Definition von Hydraulik- und Pneumatiksystemen

Aktualisiert am 08. Februar 2019

Von Jim Woodruff

Bewertet von: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Hydraulische und pneumatische Geräte sind überall um uns herum. Sie werden in Produktion, Transport, Erdbewegungsmaschinen und gewöhnlichen Fahrzeugen verwendet, die wir täglich sehen.

Die Bremsen Ihres Autos werden hydraulisch betätigt; Der Müllwagen, der wöchentlich an Ihrem Haus vorbeifährt, verwendet hydraulische Kraft, um den Müll zu verdichten. Ihr Mechaniker verwendet eine Hebebühne, wenn er an der Unterseite Ihres Autos arbeitet.

Ebenso weit verbreitet sind pneumatische Systeme. Lastkraftwagen und Busse verwenden druckluftbetätigte Bremsen. Lackierer verwenden Druckluft, um Farbe zu verteilen. Schon mal morgens durch das Geräusch eines Presslufthammers gereizt? Das ist eine pneumatische Maschine, die hart mit Druckluft arbeitet.

1647 entwickelte der französische Mathematiker Blaise Pascal ein Prinzip der Strömungsmechanik, das als Pascalsches Gesetz bekannt ist. Es besagt, dass, wenn an einer beliebigen Stelle in einer eingeschlossenen Flüssigkeit Druck ausgeübt wird, der Druck an jeder Stelle im Behälter gleichmäßig ansteigt. So verworren dieses Prinzip auch klingen mag, es ist die Grundlage für den Betrieb eines Hydrauliksystems.

Angenommen, Sie haben einen Hohlzylinder mit einem Kolben mit einer Fläche von 2 Quadratzoll und er erhält eine Eingangskraft von 100 Pfund. Dies führt zu einem Druck von 50 Pfund pro Quadratzoll (100 Pfund/2 Quadratzoll).

Dieser Druck wird vom hydraulischen Übertragungssystem an einen anderen Zylinder weitergegeben, der als Aktuator bekannt ist und einen Kolben mit einer Fläche von 6 Quadratzoll hat. Bei 50 psi hat dieser Zylinder jetzt eine Ausgangskraft von 300 Pfund (50 psi x 6 Quadratzoll).

Das Pascalsche Gesetz gibt hydraulischen Systemen ihren Vorteil. Eine minimale Eingabe auf ein kleines Gerät kann zu einer größeren Kraftabgabe in einem größeren Aktuator führen. Es ist eine einfache Möglichkeit, die Ausgangskraft zu vervielfachen, die ausreicht, um schwere Arbeitslasten zu bewältigen.

Da Hydrauliksysteme mit Drücken von bis zu mehreren tausend psi betrieben werden können, kann die Ausgangskraft am Aktuator enorm sein. Mit dieser höheren Kraftabgabe hat der mechanische Aktuator nun die Kraft, schwere Hebe-, Schub- und Bewegungsaufgaben wie Erdbewegungen auszuführen.

Ein Hydrauliksystem verwendet ein Übertragungsnetz, um ein unter Druck stehendes Fluid zu transportieren, das hydraulische Aktuatoren antreibt. Die Hydraulikflüssigkeit erhält ihren Druck von einer Pumpe, die von einer Antriebsmaschine angetrieben wird, beispielsweise einem Elektromotor oder einem Gas-/Dieselmotor. Das unter Druck stehende Öl wird gefiltert, gemessen und durch das Getriebesystem zu einem Aktuator ausgestoßen, um eine Aktion auszuführen. Danach kehrt die Flüssigkeit unter niedrigem Druck in einen Behälter zurück, wo sie gereinigt und gefiltert wird, bevor sie zur Pumpe zurückkehrt.

Hydrauliksysteme werden in Fertigungs- und Produktionsbetrieben wie der Stahl- und Automobilindustrie eingesetzt, um alle Arten von mechanischen Geräten zu betreiben. Sie werden zum Bewegen, Schieben und Heben von Materialien in Branchen wie Bergbau, Erdbewegung und Bau verwendet.

Hydraulisches Öl – Hydraulikflüssigkeiten sind nicht komprimierbar und haben niedrige Flammpunkte.

Ein Reservoir – Der Vorratsbehälter enthält die Flüssigkeit für das System. Es bietet Raum für die Flüssigkeitsausdehnung, lässt in der Flüssigkeit mitgeführte Luft entweichen und hilft der Flüssigkeit beim Abkühlen. Flüssigkeit fließt vom Behälter zur Pumpe, die sie durch ein Rohrleitungsnetz und schließlich zurück zum Behälter drückt.

Filtergeräte – Normalerweise gelangen kleine Metallpartikel und andere Fremdkörper in die Flüssigkeit. Das Hydrauliksystem verwendet mehrere Filter und Siebe, um diese Fremdpartikel zu entfernen. Die Verunreinigung der Flüssigkeit ist eine der häufigsten Problemquellen in einem Hydrauliksystem.

Ein Hauptantrieb – Zum Antrieb der Flüssigkeitspumpe werden Elektromotoren oder gasbetriebene Dieselmotoren verwendet.

Eine Pumpe – Die Pumpe saugt die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter an und drückt sie durch ein Druckregelventil und aus dem Übertragungsnetz zu den Aktuatoren.

Anschlüsse – Ein Netzwerk aus Rohren, Schläuchen und flexiblen Schläuchen transportiert die Flüssigkeit zu den mechanischen Aktoren.

Ventile – Verschiedene Ventile steuern die Durchflussmenge, den Druck und die Richtung der Flüssigkeit.

Aktuatoren – Aktoren sind die Geräte, die Arbeitsbewegungen ausführen. Sie können rotatorisch wie ein Hydraulikmotor oder linear wie ein Zylinder sein.

Ein Hydrauliksystem hat gegenüber pneumatischen und anderen mechanischen Antriebssystemen zahlreiche Vorteile, da es:

• Verwendet kleine Komponenten, um große Kräfte mit konstanter Leistungsabgabe zu übertragen.
• Verfügt über Aktoren, die eine präzise Positionierung ermöglichen.
• Kann unter hohen Anfangslasten anlaufen.
• Erzeugt gleichmäßige und gleichmäßige Bewegungen bei unterschiedlichen Lasten, da die Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind und die Durchflussraten mit Ventilen genau gesteuert werden können.
• Liefert im Vergleich zu pneumatischen Systemen konstante Leistung bei moderaten Geschwindigkeiten.
• Leicht zu steuern und zu regeln mit Druck-, Wege- und Stromventilen.
• Leitet Wärme einfach und schnell ab.
• Funktioniert gut in heißen Umgebungen.

• Pumpen, Ventile, Übertragungsnetze und Aktoren sind teuer.
• Sie können den Arbeitsplatz durch Undichtigkeiten verschmutzen, was zu Unfällen oder Bränden führen kann.
• Sie sind nicht zum Radfahren mit hohen Geschwindigkeiten geeignet.
• Hydraulikflüssigkeiten sind empfindlich gegenüber Verschmutzungen und müssen regelmäßig geprüft werden.
• Brüche von Hochdruckleitungen können zu Verletzungen führen.
• Die Leistung von Hydraulikflüssigkeiten ist eine Funktion von Temperaturänderungen, die zu Viskositätsänderungen führen können.

Die gängigsten Hydraulikflüssigkeiten basieren aufgrund ihrer geringen Kompressibilität auf Mineralölen, Polyalphaolefinen und Phosphatestern. Wasser ist nicht geeignet, da es bei kalten Temperaturen gefrieren und in Umgebungen mit hohen Temperaturen kochen kann. Wasser kann auch Korrosion und Rost verursachen.

1. Übertragen Sie Kraft und Kraft durch Schleifleitungen an Aktuatoren, um eine Arbeitsbewegung auszuführen.
2. Schmieren Sie die Komponenten, Geräte, Ventile und Aktoren im Kreislauf.
3. Als Kühlmittel wirken, indem Wärme von allen heißen Stellen im System weggeleitet wird.
4. Dichten Sie die Abstände zwischen beweglichen Teilen ab, um die Effizienz zu erhöhen und die Hitze durch übermäßige Leckagen zu verringern.

Einige der Eigenschaften und Merkmale einer Hydraulikflüssigkeit sind wie folgt:

Viskosität - Viskosität ist der innere Strömungswiderstand einer Flüssigkeit. Er nimmt mit steigender Temperatur zu. Eine akzeptable Hydraulikflüssigkeit muss Kolben, Ventile und Pumpen gut abdichten können, aber nicht so dick sein, dass sie den Flüssigkeitsfluss behindert.

Flüssigkeiten mit hohen Viskositäten können zu Leistungsverlusten und höheren Betriebstemperaturen führen. Eine zu dünne Flüssigkeit kann zu übermäßigem Verschleiß aller beweglichen Teile führen.

Chemische Stabilität - Eine Hydraulikflüssigkeit muss chemisch stabil sein. Es muss Oxidation widerstehen und unter harten Betriebsbedingungen, wie z. B. hohen Temperaturen, stabil sein. Ein längerer Betrieb bei hohen Temperaturen kann die Nutzungsdauer der Flüssigkeit verkürzen.

Flammpunkt - Ein Flammpunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit in einem ausreichenden Volumen in einen Dampf umgewandelt wird, um sich in Kontakt mit einer Flamme zu entzünden oder zu entzünden. Hydraulikflüssigkeiten benötigen einen hohen Flammpunkt, um einer Verbrennung zu widerstehen und weisen bei normalen Temperaturen einen geringen Verdampfungsgrad auf.

Feuerpunkt - Der Brennpunkt ist die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit in einem ausreichenden Volumen verdampft, um sich zu entzünden, wenn sie einer Flamme ausgesetzt wird und weiter brennt. Wie beim Flammpunkt muss eine akzeptable Hydraulikflüssigkeit einen hohen Brennpunkt haben.

Pneumatische Systeme sind wie Hydrauliksysteme, verwenden jedoch zur Kraftübertragung Druckluft anstelle einer Flüssigkeit. Sie sind auf eine konstante Druckluftquelle angewiesen, um Energie zu steuern und Bewegungsgeräte zu betätigen.

Produktionsanlagen verwenden Druckluft, um pneumatische Bohrer und Pressen anzutreiben, Gegenstände anzuheben und Materialien zu bewegen. Fertigungsbetriebe verwenden eine pneumatische Maschine, um unfertige Produkte für Schweiß-, Löt- und Umformvorgänge zu halten.

Luftkompressor - Der Luftkompressor saugt Luft aus der Atmosphäre an, setzt sie unter Druck und speichert die komprimierte Luft in einem Tank zur Abgabe an das Übertragungssystem.

Hauptfahrer - Ein Hauptantrieb, wie ein Elektromotor oder ein gasbetriebener Motor, versorgt einen Luftkompressor mit Strom.

Steuergeräte - Ventile regulieren den Druck und steuern Durchfluss und Richtung.

Luftbehälter - Ein Tank enthält Druckluft zur Abgabe an mechanische Geräte.

Aktuatoren - Dies sind Geräte, die der Druckluft die Energie entziehen und in mechanische Bewegungen umwandeln.

Übertragungssystem - Ein Netz aus Rohren und Schläuchen transportiert die Druckluft zu den Aktoren.

Effizienz - Die Luftzufuhr ist kostenlos und unbegrenzt. Druckluft ist leicht zu lagern, zu transportieren und kann ohne aufwendige Behandlungen an die Umwelt abgegeben werden.

Einfaches Design - Aufbau und Komponenten eines pneumatischen Systems sind einfach aufgebaut und wartungsfreundlich. Sie sind haltbarer und werden nicht leicht beschädigt.

Die Fähigkeit, mit höheren Geschwindigkeiten zu arbeiten - Pneumatische Systeme können Aktuatoren mit schnelleren Zyklen betreiben, beispielsweise in Verpackungsproduktionslinien. Lineare und oszillierende Bewegungen sind einfach einstellbar, indem ein Druckregelventil zur Steuerung von Durchfluss und Druck verwendet wird.

Sauberkeit - Keine Gefahr von auslaufenden Hydraulikflüssigkeiten, die die Umwelt verschmutzen. Pneumatische Systeme werden bevorzugt an Arbeitsplätzen eingesetzt, die ein hohes Maß an Sauberkeit erfordern. Abluftgeräte reinigen die an die Atmosphäre abgegebene Luft.

Günstiger - Pneumatische Komponenten sind kostengünstiger und Druckluft ist in Fertigungsbereichen weit verbreitet. Die Wartungskosten sind im Vergleich zu hydraulischen Systemen geringer.

Sicherer zu bedienen - Pneumatische Systeme sind sicher in brennbaren Umgebungen ohne Gefahren durch Feuer oder Explosionen zu verwenden. Pneumatische Komponenten überhitzen oder brennen bei Überlastung nicht.

Funktioniert in rauen Umgebungen - Staub, hohe Temperaturen und korrosive Umgebungen haben im Vergleich zur Hydraulik weniger Auswirkungen auf pneumatische Systeme.

Reduzierte Leistung - Pneumatische Systeme arbeiten in der Regel mit weniger als 150 psi und stellen eine geringere Gesamtkraft auf die Aktuatoren bereit. Pneumatikzylinder sind normalerweise klein und haben nicht die Kraft, schwere Lasten zu bewältigen.

Laut - Luftkompressoren erzeugen mehr Geräusche und Druckluft ist laut, wenn sie von den Aktuatoren abgelassen wird.

Grobe Bewegung - Da Luft komprimierbar ist, kann die Bewegung pneumatischer Aktuatoren unruhig sein, was die Genauigkeit der Bewegungen des Systems verringert. Kolbengeschwindigkeiten sind ungleichmäßig. Hydraulikbewegungen sind sanfter.

Luftvorbehandlung erforderlich Need - Vor der Verwendung muss die Luft aufbereitet werden, um Wasser- und Staubpartikel zu entfernen. Geschieht dies nicht, verschleißt die erhöhte Reibung zwischen den Steuergeräten und den beweglichen Komponenten das Teil und erfordert eine vorzeitige Reparatur oder einen vorzeitigen Austausch.

Hydraulische Aktuatoren sind eher für Operationen geeignet, die hohe Kraft erfordern. Sie sind robust und können bis zu 25-mal höhere Kräfte erzeugen als ein pneumatischer Aktuator mit der gleichen Kolbengröße. Hydrauliksysteme können auch mit bis zu 4.000 psi betrieben werden. Pneumatische Aktuatoren haben normalerweise weniger als 150 psi.

Die Kompressibilität der Luft und Druckverluste mindern die Effizienz pneumatischer Systeme. Der Kompressor muss ständig laufen, um den Druck in den Leitungen auch dann aufrechtzuerhalten, wenn sich die Aktuatoren nicht bewegen; Hydrauliksysteme können konstanten Druck halten, ohne dass die Pumpe läuft.