Was ist ein hydraulischer Stellantrieb?
Hydraulische Stellantriebe sind hydraulische Geräte, die Flüssigkeitskräfte in mechanische Bewegungsenergie umwandeln.
Hydraulische Stellantriebe können sowohl lineare als auch rotierende Bewegungen ausführen. Hydraulikzylinder sind hydraulische Stellantriebe, die eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ermöglichen, also eine lineare Bewegung.
Die gerichtete Rotationsbewegung wird weiter unterteilt in Dreh- und Schwingbewegungen. Hydraulikmotoren werden für Drehbewegungen eingesetzt, während Drehantriebe für oszillierende Bewegungen verwendet werden.
Ähnliche Stellantriebe gibt es auch für pneumatische Geräte, aber im Vergleich zu diesen bietet die Hydraulik eine höhere Leistung, Geschwindigkeit und Präzision sowie eine größere Haltbarkeit.
Anwendungen von hydraulischen Stellantrieben
Hydraulische Stellantriebe werden in Baumaschinen wie Hydraulikbaggern und Kränen eingesetzt. Da sie große Mengen an Energie erzeugen können, werden sie auch in Industriemaschinen wie Fahrzeugen, Flugzeugen und Gabelstaplern sowie in Werkzeugmaschinen wie Dreh- und Fräsmaschinen eingesetzt.
Das Hydraulikaggregat ist die Quelle des im Hydrauliköl erzeugten Drucks, der die hydraulischen Stellantriebe bewegt. Die Hydraulikpumpe, der Motor oder Elektromotor, der die Pumpe antreibt, und der Öltank, in dem das Hydrauliköl aufbewahrt wird, sind alle Teil einer Einheit.
Um die Bewegungsrichtung eines Hydraulischen Stellantriebs, z. B. vorwärts/rückwärts oder rechts/links, zu steuern, muss der Fluss des Hydrauliköls mit Hilfe von Magnetventilen oder Handventilen umgeschaltet werden. Zur Einstellung der Bewegungsgeschwindigkeit ist außerdem ein Drosselventil erforderlich, um den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit zu steuern.
Die oben genannten Systeme sind die Mindestfunktionen, die für den Betrieb eines hydraulischen Stellantriebs erforderlich sind.
Funktionsweise der hydraulischen Stellantriebe
Die Kraft eines hydraulischen Stellantriebs wird durch das Hydrauliköl in einem geschlossenen Hydraulikkreislauf in einem Hydrauliksystem übertragen. Die Schubkraft eines Hydraulikzylinders lässt sich durch die Druckaufnahmefläche × Druck des Hydraulikzylinders berechnen.
Bei der Auslegung eines Systems wird zunächst die zu erzeugende Schubkraft bestimmt, dann wird die druckaufnehmende Fläche entsprechend dem Druck, der von der Hydraulikpumpe erzeugt werden kann, berechnet und der Innendurchmesser des Zylinders bestimmt. Der Hydraulikmotor erzeugt durch den Zufluss von Hydrauliköl ein Drehmoment, das proportional zum Ausschubvolumen des Hydraulikmotors ist.
Arten von hydraulischen Stellantrieben
1. Hydraulische Zylinder
Hydraulikzylinder gibt es in einfachwirkender und doppelt wirkender Ausführung:
Einfachwirkend
Bei einfachwirkenden Typen wird das Hydrauliköl nur in der Richtung zugeführt, in der der Zylinder seine Hin- und Herbewegung ausführen soll. Da der Druck nur in eine Richtung wirkt, wird der Schub nur auf einer Seite erzeugt und es ist eine externe Kraft, z. B. eine Feder, erforderlich, um den Zylinder in die Rücklaufrichtung zu bewegen.
Doppelt wirkender Typ
Doppelt wirkende Typen können für beide Hin- und Herbewegungen verwendet werden. Aufgrund der Struktur des Zylinders ist der druckempfindliche Bereich beim Ausfahren größer als der druckempfindliche Bereich beim Einfahren, so dass das Hydrauliksystem so ausgelegt werden muss, dass der Druckunterschied berücksichtigt wird.
Hydraulikzylinder können in verschiedenen Formen eingebaut werden, wobei die Art des Einbaus von der Art der Bewegung abhängt, für die die Maschine eingesetzt werden soll.
2. Hydraulikmotoren
Zu den Hydraulikmotoren gehören Kolben-, Getriebe- und Lamellenmotoren. Bei den oszillierenden Motoren unterscheidet man zwischen Einflügel- und Zweiflügelmotoren.
Der Doppellamellentyp kann ein doppelt so hohes Drehmoment liefern wie der Einfachlamellentyp, aber der Doppellamellentyp hat einen kleineren Drehwinkel.
Auswahl eines geeigneten hydraulischen Stellantriebs
Hydraulikzylinder können nach der erforderlichen Schubkraft und dem Hydrauliköldruck ausgewählt werden, aber ein weiterer wichtiger Faktor ist die Überprüfung der Widerstandskraft. Der Hydraulikzylinder selbst muss in der Lage sein, dem Druck des Hydrauliköls standzuhalten. Auch die physikalische Festigkeit des Hydraulikzylinders, wie z. B. seine Knickfestigkeit, wird geprüft.
Hydraulikmotoren können nach dem erforderlichen Drehmoment ausgewählt werden, aber die Druckfestigkeit muss auf die gleiche Weise wie bei Hydraulikzylindern geprüft werden. Darüber hinaus wird für Hydraulikmotoren ein maximaler Durchfluss angegeben. Falls erforderlich, können Stromregelventile in das Hydrauliksystem eingebaut werden, um den Durchfluss zu regulieren.
Zu den Bewegungsarten von hydraulischen Stellantrieben gehören Linear- und Drehbewegungen, wobei komplexere Bewegungen durch die Kombination der beiden Bewegungsarten erreicht werden können.