Wie steuere ich Druck und Menge in der Hydraulik?

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Moin moin,

ich möchte mir einen Holzspalter bauen. Leider bin ich in der Hydraulik nicht so bewandert. Ich kann den Spalter mit einer hohen Druckkraft versehen oder mit einer hohen Geschwindigkeit. Aber wie steuere ich das ?

Die Druckkraft kann ich über den Druck einstellen, das ist mir bewusst. Ein kurzes Beispiel:

Zylinder doppeltwirkend 1000mm Hub

Szenario 1. hoher Druck

11kw Elektromotor (91,2% Effizienz)
Druck 200 bar
maximale Spaltkraft 15t
Liter/min 30
Geschwndigkeit ausfahren des Zylinders: ca. 12s

  1. hohe Geschwindigkeit

11kw Elektromotor (91,2% Effizienz)
Druck 120 bar
maximale Spaltkraft 9,4t
Liter/min 51
Geschwndigkeit ausfahren des Zylinders: ca. 7s

Sind diese Berechnungen richtig ? Ich habe es mit einer App berechnet.

Wie kann ich nun steuern was ich haben möchte ?
Mit einem Druckbegrenzerventil kann ich den Druck beeinflussen. Wenn ich den Druck von 200bar auf 120 bar herunterregele, steigt dann automatisch die Fördermenge oder wie kann ich die Fördermenge beeinflussen ?

Maik

#2

Hallo Maik
,
die fördermenge hängt von der Größe der Pumpe ab. Beispiel: Fördervolumen (das was bei 1 Umdrehung rauskommt) 1cm³,Antriebsdrehzahl 15001/min ergibt 1500x1 cm³/min = 1,5 l/min
Dieser Volumnstrom fließt in den Zylinder, bei 15 cm² Kolbenfäche ergibt das eine Geshwindigkeit 1500 cm³/minute : 15 cm² = 100cm /min.
Der Druck errechnet sich aus der Kraft des Zylinders . Formel: Druck = Kraft : Fläche
Beispiel 15000 N (entspricht etwa 15t) : 15 cm³ = 1000 N/cm², das sind 100 bar

schau mal da:
http://de.wikipedia.org/wiki/Hydraulik

Weitere Fragen gerne
Rolf

#3

Hallo Rolf,

erst mal vielen Dank für die schnelle Antwort.

Die Berechnungen sind mir soweit klar, nur die Frage ist wenn der Motor unterdimensioniert ist, was dann ?

Beispiel:

ich habe einen 11kw Motor und natürlich hätte ich gerne den maximalen Druck (200-250bar) und die maximale Fördermenge von 51 l/min. Aber wie geschrieben ist der Motor dafür wohl zu klein und somit kann ich nicht beides haben. Also muß ich entscheiden nehme ich maximalen Druck (200bar) oder maximale Förderleistung (51 l/min). Sagen wir mal ich würde keinen Druckbegrenzer einbauen, liefert die Pumpe dann 200bar und eine verminderte Förderleistung (ca. 30 l/min) oder liefert sie 51 l/min (bei 2500 U/min) und ca. 120bar. Wenn ich den Druckauf 120bar begrenze, liefert die Pumpe dann 51 l/min ?

Also wie kann ICH entscheiden was die Pumpe für eine Förderleistung hat ?

#4

Servus,

Also. Der Druck selbst hat erstmal nix mit der Geschwindigkeit oder dem Volumenstrom zu tun. Diesen kann man ganz einfach mit einer Drossel oder einem Stromregler verstellen.
Viel wichtiger ist aber erstmal was für eine Pumpe du hast. Du hast nur geschrieben du hast nen 11kw Motor aber entscheidend ist die pumpe.
Welche Fördermenge bei welcher Drehzahl und ist es eine konstant- oder verstellpumpe. Kann man den Druck oder die Fördermenge verstellen? Falls nein dann ist es eine konstantpumpe.
Druck wird nur aufgebaut wenn du einen widerstand hast. Geschwindigkeit resultiert aus Volumenstrom.
Das heisst deine Berechnung ist so nur theoretisch richtig. Aber ich glaube so genau brauchst du das gar nicht. Benutze für die Geschwindigkeit einfach ein Drosselventil. Bau zur sicherheit einen Druckregler und einen Druckbegrenzer ein. Dann wird das schon.

#5

Hallo Maik!
Ersteinmal sind die Berechnungen schon richtig-ABER-Worauf beziehen sich die Angaben?
Also
Als erstes: Was willst Du? Viel Kraft oder hohe Geschwindigkeit?Oder ausgewogen?
Ich gehe mal davon aus das es für Dich Privat ist und die Arbeitsgeschwindigkeit keine Rolle spielt!
Also Kraft!
Kraft ist gleich Fläche mal Druck!
Bei einem 60/40/1000 Zylinder(Durchmesser/Kolbenstange/Hub)hast du bei 160 bar eine spaltkraft von4,5to.
Das ist eine menge!bei 200bar bist Du schon bei5,6to.
Denke daran das dein Stahlbau auch diese Kräfte aufnehmen muss!!!
So, nun hast Du die Grundlage. Wenn es noch auf Geschwindigkeit ankommt rechnest du das Volumen des Zylinders aus und legst dieses auf die Zeit die du vorgiebst. Nun weisst du wieviel Öl du brauchst!
Z.B:smiley:er oben angegebene Zyl. hat Bodenseitig ein Volumen von 2,83Liter.
eine 11ccm/3 Pumpe macht mit einem normalen E-Motor mit 1460 U/min - 16,06 L/min verteilt an 2,83 sind 5,7 Sek. zum verfahren der Bodenseite!!! Schon recht Zügig!
Der Rückhub ist fast doppelt so schnell wegen der Kolbenstange!
Nun hast Du alle Vorgaben die Du brauchst um deinen E-Motor zu berechnen!
Meine Empfehlung: 5,5KW Motor
11 ccm/3 Zahnrad Pumpe
60/40/1000 Zylinder
160 ltr. Tank
Und einen guten Schweisser für deinen Stahlbau! Noch einen Tipp: Drücke nicht direckt mit dem Zyl. auf das Holz!!! Schiebe einen Schlitten auf deinem Gestell damit der Zyl. keine Seitenkräfte bekommt!
Und nun Los! viel Spass

#6

Hups hab vergessen auf deine direckte Frage zu antworten!
Also bei einer Konstant Pumpe verändert sich das fördervolumen nicht b.z.w. geringfügig abhängig vom Druck. Das bedeutet mit deinem Beispiel.Druck runter=Weniger Kraft, das Tempo bleibt!
OK?
Noch ein Tipp: Lass es!

  1. Die Komponenten sin nicht gerade billig
  2. Wirklich Gefährlich!!!
  3. Im Baumarkt giebt es fertige Geräte zu wirlich guten Preisen!!!
#7

Moin moin rodemkay,
nun ja - da gibt es jeweils eine Lösung. Den Druck kannst Du wie schon
beschrieben über ein Druckbegrenzungsventil steuern. Die Ölmenge über eine
Querschnittsverengung sprich Drossel. Hier legst Du zweckmäßiger weise, eine
Scheibe mit Bohrung ein. Der Durchmesser der Bohrung bestimmt die
Durchflußmenge! Eine weitere Methode wäre die Veränderung der
Antriebsdrehzahl für die Hydraulikpumpe - hier änderst Du Druck und Volumen
proportional.
Mit freundlichem Gruß
Udo Stolze

#8

Hallo maik

Das volumen und der druck ist begrenzt von der pumpe es gibt pumpen die variable volumenströme ermöglichen - aber für deine anwendung fragwürdig
Oft werden zwei pumpen kombieniert zahnradpumpe und kolbenpumpe eine macht viel volumen die andere viel druck …

Geh doch einfach in den nächsten baumarkt / baywa und mach dir ein foto vom typenschild der verwendeten pumpen und dann googeln oder frag bei einem hydraulik händler nach einer geeigneten pumpe - evtl auch bei baywa die haben oft solche als ersatzteil …

Bitte auf die arbeitssicherheit achten !

Gruss josef beibl

#9

Hallo Maik,
die Leistung in kW ist direkt proportional Druck x Menge.
Die Formel ist P(kW) = Q x Λp / 600 x η.
d.h. Du brauchst entweder eine leistungsgeregelte Pumpe oder eine Doppelpumpe.
Dabei arbeitest Du dann entweder mit beiden Pumpen und 120 bar oder einer Pumpe mit 200 bar.
Gruß Peter

#10

HALLO Maik, tut mir leid, das ich erst so spät antworte.
Die Hydraulische Leistung ist Druck X Volumenstrom , also P=pxQ. Dazu musst du den Wirkungsgrad der Pumpe berücksichtigen, je nach Bauart 70-93 %.Wenn deine Ausgangsgöße die zur Verfügung stehende Motorleistung ist, kannst du nicht gleichzeitig maximalen Druck bei maximalem Volumenstrom haben.
Aber beachte, dass der Druck von der Last bestimmt wird, nicht von dem Druckbegrenzungsventil, das ist nur eine Überlastsicherung. Hingegen ist die Geschwindigkeit des Kolbens (Falls du keine Drossel dazwischen hängst) direkt mit der Fördermenge der Pumpe gekoppelt

Schick mir dein emailadresse, dann kann ich dir das anhand von Schaltplänen ejnfacher erläutern als mit Text!
Rolf

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#11

Hallo Maik,

die notwendige Motorleistung berechnet sich aus:
Volumenstrom * Druck / 600 * 0,85.
Für deine beiden Beispiele stimmt das in etwa.

In der Hydraulik gibt es meistens mehrere Möglichkeiten um sein Ziel zu erreichen.

Momentan fällt mir für dich folgendes ein:

Pumpe = eine Doppelpumpe 30 + 21 Liter/min

Druckventil = Zweidruckventil

Funktion = solange du nur 120 bar benötigst hast du
51 l/min zur Verfügung.
Kommt nun der Holzspalter z.B. auf den zu
spaltenen Holzklotz steigt der Druck auf
200 bar an dabei schaltet das Druckventil
von 120 bar auf 200 bar selbständig um.
Damit das Ganze funktioniert wird dabei die
21 Liter Pumpe weggeschaltet.

Google mal bei Hawe Hydraulik unter
Zweidruckventil Typ NE, da gibt es ein
Datenblatt mit Schaltungsbeispielen.

Ich hoffe das hilft dir.
Solltest du mit dem Gedanken spielen einen Holzspalter selber bauen zu wollen, überlege dir das gründlich.
Die Einzelpreise vernünftiger Hydraulikkomponenten liegen meist deutlich höher als wenn du dir ein gescheiten kompletten Holzspalter kaufst.
Außerdem solltest du die Sicherheit im Auge behalten.
Bei Hydraulik bringst du nur einmal einen Finger oder
einen Arm rein, danach fehlt das entsprechende Körperteil.

Viele Grüße

#12

Hallo Maik,

das mit dem Druck steuern über ein Druckbegrenzungsventil ist soweit richtig.

Den Volumenstrom einer Pumpe kann man nur mit einer sogenannten Regelpumpe; Drehzahl des Antriebs oder über Drosselventile steuern. Bei den Drosselventilen ist das Problem das wenn Sie eine Konstantpumpe haben der überschüssige Volumenstrom über das DBV abbläst. Dabei ist zu beachten das der Antriebsmotor für den Maximalfall ausgelegt sein muss.

Bei einer Regelpumpe gibt es die Möglichkeit einer Volumenstromreglung in zusammenhang der Drucksteuerung oder man könnte eine leistungsgeregelte Pumpe nehmen. Eine Regelpumpe ist aber sehr teuer (z.B. 19ccm/U Leistungsregelung ca. 3000 Euro je nach Hersteller).

Eine Konstantpumpe (z.B. Zahnradpumpe) kostet in der Grösse im Internet max. 150 bis 250 Euro.

Sie hatten nichts über den Kolbendurchmesser geschrieben, so habe ich das einmal zurückgerechnet.

Kolbendurchmesser: 100 mm
Hub: 1000 mm
E-Motor: 11 kW ; 50 Hz ; 4-pol.

  • 200 bar ; 11 kW

  • 150 kN Ausfahrkraft

  • Ausfahrzeit: ca. 15 s

  • 30 l/min (ca. 21 ccm/U)

  • 120 bar ; 11 kW

  • 94 kN Ausfahrkraft

  • Ausfahrzeit: ca. 9 s

  • 51 l/min (ca. 36 ccm/U)

Es gibt aber bei einem Hydraulikzylinder (Differezialzylinder - einen Kolben und eine Stange) eine Möglichkeit der Geschwindigkeitserhöhung. Dies nennt sich Differenzialschaltung. Dabei wird z.B. über Rückschlagventile das ablaufende Öl aus dem Stangenraum in den Kolbenraum eingespritzt. Das ist aber Zylindermassenabhängig. Zur Berechnung benötige ich den Kolbendurchmesser und Stangendurchmesser.

Die EIERLEGENDEWOLLMILCHSAU gibt es aber auch in der Hydraulik nicht.

MfG Wüllner

#13

Servus Maik,

O.K. warte mal.

Damit das System vor zu großer Belastung, vor zu hohem Druck, geschützt wird, ist in
der Druckleitung hinter der Pumpe ein Druckbegrenzungsventil eingebaut. Es öffnet,
wenn ein bestimmter Maximaldruck erreicht ist und lässt dann einen Teil des Ölstroms
in den Behälter abfließen. Der Druck steigt jetzt nicht mehr weiter an.

Will man nicht nur die Bewegungsrichtung des Kolbens, sondern auch noch seine
Geschwindigkeit steuern, dann muss die in den Zylinder einströmende oder die aus
dem Zylinder abfließende Ölmenge geändert werden. Das lässt sich mit einem Drosselventil
durchführen.

Ich habe das schnell mal aus diesen .pdf rauskopiert weil das recht gut erklaert ist - bitte nicht weitersagen :smile:

http://www.christiani.de/pdf/72108_probe.pdf

Seitenbezeichnung MEC 339

BAUANLEITUNG: HOLZSPALTER:
http://www.bauplan-bauanleitung.de/diverse/holzspalt…

http://www.buche-kaminholz.de/topics/holzspalter-eig…

Bitte lass mich wissen ob die Infos brauchbar waren :smile:

Herzliche Gruesse,
Martin

P.S.: und ganz zum Schluss eine Formelsammlung

http://www.imme2000.de/dokumente/Formelsammlungen/Te…

#14

Servus

Hydraulik ist nicht mein Ding

Tut mir leis da kann ich nicht weiterhelfen
Grüsse
Georg

#15

Hallo Maik,
Du kannst den Volumenstrom ueber die Drehzahl des Elektromotors variieren. Achte aber darauf, dass die Leistung von 11 kW nicht ueberstiegen wird.

Viele Gruesse,
Morbilo

#16

mkce at gmx.de ist meine Adresse,

würde mich freuen, danke

#17

Vielen Dank,

das mit der Sicherheit, ist mir natürlich auch sehr wichtig, deshalb informiere ich mich ausgiebigst vorher über alles.

Das mit der Doppelpumpe hat ja nur den Vorteil das wenn kein hoher Druck benötigt wird, eine hohe Geschwindigkeit zur Verfügung steht. Kann man dafür nicht auch ein Eilgangventil nehmen ? Das erfüllt doch den gleichen Zweck oder ?

Danke

#18

Hallo Maik,

kannst du mir vielleicht den Typ/Hersteller des Eilgangventils nennen.

Vielleicht kann ich dir dann weitere Auskunft dazu geben.

Grüße