96

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA SYSTEMEN -

7. Besturing van hydromotorenSchakelingen met hydromotoren kan men uitvoeren als een open kringloop -figuur rechts - of als een gesloten kringloop; figuur links.

De gesloten kringloop vindt vooral toepassing in hydraulische systemen waarinde draairichting van de motor omkeerbaar moet zijn.In een open kringloop stroomt de door de pomp geleverde olie steeds indezelfde richting; de uit het reservoir aangezogen olie stroomt - na "iets" tehebben aangedreven - daarin ook weer terug. Er vindt dan een goedewarmteuitwisseling plaats; de olie wordt gekoeld. Bij een gesloten kringloop bestaat de mogelijkheid door toepassing van eenpomp met een verstelbaar slagvolume (kortweg: verstelbare pomp) en mettwee stromings-(=draai-)richtingen de olie zowel in een bepaalde richting als ineen daaraan tegengestelde richting door het systeem te sturen. Vooral bijsnelle, omkeerbare aandrijvingen - zoals voertuig-rijmotoren - is dit eengunstige eigenschap. Wèl verdient in gesloten kringloop de thermischebelasting, die nogal groot is, de nodige aandacht; dit vraagt soms specialevoorzieningen.

7.1. Open kringloop Het eerste schema toont de besturing van een hydromotor

met een 4/3-stuurschuif (met vrijloop-middenstand) in eenopen kringloop.

Heeft de 4/3-stuurschuif een rondpomp-middenstand zodat mende motor hydraulisch kan blokkeren dan moet men - om storingen


97


te voorkomen - de schakeling uitbreiden metdrukregel-(veiligheids-) kleppen en eencompensatie-leiding.

Komt de motor namelijk plotseling tot stilstand dan zal debewegende massa die door de motor is

aangedreven, op zijn beurt de motor aandrijven(massatraagheid). Daarbij zal de oliedruk in

de afvoerleiding van de motor hoog oplopen,en in de toevoerieiding een olie-tekortontstaan; de werken de retourleidingen

van de stuurschuif kunnen hierdoorbeschadigen.Daarom is de schakeling uitgebreid met twee

drukregel-(veiligheids-)kleppen waardoor aan deene motor-zijde het teveel aan olie kan

wegstromen, en een compensatie-leiding waardoor het olie-tekort aan deandere motor-zijde via terugslagkleppen wordt aangevuld.

7.2. Gesloten kringloop

De besturing van een hydromotor, aangedreven door een verstelbare pompmet twee stromingsrichtingen, is weergegeven in het bovenstaande schema.De motor werkt in een gesloten kringloop; de draairichting is omkeerbaar daarde olie van twee kanten in de motor kan stromen.In de getekende schakeling is met pijlen de situatie aangegeven waarin de olieuit de verstelbare pomp wordt geperst in de bovenste leiding waarin de drukoploopt; dit is dan de hogedrukleiding. Bij deze stromingsrichting wordt deze druk op een maximum-waarde begrensddoor drukregelkiep DK1.De onderste leiding, de lagedrukleiding, fungeert hierbij als zuigleiding. Bijverandering van de stromingsrichting van de pomp is de situatie omgekeerd,de bovenste leiding is de lagedruk-, de onderste leiding de hogedrukleiding.


98


De draairichting van de motor keert om en drukregelkiep DK2 beveiligt deinstallatie tegen te hoge drukken.Drukloos rondpompen is mogelijk door de 2/2-stuurschuif (kortsluit-schuif) tebedienen zodat de hogedruk- en de lagedrukleiding met elkaar wordendoorverbonden.Daar ook in een gesloten kringloop volumetrische verliezen optreden, isbovendien een spoelpomp - ook wel bijvulpomp genoemd - nodig; deze pompvult olietekorten aan door telkens via een terugslagklep - bij de verondersteldestromingsrichting is dat TK2 - olie in de lagedrukleiding te persen.De druk in het bijvulsysteem wordt geregeld door een afzonderlijkedrukregelklep.De volumestroom van de spoelpomp is doorgaans groter dan de lekstroom -daar is de installatie op afgesteld - zodat er een olie-overschot moet wordenafgevoerd. Daarvoor zorgt de spoelschuif, een hydraulisch bediende 3/3-stuurschuif waarvan de hydraulische bediening telkens geschiedt vanaf dehogedruk-leiding; dat verandert dus met de draairichting van de hydromotor.Door de bediende spoelschuif wordt de persleiding telkens afgesloten en dezogenoemde spoelolie, dat is het olie-overschot, stroomt uit de lagedruk-leiding via een tegendrukklep (drukregelklep) en een koeler in het reservoir.Door dit bewust geproduceerde olie-overschot, als olie-verlies af te voeren inhet reservoir en van daaruit weer bij te vullen via het bijvulsysteem, wordt in degesloten kringloop de olie toch voortdurend ververst en gekoeld - onafhankelijkvan de stromingsrichting van de pomp en van de draairichting van dehydromotor - zodat de thermische belasting, d.w.z. de temperatuur waaropzich een evenwichtstoestand instelt, laag blijft.


99

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA SCHEMA’S -

8. Hydraulische schema’s

8.1. Overzicht van de meest gebruikte symbolen

Arbeidselemeneten Actuatorsdubbelwerkende cilinder(verschillendeoppervlaktes)

cylinder

dubbelwerkende cilindermet doorlopendezuigerstang, tweeinstelbare buffers(gelijke oppervlaktes)

cylinder, Double-acting, with in and outPiston Rod

dubbelwerkendecilinder, twee instelbarebuffers

Double acting cylinder

Telescoopcilinder

Drukomvormer

Hydromotor, met tweedraairichtingen

Hydraulic motor

Hydromotor, met tweedraairichtingen,regelbaarHydromotor, met ééndraairichting

Hydromotor, met ééndraairichting, regelbaar

Enkelwerkende cilinder Single acting cylinder

Enkelwerkende cilinder,veerterugbrenging

Draaicilinder


100


Telescoopcilinder

Drukomvormer

Schuiven(aanpasbaar)

ConfigurableValves

A

P

2/n schuif 2/n Way Valve

A

P T


A B

P T


A B

TP

T


Stroomregelkleppen Flow ControlValves

Drukonafhankelijk 2-wegdebietregelaar

2-way flow controlvalve

Debietsplitser Flow divider valve

Snelheidsregelklep One-way flow controlvalve

Smoorklep Throttle valve

Meettoestellen Measuring DevicesDebietmeter Flow meter

Manometer Manometer


101


Mechanischbediende schuiven

MechanicallyOperated

A

P

monostabiel,stoterbediend 2/2 ventiel

2/2-way stem-actuatedvalve (ii)

A

P T

monostabiel,hefboombediend3/2 ventiel

3/2-way hand-levervalve

A B

P T


4/2-way hand-levervalve (i)

A B

P T


4/2-way hand-levervalve (ii)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, metrondpompstand

4/2-way hand-levervalve with bypassposition (i)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, metrondpompstand

4/2-way hand-levervalve with bypassposition (ii)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, met vrijstand

4/2-way hand-levervalve with floatingposition (i)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, met vrijstand

4/2-way hand-levervalve with floatingposition (ii)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, met geslotenschakelstand

4/2-way hand-levervalve with shutoffposition (i)

A B

P T

bistabiel,hefboombediend4/2 ventiel, met geslotenschakelstand

4/2-way hand-levervalve with shutoffposition (ii)


102


Drukkleppen Pressure ControlValves

A

P T

3-weg drukreduceerklep 3-way pressurereducing valve

P

T

Drukregelklep (directwerkend)

Pressure relief valve

P

T

Drukregelklep (indirectwerkend)

Pressure relief valvewith pilot control

PX

T

Volgordeklep Shutoff/counteractingvalve

Afsluitkleppen Shutoff ValvesTerugslagklep (door eenveer belast)

Check valve

B

AX

Gestuurde terugslagklep Check valve with pilotcontrol

Klep Shutoff valve

Wisselklep (of-functie) Shuttle valve

Tweedrukklep (en-functie)

Two pressure valve

Elektromagnetischbediende schuiven(geef zelf debenamingen)

Solenoid Operated

A B

P T

4/2-way solenoid valve(i)

A B

P T

4/2-way solenoid valve(ii)

A B

P T

4/3-way solenoid valvewith bypass position (i)


103


A B

P T

4/3-way solenoid valvewith bypass position(ii)

A B

P T

4/3-way solenoid valvewith floating position(i)

A B

P T

4/3-way solenoid valvewith floating position(ii)

A B

P T

4/3-way solenoid valvewith shutof position (i)

A B

P T

4/3-way solenoid valvewith shutof position (ii)

Hulp apparatuur Supply ElementsAccumulator metafsluitventiel

Diaphragmaccumulator withshutoff block

Filter Filter

Flexibele leiding metsnelkoppelingen enterugslagkleppen

Hose with quick-actioncoupling

Pomp eenheid Pump unit

Pomp met éénstroomrichting


104


Pomp met éénstroomrichting,regelbaarPomp met tweestroomrichtingen

Pomp met tweestroomrichtingen,regelbaarPomp-eenheid(vereenvoudigdvoorgesteld)

Pump unit (simplifiedrepresentation)

Tank of reservoir Tank

Drukschakelaar Analog pressuresensor

Drukschakelaar Analog pressuresensor

Elektroklep Valve solenoidElektroklep Valve solenoid

Smorendestuurventielen

Stuurventielen met traploze overgang tussen de schakelstanden en metveranderlijke smoring.Voorstelling door evenwijdige lijnen over de lengte van het symbool

voelerventiel met stift,werkend tegen eenterugbrengveerelektromagnetischbediendproportionaalventielelektrohydraulischservoventiel


105


8.2. Schakelingen

8.2.1. Basisschakeling met 4/2 ventiel

- Opdrachten : o benoem alle componenteno verklaar de werking


106

A B

P T

P T


8.2.2. Basisschakeling met 4/3 ventiel

P T

A B

P T

- Opdrachten : o Benoem alle componenteno Verklaar de werkingo Wat stel je vast ivm met positionering van de cilinder?

8.2.3. Directe en indirecte drukbegrenzingskleppen

A

B

P

T

88%

P T

P T


107


- Doel : Het verschil aantonen tussen een directe en een voorgestuurdedrukbeperker (druk in functie van het debiet).

- Opdrachten : o Het hefboombediende 4/2 ventiel wordt gebruikt als

keuzeschakelaar, zodat we beurtelings beide drukbeperkers in hetcircuit kunnen inschakelen.

o De regelbare smoring wordt gebruikt om debietveranderingen tesimuleren.

o Zorg er voor dat de smoorklep volledig dicht staat (dit komtovereen met een maximale olieafvoer via de drukbeperkers.

o Door de regelbare smoring in stappen verder open te draaien,kunnen we een olieverbruiker simuleren. Dit smoren komtovereen met een kleinere olieafvoer via de drukbeperkers.

o Noteer de drukveranderingen van de drukbeperkers, en zet dit ineen grafiek.

o Wat kun je besluiten?o Opmerking : Deze proef wordt het best uitgevoerd op de

hydraulische simulator (ten minste als alle componentenvoorhanden zijn). Indien men deze proef softwarematig gaatsimuleren worden de verschillen tussen beide kleppen te weiniggeaccentueerd.

o Probeer een verklaring te vinden voor dit verschijnsel (zoek dit inde bouw van de kleppen).

8.2.4. Snelheidsregeling met smoorkleppen

P T

A B

P T

P T

A B

P T 100%

P T

A B

P T

- Doel : Het kunnen regelen van de snelheid van een onbelastehydraulische cilinder door gebruik te maken van een smoorklep.

- Werkgang & Opdrachten : o Bouw een schakeling op volgens de eerste figuur.o Stel de druk in op 60 baro Stel eventueel het debiet in.o Laat de cilinder zijn in en uitgaande slag maken, en noteer de

tijden.


108


o Controleer deze waarden mbv enkele simpele berekeningen.Voor diegenen die niet weten hoe ze dit moeten doen, wordt hetdringend tijd dat ze een keer een boek of cursus open doen, willenze voorkomen dat ze volgend jaar dezelfde stomme, maar o zojuiste opmerking moeten lezen.

o Verklaar waarom de snelheid van de in- en de uitgaande slag nietgelijk is.

o Aangezien een voorname eis in de mechanisatie is, dat desnelheid traploos regelbaar moet zijn, kan men dit op een zeereenvoudige manier doen door gebruik te maken van een pompmet regelbaar debiet. Dit zijn echter zeer dure pompen.

o Als we de snelheid van de cilinder willen regelen in kringen,gevoed door pompen met een constant debiet, dan moeten weandere methodes gaan toepassen.

o Verander de schakeling, door in de terugloopleiding van het 4/2-ventiel een smoorklep te monteren.

o Stel het drukbegrenzingsventiel in op 65 bar en regel de snelheidvan de uitgaande slag met de smoorklep. Zorg er voor dat deuitgaande slag geregeld staat op 10 s.

o Noteer nu de tijd van de uitgaande slag (tu) en de ingaande slag(ti) bij verschillende instellingen van het drukbegrenzingsventiel,maar zonder de instellingen van de smoorklep te veranderen.

P (bar) tu (s) ti (s)65 10453525

o Wat stel je vast? aangaande de snelheid van de ingaande en de uitgaande

slag bij verandering van de werkdruk; aangaande de snelheid van de ingaande slag tov de

uitgaande slag.o Wijzig de schakeling door de smoorklep in de persleiding tussen

de pomp en de 4/2-schuif te monteren.o Herhaal de vorige oefening:

P (bar) tu (s) ti (s)65453525

o Wat stel je vast? aangaande de snelheid van de ingaande en de uitgaande

slag bij verandering van de werkdruk; aangaande de snelheid van de ingaande slag tov de

uitgaande slag.


109


8.2.5. Snelheidsregeling met snelheidsregelkleppenkleppen

P T

A B

P T

P T

A B

P T

P T

A B

P T

P T

A B

P T

- Doel : Snelheidsregeling door smoring in parallel met terugslagklep- Werkgang & Opdrachten :

o Een nadeel van vorige schakelingen is, dat beidecilinderbewegingen niet afzonderlijk regelbaar zijn.Om dit te bereiken, kunnen we, net zoals in de persluchttechniek,een smoorklep met terugslagklep in bypass gebruiken (maw eensnelheidsregelklep)

o Bouw een schakeling op volgens de eerste figuur.Welke slag is er hier regelbaar?

o Bouw een schakeling op volgens de tweede figuur.Welke slag is er hier regelbaar?

o Welke methode verdient de voorkeur? (Smoren van detoevoerolie of smoren van de afvoerolie) -> zie onderstaandewerkgang.

o We gaan de cilinder belasten, zowel positief als negatief (Wat wasdat nu weeral??? -> zie vorig jaar)

o Bouw de schakeling op volgens het derde schema : Hoe wordt de uitgaande slag geregeld? Hoe wordt de ingaande slag geregeld? Stel de pomp in op 65 bar en realiseer bij een onbelaste

cilinder de volgende tijden : ti = 5 s; tu = 8 s

Belast nu de cilinder en noteer de tijden (de instellingen vande snelheidsregelkleppen niet wijzigen!)

ti = _______ s; tu = _______ s

Wat stel je vast? Bij een positieve belasting van de uitgaande slag. Bij een negatieve belasting van de ingaande slag.


110


Herhaal de oefening bij verschillende drukinstellingen. Watstel je vast?

o Wijzig de schakeling volgens het vierde schema en voereveneens dezelfde handelingen uit.

o Welk algemeen besluit kun te trekken bij : een positieve belasting; een negatieve belasting.

8.2.6. Snelheidsregeling met 2-weg debietregelaar

P T

A B

P T

- Doel : Snelheidsregeling met een drukonafhankelijke 2-wegdebietregelaar.

- Werkgang & Opdrachten : o De voorgaande snelheidsregelingen hebben het nadeel dat de

cilindersnelheid sterk afhankelijk is van de belasting en dedaarmee samenhangende drukken.

o Bouw een schakeling op volgens de figuur.o Regel de druk van de pomp af op 60 bar.o Laat de cilinder zijn uitgaande slag maken en regel de snelheid

van de uitgaande slag af op 30 s.o Verhoog de druk tot 75 bar, en noteer de tijd van de uitgaande

slag, zonder de instellingen van de debietregelaar te wijzigen.Hoe lang duurt nu de uitgaande slag?

o We herhalen deze handelingen, maar nu met een belaste cilinder.o Wat zijn de vaststellingen?

8.2.7. Schakeling met een 3-weg debietsregelaarEen nadeel van een 2-wegsventiel is het feit dat de pomp steeds demaximumdruk levert, ongeacht de verbruiksdruk, zodat de overtollige oliesteeds via de drukbeperker naar de tank terugstroomt.


111


Dit betekent energieverlies die in warmte omgezet wordt.Om het nadeel van het 2-weg debietregelventiel tegen te gaan, kan men inbepaalde gevallen een 3-wegsventiel gebruiken.Dit ventiel is voorzien van een tankaansluiting die de overtollige olie terug naarde tank afvoert.

8.2.8. Tegendrukventiel

8.2.9. Gelijkrichterschakeling


112


8.2.10. Cilinder op verschillende snelheden

A

P

A

P

A

P

A

P

A B

P T

PT

- Doel : Een cilinder op verschillende, vastingestelde snelheden latenwerken.

- Werkgang & Opdrachten : o Welke slag kan er hier geregeld worden?o Hoeveel verschillende snelheden kunnen hier bekomen worden?o Wat bepaald de snelheid van de regelbare slag?

8.2.11. Positioneren van een cilinder met een 4/3 ventiel


113

AUTOMATIE EN LAB – MODULE HYDRAULICA INHOUD -

1.BASISSCHAKELING ............................................................................................... 1

1.1.DE HYDRAULISCHE KRINGLOOP.......................................................................................11.2.BESTANDDELEN VAN EEN HYDRAULISCHE KRINGLOOP........................................................ 21.2.1.DE POMP................................................................................................................... 21.2.2.HET OLIERESERVOIR.....................................................................................................31.2.3.OLIEFILTERS...............................................................................................................31.2.4.LEIDINGEN EN KOPPELINGEN..........................................................................................31.2.5.VENTIELEN.................................................................................................................31.2.6.CILINDERS EN HYDROMOTOREN...................................................................................... 31.3.HET SCHAKELSCHEMA - SYMBOLEN................................................................................. 41.4.BEDIENINGSVENTIELEN.................................................................................................. 41.5.HYDRAULISCHE CILINDERS............................................................................................. 51.5.1.KRACHTBEREKENING....................................................................................................51.5.2.SNELHEIDSBEREKENING................................................................................................ 51.6.HERHALINGSVRAGEN..................................................................................................... 6

2.HYDRAULISCHE VLOEISTOFFEN ..................................................................... 8

2.1.EIGENSCHAPPEN VAN HYDRAULISCHE VLOEISTOFFEN......................................................... 82.1.1.ALGEMEEN ................................................................................................................82.1.2.VISCOSITEIT .............................................................................................................. 82.1.3.VERBAND TUSSEN VISCOSITEIT EN TEMPERATUUR.............................................................. 92.1.4.VISCOSITEIT EN DRUK ................................................................................................112.1.5.INDELING IN VISCOSITEITSKLASSEN ...............................................................................112.1.6.OVERIGE KENMERKEN VAN HYDRAULISCHE VLOEISTOFFEN ............................................... 122.1.7.DOOPS (ADDITIEVEN)................................................................................................. 152.1.8.GEBRUIKSDUUR VAN HYDRAULISCHE OLIËN ................................................................... 162.1.9.SAMENVATTING ............................................................................................. 17

3.VENTIELEN (STUUR- EN REGELAPPARATEN) ............................................ 18

3.1.BEGRIPSBEPALING....................................................................................................... 183.2.INDELING VAN DE VERSCHILLENDE SCHUIVEN EN KLEPPEN................................................183.2.1.INDELING NAAR DE FUNCTIE VAN DE SCHUIF OF DE KLEP...................................................183.2.2.INDELING NAAR DE BEDIENINGSMETHODE....................................................................... 183.2.3.INDELING NAAR DE KLEP- OP PLUNJER-CONSTRUCTIE........................................................183.3.SYMBOLEN VAN KLEPPEN EN SCHUIVEN.......................................................................... 183.3.1.SYMBOLEN .............................................................................................................. 223.3.2.AANSLUITINGEN ....................................................................................................... 243.3.3.RUSTSTAND, BEGINSTAND .......................................................................................... 243.3.4.VOORBEELDEN .........................................................................................................253.4.SCHAKELSCHEMA’S .................................................................................................... 263.5.SAMENVATTING...........................................................................................................283.6.HERHALINGSVRAGEN .................................................................................................. 28


1


3.7.CONSTRUCTIE EN WERKING VAN KLEPPEN EN STUURSCHUIVEN ......................................... 303.7.1.DRUKKLEPPEN ......................................................................................................... 303.7.1.1.Drukregelklep (veiligheidsklep)........................................................................ 313.7.1.2.Differentiaal-reduceerklep ................................................................................343.7.1.3.Volgorde-(bijschakel-) en afschakelklep...........................................................343.7.1.4.Reduceerkleppen............................................................................................... 363.7.1.5.Elektrische drukschakelaars ............................................................................. 373.7.2.TERUGSLAGKLEPPEN ................................................................................................. 383.7.3.SAMENVATTING.........................................................................................................393.7.4.HERHALINGSVRAGEN..................................................................................................403.7.5.STUURSCHUIVEN........................................................................................................423.7.5.1.Meerstanden-stuurschuiven .............................................................................. 423.7.5.2.Stuurschuiven met variabele doorlaat, resp. weerstand ....................................463.7.6.SAMENVATTING ........................................................................................................473.7.7.HERHALINGSVRAGEN .................................................................................................48

4.HYDRAULISCHE POMPEN ................................................................................. 50

4.1.HYDROSTATISCHE (OF VOLUMETRISCHE) POMPEN........................................................... 504.2.HYDRODYNAMISCHE (OF NIET-VOLUMETRISCHE) POMPEN................................................ 504.3.DRUKOPBOUW............................................................................................................ 514.4.DE BELANGRIJKSTE VLOEISTOFWETTEN..........................................................................514.5.TANDWIELPOMP.......................................................................................................... 514.6.SCHOTTENPOMP.......................................................................................................... 534.7.CAVITATIE................................................................................................................. 544.7.1.VERSCHIJNSEL.......................................................................................................... 544.7.2.HOE KAN CAVITATIE VOORKOMEN WORDEN?.................................................................. 554.7.3.OPGAVE.................................................................................................................. 554.8.POMPKARAKTERISTIEK................................................................................................ 564.9.HET BEREKENEN VAN POMPEN...................................................................................... 564.9.1.HET POMPDEBIET.......................................................................................................564.9.2.HET AANDRIJFVERMOGEN............................................................................................564.10.PLUNJERPOMPEN.......................................................................................................574.10.1.PRINCIPE ENKELWERKENDE PLUNJERPOMP.................................................................... 574.10.2.AXIALE PLUNJERPOMPEN...........................................................................................594.10.2.1.Axiale plunjerpomp met stilstaand cilinderblok en draaiende slagplaat......... 594.10.2.2.Axiale plunjerpomp met roterende cilinderblok en stilstaande slagplaat........ 604.10.2.3.Axiale plunjerpomp met roterende cilinderblok en roterende slagplaat..........614.10.3.RADIALE PLUNJERPOMPEN........................................................................................ 624.10.3.1.Radiale plunjerpomp met stationair plunjerblok............................................. 624.10.3.2.Radiale plunjerpomp met roterend cilinderblok.............................................. 644.11.ANDERE POMPCONSTRUCTIES (+ALGEMEEN OVERZICHT)................................................65

5.HYDRAULISCHE ARBEIDSELEMENTEN ....................................................... 69

5.1.CILINDERS..................................................................................................................69


2


5.1.1.CONSTRUCTIEVE UITVOERINGEN................................................................................... 695.1.2.CONSTRUCTIE........................................................................................................... 695.1.3.WERKING.................................................................................................................715.1.3.1.Zuigerkracht...................................................................................................... 715.1.3.2.Zuigersnelheid................................................................................................... 725.1.4.HYDRAULISCHE KRACHT- EN DRUK-OMZETTING.............................................................. 735.1.5.DRIJFSTANGBEREKENING – KNIK.................................................................................. 735.1.6.BIJZONDERE CILINDERS...............................................................................................765.1.6.1.Differentiaal-cilinder......................................................................................... 765.1.6.2.Telescoopcilinder...............................................................................................775.1.6.3.Cilinder met doorgaande zuigerstang................................................................ 795.1.6.4.Ijlgangcilinder....................................................................................................795.1.6.5.Cilinder met stilstaande zuigerstang..................................................................805.1.6.6.Gelijkloop-cilinder.............................................................................................805.1.6.7.Meerkamer-cilinder........................................................................................... 815.1.6.8.Meerstandencilinder.......................................................................................... 815.1.6.9.Holle cilinder..................................................................................................... 835.1.6.10.Cilinder met drukversterking...........................................................................835.1.7.SAMENVATTING.........................................................................................................845.1.8.VRAGEN.................................................................................................................. 855.2.MOTOREN.................................................................................................................. 885.2.1.MOTOREN MET ONBEGRENSDE DRAAIHOEK.....................................................................885.2.2.SYMBOLEN .............................................................................................................. 885.2.3.MOTOR-KARAKTERISTIEK ...........................................................................................885.2.4.BEREKENING VAN MOTOREN........................................................................................ 895.2.4.1.De motor-volumestroom....................................................................................895.2.4.2.Het uitgaande motor-vermogen......................................................................... 895.2.4.3.Het draaimoment............................................................................................... 895.2.5.OEFENING................................................................................................................ 905.2.6.MOTOREN MET BEGRENSDE DRAAIHOEK.........................................................................90

6.HYDRAULISCHE ACCU’S ................................................................................... 93

6.0.1.WERKING.................................................................................................................936.0.2.VOORBEELD : EEN PERS............................................................................................. 936.0.3.CONSTRUCTIE........................................................................................................... 95

7.BESTURING VAN HYDROMOTOREN .............................................................. 97

7.1.OPEN KRINGLOOP .......................................................................................................977.2.GESLOTEN KRINGLOOP................................................................................................ 98

8.HYDRAULISCHE SCHEMA’S ........................................................................... 100

8.1.OVERZICHT VAN DE MEEST GEBRUIKTE SYMBOLEN........................................................ 1008.2.SCHAKELINGEN......................................................................................................... 106


3


8.2.1.BASISSCHAKELING MET 4/2 VENTIEL...........................................................................1068.2.2.BASISSCHAKELING MET 4/3 VENTIEL...........................................................................1078.2.3.DIRECTE EN INDIRECTE DRUKBEGRENZINGSKLEPPEN....................................................... 1078.2.4.SNELHEIDSREGELING MET SMOORKLEPPEN....................................................................1088.2.5.SNELHEIDSREGELING MET SNELHEIDSREGELKLEPPENKLEPPEN........................................... 1108.2.6.SNELHEIDSREGELING MET 2-WEG DEBIETREGELAAR....................................................... 1118.2.7.SCHAKELING MET EEN 3-WEG DEBIETSREGELAAR.......................................................... 1118.2.8.TEGENDRUKVENTIEL................................................................................................ 1128.2.9.GELIJKRICHTERSCHAKELING.......................................................................................1128.2.10.CILINDER OP VERSCHILLENDE SNELHEDEN.................................................................. 1138.2.11.POSITIONEREN VAN EEN CILINDER MET EEN 4/3 VENTIEL.............................................. 113

9.COMPONENTEN ...................................................................................................... 5


4


9. ComponentenC1 dubbelwerkende oliecilinderC2 dubbelwerkende oliecilinderM elektrische motorP1 pomp 1P2 pomp 2KP1 drukcollector van pomp P1KP2 drukcollector van pomp P2KT collector voor de afvoer naar de

tank TT tankF terugloopfilterL1 drukbegrenzer voor pomp 1L2 drukbegrenzer voor pomp 2


5

Hydraulic A

Documents

Transcript of Hydraulic A