EINMotor-im Klartext ist alles, was Energie in die Bewegung der Teile einer Art von Maschine umwandelt, sei es ein Auto, eine Druckmaschine oder ein Gewehr. Motoren werden benötigt, um in so vielen Alltagssituationen Dinge zu bewegen, dass die Welt sofort schleifen würde zu einem unkenntlichen, etwas komischen Stillstand, wenn gleichzeitig jeder Motor in Betrieb verstummte Zeit.
Da Motoren in der modernen menschlichen Gesellschaft allgegenwärtig sind, haben die Ingenieure der Erde im Laufe der Jahrhunderte eine Reihe verschiedener Typen hergestellt, die den technologischen Standards der Zeit entsprechen. Bevor die Menschen beispielsweise ab dem frühen 20. Jahrhundert Elektrizität weltweit nutzbar machen und nutzen konnten, wurden die großen Lokomotiven von Zügen mit Dampf aus der Verbrennung von Kohle angetrieben.
- Motoren sind eine Untergruppe von Motoren, aber nicht alle Motoren sind Motoren.
Viele Motoren sindAktoren, d. h. sie induzieren eine Bewegung durch die Anwendung von Drehmoment. Lange Zeit war die flüssigkeitsbetriebene Kraft hydraulischer Aktuatoren der Standard der Zeit. Aber mit den Fortschritten im 21. Jahrhundert bei elektrischen Aktuatoren, kombiniert mit der reichlich vorhandenen und einfach zu steuernden Elektrizität, machen Elektromotoren dieser Art Fortschritte. Ist das eine dem anderen eindeutig überlegen und hängt das von der Situation ab?
Übersicht Hydrauliksysteme
Wenn Sie jemals einen Wagenheber benutzt oder ein Fahrzeug mit Servobremsen oder Servolenkung gefahren sind, haben Sie sich vielleicht gewundert mit der Leichtigkeit, mit der Sie die Massen, die an diesen physischen Transaktionen beteiligt sind, mit scheinbar wenig bewegen können Anstrengung. (Auf der anderen Seite waren Sie vielleicht zu sehr mit der Aufgabe beschäftigt, einen Reifen am Straßenrand zu wechseln, um sich mit solchen Ideen in Echtzeit zu beschäftigen.)
Diese und viele andere gängige Aufgaben werden durch den Einsatz vonHydrauliksysteme. Hydraulikist der Teilbereich der Physik, der sich mit mechanischen Eigenschaften und praktischen Anwendungen von dynamischen Fluiden (Fluids in Motion) beschäftigt. Hydraulische Systeme "erzeugen" keine Kraft, sondern wandeln sie stattdessen von einer externen Quelle, genannt a form, in eine gewünschte Form umHauptantrieb.
Das Studium der Hydraulik besteht aus zwei Hauptbereichen.Hydrodynamikist die Verwendung von Flüssigkeiten beihoher Durchfluss(dynamisch bedeutet "bewegen")und Niederdruckarbeiten. Mühlen der „alten Schule“ nutzen die Energie des fließenden Wasserstroms, um auf diese Weise Getreide zu mahlen.Hydrostatik, dagegen ist die Verwendung von Flüssigkeiten bei liquidhoher Druck und geringer Durchfluss(statisch bedeutet "stehend"), um Arbeit zu verrichten. Was ist die Grundlage für diesen Kompromiss in der Physiksprache?
Kraft, Arbeit und Fläche
Die dem strategischen Einsatz von Hydromotoren zugrunde liegende Physik liegt im Konzept der Kraftvervielfachung. Die in einem System geleistete Nettoarbeit ist das Produkt aus der aufgebrachten Nettokraft und der Strecke, die das Kraftobjekt zurücklegt:
W_{net}=F_{net}d
Dies bedeutet, dass für eine gegebene Menge an Arbeit, die einer körperlichen Aufgabe zugewiesen wird, die dafür benötigte Kraft durch Vergrößern des Kraftangriffsweges reduziert, wie dies mit den Umdrehungen von a möglich ist Schraube.
Dieses Prinzip erstreckt sich von linearen zu zweidimensionalen Situationen und von der Beziehung
P=\frac{F}{A}
wobei P = Druck in N/m2, F = Kraft in Newton und A = Fläche in m2. In einem Hydrauliksystem, in dem der Druck P konstant gehalten wird, das zwei Kolbenzylinder mit den Querschnittsflächen A. hat1 und ein2, das führt zu der beziehung
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}\text{ oder }F_1=\frac{A_1}{A_2}F_2
Dies bedeutet, dass beim Ausgangskolben A2 größer als der Eingangskolben A1 ist, ist die Eingangskraft proportional geringer als die Ausgangskraft. Dies ist zwar nicht dasselbe wie etwas umsonst zu bekommen, aber es ist ein klarer Vorteil in vielen modernen Motorkonfigurationen.
Grundlagen des Elektromotors
Ein Elektromotor macht sich die Tatsache zunutze, dass ein Magnetfeld eine Kraft auf bewegte elektrische Ladungen oder Ströme ausübt. Eine rotierende Spule aus leitfähigem Draht wird zwischen den Polen eines Elektromagneten so platziert, dass das Magnetfeld ein Drehmoment induziert, das eine Drehung der Spule um ihre Achse bewirkt. Mit dieser rotierenden Welle können verschiedene Arbeiten verrichtet werden, und insgesamt wandeln Elektromotoren elektrische Energie in mechanische Energie um.
Hydraulikmotoren: Diskussionstypen
Die Antriebsmaschine eines Hydraulikmotors ist eine Pumpe, die gegen die Flüssigkeit (oft Öl) in den Rohrleitungen des Systems drückt. Diese Flüssigkeit ist inkompressibel und drückt ihrerseits gegen einen Kolben in einem Zylinder, der auf beiden Seiten mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.
Der Kolben bewegt sich und wird "stromabwärts" in eine Drehbewegung umgewandelt, während das Fluid auf der Ausgangsseite des Kolbens kontinuierlich in einen Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Der Druck wird im System konstant gehalten (es sei denn, er muss geändert werden, um die Leistung des Motors zu beeinflussen) durch die strategische Verteilung und Zeitsteuerung der Ventile.
Arten von Hydraulikmotoren, die in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, umfassen Außenzahnradmotoren, Axialkolbenmotoren und Radialkolbenmotoren. Hydraulikmotoren werden auch in einigen Arten von Stromkreisen sowie in Pumpen-Motor-Kombinationen verwendet.
Hydraulisch vs. Elektromotor: Vor- und Nachteile
Warum einen Hydraulikmotor vs. ein Gasmotor oder ein Elektromotor? Die Vor- und Nachteile jedes Motortyps sind so zahlreich, dass jede Variable in Ihrem eigenen einzigartigen Szenario berücksichtigt werden muss.
Vorteile von Hydraulikmotoren:
Der Hauptvorteil von Hydromotoren besteht darin, dass mit ihnen im Verhältnis zu den Eingangskräften extrem hohe Kräfte erzeugt werden können. Dies ist analog zu der Situation in der gewöhnlichen (nicht hydraulischen) Mechanik, wo die Geometrie von Hebeln und Riemenscheiben mit ähnlichem Nutzen "bearbeitet" werden kann.
Hydraulikmotoren arbeiten mit inkompressiblen Flüssigkeiten, was eine genauere Steuerung des Motors und damit eine höhere Bewegungsgenauigkeit ermöglicht. Sie sind sehr nützlich für schwere mobile Geräte (z. B. Lastkraftwagen).
Nachteile von Hydraulikmotoren:
Hydraulikmotoren sind normalerweise die teuerste Option. Bei all dem Öl, das normalerweise im Spiel ist, sind sie unordentlich zu bedienen, mit ihren verschiedenen Filtern, Pumpen und Ölen, die alle überprüft, gewechselt, gereinigt und ausgetauscht werden müssen. Undichtigkeiten können Sicherheits- und Umweltgefahren verursachen.
Vorteile von Elektromotoren:
Die meisten hydraulischen Setups sind nicht schnelllebig. Elektromotoren sind viel schneller (bis zu 10 m/s). Sie haben im Gegensatz zur Hydraulik programmierbare Geschwindigkeiten und Stopppositionen und bieten bei Bedarf eine hohe Positioniergenauigkeit. Die elektronischen Sensoren können eine präzise Rückmeldung über die aufgebrachte Bewegung und Kraft geben, was eine hervorragende Bewegungssteuerung ermöglicht.
Nachteile von Elektromotoren:
Diese Motoren sind im Vergleich zu anderen Motoren kompliziert zu installieren und zu beheben. Ihr Nachteil ist meist, dass man bei deutlich höherem Kraftbedarf einen deutlich größeren und schwereren Motor benötigt, im Gegensatz zu Hydromotoren.
Ein Hinweis zu pneumatischen Aktivatoren
Die Frage pneumatisch vs. auch elektrische Aktoren oder hydraulische Aktoren kommen in manchen Situationen vor. Der Unterschied zwischen pneumatischen und hydraulischen Aktoren besteht darin, dass Hydraulikmotoren Flüssigkeiten verwenden, während pneumatische Aktoren Gase verwenden, typischerweise gewöhnliche Luft. (Sowohl Flüssigkeiten als auch Gase sind als Referenz klassifiziert alsFlüssigkeiten.)
Pneumatische Aktivatoren haben den Vorteil, dass Luft im Wesentlichen überall vorhanden ist (oder zumindest überall dort, wo Menschen bequem arbeiten), sodass für eine Antriebsmaschine nur ein Luftkompressor benötigt wird. Andererseits sind diese Motoren aufgrund der vergleichsweise großen Wärmeverluste gegenüber anderen Motortypen sehr ineffizient.