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DER KONSTRUKTEUR 7-8/2015

DER KONSTRUKTEUR 7-8/2015

FLUIDTECHNIK

FLUIDTECHNIK Herausforderung Konstruktion Aspekte zur Planung und Projektierung hydraulischer Steuerungen Frank Weigel Die Auslegung hydraulischer Systeme erfordert spezielles Wissen der Hydraulik, ihrer physikalischen Grundlagen und der zu berücksichtigenden Normen und Richtlinien. Damit aber nicht genug. Frank Weigel, IHA Internationale Hydraulik Akademie GmbH, Dresden-Weixdorf Die Zahl der Firmen in Deutschland, die hydraulische Anlagen planen, projektieren und bauen ist riesig. Während in großen Hydraulikunternehmen oft ganze Konstruktionsabteilungen mit einem innerbetrieblichen Know-how-Transfer hinter den Projekten stehen, sind Planer und Konstrukteure in kleineren Unternehmen oft Einzelkämpfer. Gerade hier ist der Wettbewerbsdruck und damit der Preisdruck sehr hoch. Diese Tatsache spielt auch bei der konstruktiven Auslegung der Anlagen oft eine überdurchschnittlich große Rolle. Da werden auch schon einmal Ventile, Hydraulikrohr- und Schlauchleitungen, Verschraubungen, Filter etc. so klein wie möglich gewählt, um preislich attraktiv zu sein. Die Auswirkungen im Betrieb der Anlagen sind jedoch nicht jedem klar. Von Physikalischen Effekten bis zu Normen Dabei sollte das Bestreben, eine optimale, ausgereifte, mit hohem Bedienungskomfort und großer Wirtschaftlichkeit arbeitende Anlage zu erstellen, das Ziel jeder Planung bei Neu- oder Umbauten sein. Um eine solche hydraulische Steuerungen oder Anlage richtig planen zu können, sind umfangreiche Kenntnisse im Fachgebiet der Hydraulik unerlässlich. Das beginnt damit, dass Auswirkungen physikalischer Effekte wie Kavitation, Druckverluste in Ventilen und hydraulischen Leitungen oder Druckübersetzung bei der Verwendung von Differentialzylindern beachtet werden müssen. Auch einschlägige Normen müssen vom Konstrukteur eingehalten werden, so z. B. 24 Der Konstrukteur 7-8/2015

FLUIDTECHNIK die DIN EN ISO 4413 oder das VDMA Einheitsblatt 24580. Ebenso sollten die Bedeutung und der eventuelle Einfluss der Maschinenrichtlinie jedem, der sich mit der Planung und Konstruktion von hydraulischen Steuerungen beschäftigt, ein Begriff sein. Mitunter müssen neben den allgemeingültigen Normen auch noch Normen für spezielle Anwendungen beachtet werden (Hebebühnen, Fahrstühle, Pressen etc.) Leider trennt sich hier in der Praxis schon die Spreu vom Weizen. Gerade bei der Lösung hydraulisch problematischer Situationen, wie dem kontrollierten Senken oder Umschwenken großer Lasten, werden bei der Auswahl geeigneter Ventile oft Fehler gemacht, die zur Instabilität des gesamten hydraulischen Systems führen können. Außerdem wird durch eine falsche Auswahl oft viel zu viel Energie bei Senkvorgängen vernichtet. Der Prozess der Projektierung Das richtige Verständnis aller Komponenten spielt in der Hydraulikkonstruktion eine besonders wichtige Rolle Von Anfang an muss eine hydraulische Steuerung so ausgelegt werden, dass Druckspitzen durch Umschaltvorgänge von Ventilen oder sogenannte Dekompressionsschläge beim Entspannen größerer, unter Druck gesetzter Ölvolumen, vermieden werden. Druckspitzen sind eine häufige Verschleißursache hydraulischer Komponenten und damit Ausfallursache hydraulischer Systeme. Dort spielt neben gesammelten Erfahrungen das Komponentenverständnis eine besonders wichtige Rolle. Auch schon vermeintlich kleine Dinge, wie die Ausführung des Be- und Entlüftungsfilters auf dem Hydrauliktank sind für einen späteren, störungsfreien Betrieb eines hydraulischen Systems eminent wichtig. Unter Verwendung eines Standartbauteiles kann bei einer Umgebungsluft mit hoher Luftfeuchtigkeit (Bsp. Papierfabriken) der Wassergehalt im Hydraulikmedium nach kurzer Zeit stark steigen und damit zu kostenintensiven Ausfällen führen. Ein weiteres, immer wieder stiefmütterlich behandeltes Thema, ist die richtige Filtration des Hydraulikmediums. Was setze ich ein, Saugfilter, Druckfilter, Rücklauffilter oder alles zusammen? Wann macht eine Nebenstromfiltration Sinn und wie fein filtere ich? Einige von vielen Fragen, mit denn der Konstrukteur konfrontiert wird. Die Praxis zeigt leider, dass oft das Budget über die Art der Filtration entscheidet. Derjenige, der hydraulische Anlagen projektiert, muss erst einmal viele Fragen klären und sich ein Bild über die Anforderung des zu projektierenden Systems machen. Der erste Abschnitt einer Projektierung besteht daher immer in der Aufgabe, alle Daten zu sammeln und übersichtlich aufzubereiten. Dies sollte mit der Erstellung eines Pflichtenheftes geschehen. Danach kann sich der Konstrukteur an einschlägigen Ablaufplänen für die Abfolge der Projektierung hydraulischer Anlagen orientieren. Dabei steht ihm bei der Auslegung verschiedener Bauteile, wie Filter, Kühler oder Druckspeicher eine große STATEMENT Dr. Michael Döppert, Chefredakteur Im Beitrag des Hydraulikexperten Frank Weigel wird wieder einmal die große Herausforderung deutlich, die sich immer wieder in der Konstruktion stellt: Die kreative Umsetzung der Konstruktionsaufgabe mit Berücksichtigung technischer und normativer Grundlagen unter dem Damoklesschwert der Kostenseite. Überdimensionierung, zum Beispiel, darf nicht zur Unwirtschaftlichkeit führen, Dimensionierung und Auswahl aller Komponenten müssen aber zu einer sicheren und zuverlässigen Lösung führen. Anzahl an Hilfsprogrammen diverser Hersteller zur Verfügung. Doch auch hier ist eine Komponenten- und Systemkenntnis unerlässlich. Fokus Energieeffizienz Neben der Funktionalität, der Qualität und einem wettbewerbsfähigen Preis einer hydraulischen Steuerung hat der Konstrukteur heutzutage noch eine weitere wichtige Aufgabe zu lösen. Das Thema Energieeffizienz ist vielen Branchen ein ganz entscheidendes Thema. In der Industriehydraulik gibt es traditionell verschiedene hydraulische Antriebskonzepte, wie z.B. Konstantstromsysteme, Konstantdrucksysteme oder Load- Sensing-Systeme. Der Konstrukteur oder Planer hydraulischer Anlagen sollte die Merkmale sowie die Vor- und Nachteile dieser hydraulischen Prinzipien kennen und muss sich die Frage stellen: Welches hydraulische Prinzip passt am besten zu meiner Anwendung? Energieeinsparung hat ein bedeutendes Potenzial, um mit vorhandenen Ressourcen verantwortungsvoller umzugehen. Um den Energieverbrauch reduzieren zu können, muss jedem, der sich mit der Planung, Projektierung und Konstruktion von Hydraulikan­ Der Konstrukteur 7-8/2015 25

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