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Druckabfall in Hydrauliksystemen 07.06.2008, 17:25

Hydrauliksystem (Ausschnitt)

Das Druckbegrenzungsventil (DBV), in der Technik auch als Überdruckventil bezeichnet, begrenzt den zulässigen Druck in einem hydraulischen Kreislauf. Wir erklären die Funktionsweise und den Unterschied zwischen direkt und indirekt gesteuerten Druckbegrenzungsventilen. Außerdem finden Sie eine Übung, in der die Frontladerhydraulik eines Traktors mit genormten Hydrauliksymbolen gezeichnet werden soll.

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  • (geändert: )

3. und 4. Jahr

Druckabfall in Hydrauliksystemen

Das Druckbegrenzungsventil (DBV), in der Technik auch als Überdruckventil bezeichnet, begrenzt den zulässigen Druck in einem hydraulischen Kreislauf. Steigt der Druck im System über den gewünschten, in der Regel durch eine Feder voreingestellten Wert an, dann öffnet das Ventil und lässt die Hydraulikflüssigkeit zum Tank strömen. Dadurch schützt das DBV die Pumpe. Es gibt direkt und indirekt gesteuerte Druckbegrenzungsventile.

Wie funktioniert ein direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil?

Druckbegrenzungsventil (DBV) direkt gesteuert

Auf den Kegelkolben wirkt der Öldruck pöl und erzeugt eine Kraft nach rechts.

Der Kraft Föl aus dem Öldruck und der Kolbenfläche steht die Federkraft Ff entgegen. Solange Ff größer ist als Föl, bleibt der Kolben auf seinem Sitz. Erst wenn Föl den Wert von Ff übersteigt, drückt der Ventilkörper die Feder zusammen und öffnet den Weg von der Pumpenseite P zur Tankseite T. Weil die Pumpe nun dauernd gegen den an der Feder eingestellten Maximaldruck anarbeiten muss, muss sie eine unnütze Leistung aufbringen, die nur das Öl erhitzt. Diese Konstruktion eignet sich auch nicht für größere Ölströme, weil sie zu große Leitungsquerschnitte erfordert, und damit noch stärkere Federn.

Siehe auch Grundaufbau einer Hydrauliksteuerung.

Die wirtschaftlich bessere (und teurere) Lösung: das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil.

Druckbegrenzungsventil (DBV) vorgesteuertEs besteht aus einer Hauptsteuerstufe (links) und einer Vorsteuerstufe (rechts).
Die Feder der Vorsteuerstufe stellt den zulässigen Maximaldruck des Systems ein.
Der Eingangsdruck wirkt auf die linke Stirnseite des Hauptkolbens und erreicht über eine sehr kleine Bohrung, die Drossel, die Stirnseite des Vorsteuerkolbens. Solange dieser nicht öffnet und damit kein Öl fließt, ist der Hauptkolben druckausgeglichen und wird von der schwachen Feder auf seinem Sitz gehalten. Steigt der Eingangsdruck so weit an, dass das Vorsteuerventil öffnet, dann fließt eine geringe Ölmenge durch die Drossel und erzeugt rechts vom Hauptkolben einen Druckabfall. Der Kraftunterschied zwischen der Vorder- und Hinterseite des Kolbens schiebt den Hauptkolben gegen die Feder nach rechts. Damit ist die Verbindung zwischen Eingang und Ausgang geöffnet; das Öl strömt ohne nennenswerten Widerstand zum Tank.

Anwendung: Vereinfachte Frontladerhydraulik eines Traktors

Frontladerhydraulik beim Traktor

Grundaufbau eines Hydraulik-Kreislaufs.
1 = Öltank
2 = Hydropumpe, vom Dieselmotor angetrieben
3 = Steuergerät (Wegeventil)
5 = Parallel zum Kreislauf liegendes Druckbegrenzungsventil
4 = Arbeitszylinder
6 = Rücklauffilter

Lernkontrolle:

Zeichnen Sie den hier dargestellten Schaltplan mit nach DIN ISO 1219 genormten Hydrauliksymbolen.

Sie sind unten abgebildet. Das 3/3-Wegeventil wird in Mittelstellung angeschlossen.

Hydraulik-Symbole

Lösung

Lösung der Aufgabe 'Plan zur Frontladerhydraulik zeichnen'

Ergänzung

Kommentar Klingspor

Hydraulikplan Klingspor

Schaltplan von O. M. v. Klingspor. Er schreibt dazu:

Liebe Lehrerfreunde,

wie schon in der Diskussion erwähnt, wäre ein doppeltwirkender Zylinder (DWZ) für den Trecker die bessere Lösung. Dafür habe ich eine Schaltung entworfen.
Das Druckbegrenzungventil habe ich um die Pumpe herum in den Ansaugstrom der Pumpe geführt. Das vermeidet alle Probleme mit dem Filter. Verschmutzt dürfte es ja kaum sein. Der Querschnitt der Pumpensaugleitung müsst ebenfalls eine Nenngröße höher liegen.
Meine Frage: Wie bindet man einen Druckspeicher ein? In der angefügten Schaltung habe ich ihn parallel zum Anschluss A des DWZ gelegt. Er könnte Druckschwankungen auffangen, die entstehen, wenn das Fahrzeug im ruppigen Alltag unter Last bewegt wird.

Leider fehlt mir hier die Erfahrung. Was meinen Sie? Über eine fruchtbare Diskussion würde ich mich freuen. 

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Kommentare

21

Zum Artikel "Druckabfall in Hydrauliksystemen".

  • #1

    Hallo, ich möchte auch mal meinen senf dazugeben…
    der ergänzungsplan ist natürlich besser als der mit dem 1 weg zylinder… aber der pufferspeicher gehört natüelich hinter die pumpe, weil die zylinder bekommt mann für kleines geld ein ventiel ist teurer, aber am teuersten ( am schützenswertesten ) ist die pumpe, deshalb sollte man dort mögliche überbelastungen vermeiden, nen filter kann ich für 15€ kaufen… wenn er kaputt geht, shit happens das heist noch lange nicht das die gesammte hydraulik ausfällt… weil späne oder fremdkörper sollten doch eher die ausnahme in einem hydraulik system sein !....

    schrieb selbermacher am

  • #2

    Um das ganze mit der Praxis zu verfeinern.

    Die DBV`s sind bei den meisten Fabrikaten so angeordnet das der entweichende Überdruck in den Rücklauf fließen kann.

    Wobei dieser gesammelt in den Rücklauffilter mündet.

    Die Druckspeicher zur “Frontladerfederung” verfügen im Normalfall ab Werk immer einen Absperrhahn.
    Also im Prinzip einmal Kabine auf, raus fassen, und damit die Federung ausschalten.

    Viele Hersteller bieten die Option das ganze auch elektrisch an.

    schrieb Schrauber am

  • #3

    Lieber “hiker”,

    leider weis ich nicht genau, wie ich Sie ansprechen soll, aber ich bin Ihnen auf keinen Fall böse oder gar verärgert. Die von mir aufgeworfene Frage dient lediglich dem Verständniss.

    Möglicherweise wird die Disskusion hier aber den Rahmen der Seite überschreiten und das Thema verwässern.

    In bin im moment leider gezwungen mir das notwendige Wissen autodidaktisch anzueignen. Dabei sind Sie unfreiwillig zu einem Mentor geworden. Ich bin halt auf der Suche nach einer fachlichen Autorität. Was ich über die Sache weis, habe ich aus dem Lehrbuch W. Grollius “Grundlagen der Hydraulik” ISBN 978-3-446-41596-6 entnommen.

    Ich muss in ein paar Wochen vor Auszubildente treten und diese Themen besprechen. Die Schaltung selbst habe ich mir einfach ausgedacht.
    Sicher haben Sie recht, das DBV ist auch eine Regelung. Aber dabei geht es doch bloss darum den Höchtdruck zu limitieren.

    Also, bitte nicht böse sein. Naseweis wollte ich nicht sein. Vielleicht könnten Sie mir dabei ein wenig helfen, durchzublicken. Eventuell könnte wir ja Gedanken über eine private Email austauschen.

    Es gibt da so ein paar Ungereimtheiten in der Hydraulik die ich mir nicht erklären kann.

    Recht herzlichen Dank und beste Wünsche

    Ihr

    Olaf Müller von Klingspor

    Meine Mailadresse

    o.klingspor[at]t-online.de

    schrieb O.Klingspor am

  • #4

    PS: kleine Ergänzung zu Post #16

    P = p * Q sollte das heißen, sorry.;-0

    Und Benulli sagt:
    Strömt eine Flüssigkeit durch ein Rohr,
    so bewegen sich zu gleichen Zeiten
    gleiche Volumen.

    schrieb O.Klingspor am

  • #5

    Hallo Herr Klingspor,

    ich verstehe nicht ganz Ihren Punkt: “Druckbegrenzungsventile sind keine Druckregelventile, zu denen die Proportionalventile gehören. Diese schaltet man in Reihe und die tun das, was sie konnen. Den Druck im System konstant halten.”

    Proportionalventile—> stufenlosen Geschwindigkeitssteuerung!(...Ihre Drossel fällt weg)

    Wenn Sie Drosseln wollen nicht mit einer verstellbaren Drossel!—> Druckübersetzung
    Bitte denken Sie auch an das Handling!! Vielleicht fahren Sie mal mit einer Zugmaschine!

    Ein weiterer wichtiger Punkt auch für Ihren Holzspalter! Sind Sie schon mal in die Endstellung mit Ihren Zylinder gefahren?
    Da öffnet jedes mal Ihr DBV!
    Das da der Filter nach dem DBV angeordnet ist, liegt an den wenigen Betriebsstunden. Ein Ackerschlepper hat sicherlich mehr! Deshalb sind in der Mobilhydraulik ein paar andere Regeln zu beachten.
    Bitte lesen Sie nochmal meine letzten Text!(da sind einige wichtig Punkte drin!) Ich möchte Sie nicht verärgern…

    schrieb hiker am

  • #6

    Liebe Kollegen,


    noch mal zum Thema DBV:

    Der Druck im hydraulischen System wird doch nur so groß, wie der Widerstand gegen die Kolbenstange und das Drosselventil es hergeben. Jedenfalls solange es strömt.

    (Bernulli:  Q= p * V = const)

    Also:

    #1 Bäuerlein will seinen Strohballen anheben.  4/3 WV in Stellung a

    #2 p steigt während der Bewegung nur so weit an, wie es sich aus der Last und in Reihe der Drossel ergibt. Die Drossel sorgt ja nur dafür der der Strohballen nicht gleich weggeworfen wird ;-)

    #3 Die Last ist angehoben und Bauer Lindemann geht auf Stellung 0 mit dem 4/3 Ventil (Tandemschaltung) Der DWZ ist jetzt von der Pumpe getrennt. Indessen wird der Volumenstrom der Pumpe in den Tank geblasen, Der Druck ist nur so hoch wie der Widerstand des Filters es ergibt.

    #4 Wenn Bauer Lindemann auf dem Feldweg hoppelt, entstehen Druckspitzen. Die gleicht der Druckspeicher aus.

    Wenn der Trecker eine Tonne heben kann (ohne Wirkungsgrade) und der DWZ einen Kolbendurchmesser von xx mm hat, ergibt sich ein Druck von p= F/A in Newton.

    Das ist der notwendige max. Betriebsdruck. Den muss die Pumpe liefern können und das DBV sollte so eingestellt sein, das es noch nicht öffnet.

    Also fließt über das DB-Ventil kein Ölstrom (sehen wir mal von einem Leckölstrom ab (was bei einem Sitzventil nicht vorkommen sollte).

    # 5 Unser Bauer Lindemann hatte Silberhochzeit und noch einen im Turm ;-). Er will Montags früh füttern, und merkt nicht, das er neben dem Stroh/Heu noch seine Scheune mit aufgeladen hat. In Stellung a des 4/3 WV wird jetzt der Druck im System dem erwarteten max. Betriebsdruck heftig übersteigen, den die Scheune hat ein paar Tonnen mehr drauf.

    Richtig: Überlastung.

    Jetzt öffnet das DBV, eine kluge Maßnahme des Konstrukteurs und gibt den Ölstom frei. Dabei wird es natürlich heiß. Die Pumpenarbeit wird ja nun an der Feder des Ventils ausgelassen. Der Ölstrom läuft jetzt über die Pumpe im Kreis und es besteht ernsthaft Gefahr. Eigenlich könnte man auch das Öl in den Tank zurücklaufen lassen. Es ist gefahr in Verzug. Möglicherweise könnte auch der Motor abgewürgt werden.

    Zum Glück lässt der Lärm, das ein DBV verursacht, Herrn Lindemann zu sich kommen und er lässt vom schändlich Tun ab. Der Druck sinkt nach ein paar Sekunden wieder auf das vorgesehene Maß ab.

    Das DBV bedankt sich und schließt den parallelen Ölstrom wieder ab, um die nächsten 5 Jahre nicht mehr benutzt zu werden.

    Jedenfalls funktioniert das genau so an meinem Holzspalter. Nur das die Leute von Mannesmann den Ölstrom über den Filter abbauen.

    Druckbegrenzungsventile sind keine Druckregelventile, zu denen die Proportionalventile gehören. Diese schaltet man in Reihe und die tun das, was sie konnen. Den Druck im System konstant halten.

    Das DBV stellt eine Steuerung dar (Grenzwert) und begrenzt nur den maximal möglichen Betriebsdruck.

    Möglicherweise hab ich ja die Sache noch nicht ganz durchschaut. Ich hoffe auf Ihren Rat.

    schrieb O.Klingspor am

  • #7

    Hallo Herr Klingspor,

    ich schließe mich der Meinung mit dem DBV an. Diese Variante habe ich auch noch nicht gesehen. Bei beispielsweise 1kW hydraulischer Leistung würden diese ja komplett am DBV in Wärme umgesetzt. Die Pumpe würde dies nicht lange überstehen. (Kavitation)
    Auch ihr Gedanke für die Geschwindigkeitssteuerung ist nicht so gut. Bitte denken Sie an die Druckübersetzung durch die Ablaufdrosselung. Somit kann man schnell einen Zylinder zerstören. Warum kein Proportionalventil?
    Weiterhin wird für einen Ackerschlepper meist keine Volumenstromregelung eingesetzt. Es sind in den älteren Schleppern bzw. kleine Schlepper alles Druckregelungen. Heute arbeiten die meisten größeren Traktoren mit dem Load Sensing System.

    Der Druckspeicher macht Ihr System träge. (Fahren Sie mal in Gedanken den Zylinder aus.)Es müsste erst der Druckspeicher neben den Zylinder befüllt werden. Gleichzeitig müsste die Pumpe gegen die Drosselung arbeiten.
    Beim einfahren des Zylinder würde der DS wieder drucklos…Energieverlust!

    Ich wollte damals hier keine so große Diskussion auslösen. Mich hatte nur der Filter gestört. Dieser sollte einfach vor dem T-Stück seine Position finden. Der Rest wäre doch schon sehr viel für einen Schüler…

    schrieb hiker am

  • #8

    Hallo Herr Klingspor,

    vielen Dank für Ihre Hydraulikschaltung mit 4-Wege-Ventil.
    Grundsätzlich gibt es im tec.LF noch keinen Beitrag zu 4-Wege-Ventilen. Dazu kommen wir in nächster Zeit auch nicht. Der vorliegende Beitrag war nur als Vorstellung einer möglichen Grundschaltung ohne praktische Feinheiten gedacht.
    Wir haben Ihren Vorschlag als Ergänzung und Information an den Beitrag Druckabfall ... angehängt und hoffen auf Stellungnahmen dazu aus dem Kreis der tec.Lehrerfreunde.
    Wir möchten schon einmal auf dies hinweisen: 
    - Druckspeicher: Er sitzt an der richtigen Stelle.
    - DBV: Der Anschluss an die Saugleitung ist grundsätzlich möglich. Ob der Pumpe und der Anlage danach (ohne Kühler) heißes Öl gut tut, ist eine andere Frage. Bei Ableitung in den großen Tank hätte es die Möglichkeit, abzukühlen.

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #9

    Hallo Herr Klingspor,

    vielen Dank.
    Wenn Sie uns Ihren Schaltplan mit Kurzbeschreibung an .(JavaScript must be enabled to view this email address) senden, sehen wir ihn gerne an. Bei Eignung für eine Diskussion hängen wir ihn an den Beitrag »Druckabfall ...« an.

    Grüße
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #10

    Verehrte Kollegen,

    ich hab mir mal zum Problem Gedanken gemacht und einen Schaltplan entworfen mit Differenzialzylinder usw.
    Wie kann ich diesen, falls es gewünscht wäre zur Disskusion stellen?

    Mfg

    Klingspor

    schrieb O.Klingspor am

  • #11

    Hallo Lehrerfreund,

    ich werde es mal in Angriff nehmen.

    @ O.Klingspor: Es ist aber so üblich! Glauben Sie mir! Ich habe nichts gegen die Filteranordnung. Jedoch muss die Pumpe immer abgesichert werden. Setzt man den Filter über das letzte T-Stück sind doch alle Probleme gelöst. Ich möchte Sie nur darauf hinweisen, dass bei einen verdreckten Filter der Druckverlust über den Filter steigt. Dabei ist es egal wo er angeordnet ist.
    Ich hoffe Sie unterrichten nicht diese Meinung!
    Weiterhin würde der Frontlader im leeren Zustand den Bauer zur Verzweiflung bringen! Ich denke ein Differentialzylinder wäre dafür geeigneter.

    schrieb hiker am

  • #12

    Erst mal: Glückwunsch zu Seite. Hilft mir weiter.

    Risikolose Technik gibt es nicht und wenn man etwas lehren will muß man didaktisch vereinfachen. Zur Anmerkung #8
    Wenn der Filter wirklich so verstopft ist, dann hat wohl jemand die Wartungsintervalle verschlampt. Dann noch auf das Druckbegrenzungsventil zu setzen ist nun schon mehr als mutig.
    Filterung des Rücklauf ist doch eine geniale Stelle, denn da ist der Druckstrom weitestgehend drucklos und der Filter kein nennenswerter Strömungswiderstand mehr. Ein Spaltfilter verträgt zumal so einiges.

    So nun zerreise man mich, das ich mich ungefragt gemeldet habe.

    schrieb O.Klingspor am

  • #13

    Hallo hiker,

    Sie haben den Finger in die Wunde gelegt. Nichts auf der Welt ist 100%ig - dieser Plan ist für Berufsanfänger gedacht, denen wir für Details noch ein bisschen Zeit geben wollen.
    Aber- schicken Sie uns doch einen richtig guten Plan zum Thema. Wenn er nicht über die Stränge schlägt, setzen wir ihn gerne unter den derzeitigen Plan.

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #14

    Bitte überdenken Sie Ihren Schaltplan!
    Was würde passieren, wenn der Filter verdreckt ist?
    Richtig: Ihr derzeitiger Aufbau würde sich zerstören!

    schrieb hiker am

  • #15

    Hallo Herr Weyer,
    direkt gesteuertes Druckbegrenzungsventil:

    F öl ist die am Kegelkolben angreifende und aus dem Öldruck resultierende Kraft (in der Skizze von links nach rechts wirkend).
    F f ist die Kraft, mit der die Druckfeder den Kegelkolben nach links schieben möchte.
    Wir werden demnächst in die Skizzen Kraftpfeile einfügen, damit dies verständlicher wird.

    Gruß
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #16

    worauf bezieht sich Föl und Ff?

    Grß

    schrieb Weyer am

  • #17

    Hier eine etwas komfortablere Frontladerhydraulik. Sie besitzt doppelt wirkende Zylinder und ein Wegeventil mit 4 Schaltstellungen; von rechts nach links: Heben, blockierte Zwischenstellung, Senken, Absenken mit Eigengewicht. Weil Schieberventile nicht völlig dicht sind, muss die blockierte Zwischenstellung mit Rückschlagventilen dagegen gesichert werden, dass die Last ungewollt absinkt. Rückschlagventile lassen das Öl nur in einer Richtung durch, sperren es aber in der entgegengesetzten Richtung.

    schrieb tec.Lehrerfreund am

  • #18

    Hallo,

    der hier dargestellte Schaltplan ist bis zum Äußersten abgespeckt, weshalb auf (trotzdem notwendige) Feinheiten wie Rückschlagventile verzichtet wurde. Es ist wahr: So würde der Frontlader unter Last tatsächlich ungewollt sinken. Alle ähnlichen Systeme (z.B. Dumper, SKW usw.) arbeiten aus Sicherheitsgründen mit verlässlichen Sperren.
    Der tec. Lehrerfreund wird so bald wie möglich einen ausführlicheren Plan anfügen und ihn kommentieren.
    tec.LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHRERFREUND am

  • #19

    hallo!
    ist es tatsächlich so, dass bei dem dargestellten system eines frontladers der arbeitszylinder mit einem 3/3 wegeventil mit sperrstellung gegen bewegung gesichert wird? wegeventile sind schieberventile und bauartbedingt niemals 100% dicht, so dass der frontlader, zwar sehr langsam, absinken würde. bei hebebühnen z.b. nutzt man deshalb doppelt-entsperrbare rückschlagventile..

    mfg

    schrieb tonn am

  • #20

    Hallo Herr Schiebener,

    vielen Dank für den Hinweis; Sie sehen das richtig. Der tec.LEHRERFREUND wird die Leitung unverzüglich berichtigen.

    Gruß tec. LEHRERFREUND

    schrieb tec.LEHREFREUND am

  • #21

    Der gezeichnete Schaltplan stimmt mit der gezeichneten Anwendung nicht überein, das DBV mündet in die Pumpenzuleitung ein, nicht in die Rücklaufleitung vor dem Filter!
    MfG
    PS

    schrieb Schiebener am

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