Bauelemente in Mobilmaschinen 17.08.2009, 12:19

Bauelemente, Vorschaubild

Unterschiedliche, auf Rädern und Ketten fahrende Baumaschinen sind oft mit denselben typischen Bauteilen und -gruppen ausgestattet. Diese werden hier in einer Übersicht vorgestellt: Hydraulikpumpen, Hydraulikmotoren, Gelenkwellen, Kupplungen, Bremsen, elektronische Steuergeräte.

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Die im Folgenden vorgestellten Baugruppen haben wir teilweise aus dem Internetlexikon WIKIPEDIA übernommen. Manche der Bilder zeigt Wikipedia auch als Animationsmodelle.

Solche Baugruppen mit ihrem hohen Know how stellen Fahrzeugbauer oft nicht selbst her, sondern kaufen sie von spezialisierten Zulieferern.

Hydraulische Baugruppen 

Hydraulikpumpen

Die Hydraulikpumpe (auch Hydropumpe) ist ein Bauelement der Hydraulik, das einen annähernd gleichbleibenden Volumenstrom erzeugt. Der Volumenstrom bleibt auch dann konstant, wenn durch Widerstände in Drosselstellen, an Schaltelementen und in Abtrieben im Hydrauliksystem ein Druck entsteht. Das Funktionsprinzip der Pumpe: Raumvergrößerung erzeugt einen Unterdruck (= ansaugen), Raumverkleinerung erzeugt einen Überdruck (= arbeiten).

Oft verwendete Bauarten sind 
• Zahnradpumpen (innen oder außen verzahnt). 
• Axialkolbenpumpen (Schrägachse oder Schrägscheibe)

Axialkolbenpumpen haben normalerweise ungerade Kolbenzahlen, um Schwingungen zu verhindern. Übliche Kolbenzahlen sind 7 oder 9. Grundsätzlich werden Axialkolbenmaschinen in zwei Bauarten gefertigt:
- Schrägachsenmaschine; abhängig vom Schwenkwinkel der Antriebs- und Pumpenachse führen die in einem rotierenden Zylinder angeordneten Kolben eine Hubbewegung aus.
- Schrägscheibenmaschine; abhängig vom Schwenkwinkel einer Gleitscheibe führen die in einem rotierenden Zylinder angeordneten Kolben eine Hubbewegung aus.

Axialkolbenpumpen.png

• Radialkolbenpumpen (innen oder außen beaufschlagt)
Im Hydrauliksystem können Pumpen im offenen oder geschlossenen Kreislauf arbeiten.

Offener Kreislauf
Die Hydraulikpumpe saugt Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank an und fördert sie in ein Hydrauliksystem. Die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit kann dann über Leitungen, Schläuche und Ventile zu Hydraulikzylindern oder Hydraulikmotoren geleitet werden und dort Arbeit verrichten.
Geschlossener Kreislauf
Der hauptsächliche Unterschied zum offenen Kreislauf ist, dass die Hydraulikpumpe direkt mit der vom Aktor (Hydraulikmotor) zurückkommenden Hydraulikflüssigkeit gespeist wird - also nicht aus dem Tank. Die Pumpe ist damit von zwei Seiten "eingespannt" - zwischen der Saugseite und der Druckseite. Das durch Undichtigkeiten an der Pumpe und den einzelnen Bauteilen auftretende Lecköl gleicht eine zusätzliche Speisepumpe aus.

Zahnradpumpe.png

Das Bild zeigt die Funktion einer Zahnradpumpe. Beim Drehen der im Pumpengehäuse sauber eingepassten Zahnräder wird das Öl von der Saugseite in den Zahnlücken außen herum nach rechts auf die Druckseite gefördert.

Hydraulikmotoren 

Hydraulikmotoren, auch Hydromotoren genannt, haben die Aufgabe, hydraulische Energie (Druck + Flüssigkeitsstrom) in mechanische Arbeit umzuwandeln. Es gibt eine Vielzahl von Bauarten, ihrer Arbeitsweise nach grob einteilbar in Konstant- und Verstellmotoren. (Bild WIKIPEDIA)

Hydraulikmotor.jpg

Antrieb_Pumpe___Motor_440.png

Hydrostatische Antriebe haben einen festen Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Drehzahl und können umschaltbar sein. Hydraulikmotore sind wie Hydraulikpumpen aufgebaut; die mit dem Ölstrom transportierte Energie wird über den auf die Zahnräder oder Kolben wirkenden Öldruck in Rotationsenergie zurückverwandelt. Axialkolbenmotor-Bauformen sind sowohl mit konstanten als auch variablen Hubvolumina erhältlich.
Das maximale Moment eines Hydraulikmotors wird durch den Druck der Hydraulikflüssigkeit bestimmt. Das Schluckvolumen bestimmt die Drehzahl, sie ist vom zugeführten Volumenstrom abhängig.
Oft verwendete Bauformen sind der Axialkolbenmotor und der Radialkolbenmotor.

Mechanische Baugruppen

Gelenkwellen

Gelenkwellen dienen:
- zur Übertragung von Drehmomenten bei nicht fluchtenden Drehachsen
- zur Übertragung von Drehmomenten bei sich gegeneinander bewegenden Teilen
- zum Längenausgleich

Gelenkwellen werden eingesetzt, wenn flexible Kupplungen nicht mehr ausreichen oder sehr große Leistungen übertragen werden müssen. Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal dieser Achsverbindungen sind die jeweiligen Ausgleichselemente – Metallbalg/Elastomerkranz – an den Enden der längs verschiebbaren Zwischenrohre.

Gelenkwelle.jpgGelenkwelle mit Kardangelenken (Bild WIKIPEDIA)

Sehr bekannt ist die Kardanwelle mit zwei Kreuzgelenken nach Gerolamo Cardano, vor allem in Kraftfahrzeugen. Bei dieser Anordnung haben die Endwellen nur dann gleiche Winkelgeschwindigkeiten, wenn sie parallel liegen. Deshalb eignet sich diese Lösung nicht gut für den Antrieb von gelenkten Vorderrädern (sie ruckeln in engen Kurven). Die Zwischenwelle läuft bei einer Achsversetzung (wenn die Endwellen zwar parallel aber nicht in einer Achse liegen, beispielsweise beim Einfedern eines Fahrzeugs) unregelmäßig, was zu Vibrationen führen kann. 

Kupplungen 

Eine Kupplung ist ein Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten bei Wellen. Im Gegensatz zum Getriebe überträgt die eingerückte Kupplung ein unverändertes Drehmoment. Eingeteilt werden die Kupplungen nach ihren Funktionen und nach der Verbindungsart.
Es gibt drehstarre, elastische (drehnachgiebig, drehelastisch) und schaltbare Kupplungen. Die Verbindung der Kupplungselemente wird entweder durch Kraftschluss (Reibung) oder Formschluss hergestellt. Je nach Bauart werden von Kupplungen unterschiedliche Aufgaben verlangt: Übertragung von Drehbewegung bzw. Drehmoment, Ausgleich von Wellenversatz, Dämpfung von Drehmoments- und Geschwindigkeitsstößen, Trennen und Verbinden (Schalten) usw.

Im Bild ist eine schaltbare, kraftschlüssige Einscheiben-Trockenkupplung schematisch dargestellt. Siehe auch Kupplungen, Festigkeitsberechnungen

Schaltkupplung_Prinzip_880_1.png

Getriebe

Siehe tec.LEHRERFREUND Getriebe

Bremsen 

Bilder siehe auch Reibung Scheibenbremse_auf_zu.png

Bremsen verringern bzw. begrenzen die Geschwindigkeit von bewegten Maschinenteilen oder Fahrzeugen. Sie wandeln die zugeführte Bewegungsenergie durch Reibung in Wärmeenergie um. Bremsen sind in ihrer Funktion eng mit Kupplungen verwandt: Die Bremse ist eine spezielle Kupplung, bei der eine Seite feststeht. Insofern lassen sich viele Bremsentypen aus Kupplungen ableiten.
Die in Fahrzeugen weitaus am häufigsten verwendeten Bremsenarten sind die Scheibenbremse und die Trommelbremse; in Nutzfahrzeugen spielen Trommelbremsen eine eher untergeordnete Rolle.
Eine Scheibenbremse besteht aus einer mit der Radnabe verbundenen Bremsscheibe - die auch als Lamellenpaket gestaltet sein kann - und dem Bremsträger, an dem der Bremssattel befestigt ist. Der Bremssattel (auch Bremszange) umfasst die Bremsscheibe und enthält die Bremskolben, welche die Bremsbeläge seitlich gegen die Scheibe drücken. Die Scheibe kann an der Radnabe oder bei angetriebenen Achsen am Differenzial angebracht sein. (Bild WIKIPEDIA)

Bild unten: Lamellenbremse in einer Baumaschine

Lamellenbremse_hydraulisch_betaetigt.png

Elektronische Baugruppen 

Elektronische Steuergeräte

Arbeitsweise von Steuergeräten
Steuergeräte (engl. ECU = electronic control units) arbeiten allgemein nach dem Prinzip Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe, kurz: EVA. Die Eingabe von Informationen bewerkstelligen Sensoren. Sie ermitteln physikalische Kenngrößen wie Drehzahl, Druck, Temperatur, usw. Diese Werte werden mit den in die Steuergeräte-Software eingegebenen Sollgrößen verglichen. Sobald von den Sensoren gemessene Werte mit den eingespeicherten Werten nicht übereinstimmen, regelt das ECU über Aktoren den physikalischen Prozess nach, so dass die gemessenen Istwerte wieder den Sollgrößen entsprechen.
Alleine am Motor eines Radladers können ein Dutzend Sensoren im Einsatz sein. Sie überwachen zum Beispiel:
- Ladedruck/Lufttemperatur im Einlasskrümmer
- Temperatur/Füllstand des Motoröls
- Lufttemperatur vor dem Ladeluftkühler sowie Druckabfall (Filterverschmutzungsanzeige)
- Füllstand des Motorkühlmittels
- Kraftstoff-Förderdruck
- Stellung der Nockenwelle
- Druck im Kurbelgehäuse
- Motoröldruck
- Motordrehzahl
- Temperatur des Motorkühlmittels.

Beispiel:  Bordelektrik (elektrische Schemazeichnung) eines Laders

Radlader_Elektronikplan_440.png

Die zahlreichen Verbraucher sind in fünf elektrischen Gruppen zusammengefasst, die von jeweils einer zentralen Steuereinheit aus gesteuert werden. Es sind dies die
- Steuereinheit Maschine allgemein (RLa)
- Steuereinheit Motor (M)
- Steuereinheit Getriebe (G)
- Steuereinheit Instrumentierung (I)
- Steuereinheit Kabine (K).
Für jede dieser Steuereinheiten gibt es einen separaten Stromlaufplan (er ist hier nicht abgebildet). Der Plan sagt nichts über die Vorgänge in den einzelnen Steuereinheiten aus.

Die Bordelektrik aktivieren:
Im gezeichneten Zustand ist die Maschine komplett ausgeschaltet.
Batterietrennschalter einschalten –> S1 wird an Masse gelegt. Dreht man den Startschlüssel S2 in Stellung 1, dann schließt K1 und ECU-RLa durchläuft einen Selbsttest. Dieser kontrolliert die Gesamtelektronik auf Funktionstüchtigkeit. Schließt der Test erfolgreich ab, erhält K2 das Massesignal und schaltet durch. Auf diesem Wege werden jetzt die übrigen Relais aktiviert und die elektrische Anlage steht vollständig unter Spannung.

Baumaschinen im tec.LEHRERFREUND:
- Radlader
- Bagger
- Dumper
- Straßenfertiger

und andere