Hydraulische Antriebe (14): Lösungen 28.03.2012, 07:19

Ein Kolben soll mit gesteuerter Geschwindigkeit angehoben und abgesenkt werden. Die dafür fehlenden Ventile sind als Schaltsymbole gegeben und sollen in den Schaltplan eingezeichnet werden. Lösungsvorschläge.

Hydraulische Hubanlage: Lösungvorschläge 

Wir wiederholen hier die Aufgabenstellungen.

Skizze 1: Der Kolben mit Last F_G soll mit gesteuerter Geschwindigkeit angehoben und abgesenkt werden. Die dafür fehlenden Ventile sind in der Skizze oben links dargestellt. Zeichnen Sie sie nach folgenden Angaben ein.

1. Man benötigt ein Ventil, das es erlaubt
- den Kolben mit verschiedenen Geschwindigkeiten aus- und einzufahren,
- den Kolben in beliebiger Stellung anzuhalten.

2. Man benötigt ein Ventil, das beim Heben der Last das Öl ungehindert durchströmen lässt.

3. Man benötigt ein Ventil, das beim Senken der Last öffnet und beim Heben den Ölstrom gedrosselt durchlässt.

Skizze 1 zeigt einen unvollständigen Schaltplan. Der Kolben soll nach Bedarf die Last F_G soll anheben und absenken. Zwischen P und dem Zylinder werden die beiden Rückschlagventile V3 und V4 aufgedrückt. 

a) Wird die Last gesenkt, schließen die Rückschlagventile V3 und V4. Machen Sie einen Vorschlag, wie V3 beim Absenken der Last geöffnet werden könnte.

b) Zeichnen Sie ein Wegeventil ein, das es erlaubt,
- den Ölstrom abzusperren,
- den Ölstrom beim Heben und Senken der Last zu drosseln.

Vervollständigen Sie den Schaltplan Skizze 1. 

Berechnungen zu der Hubanlage
Folgende Daten sind gegeben (Wirkungsgrade werden nicht berücksichtigt):
Last F_G = 5000 daN
Hubgeschwindigkeit v_H = 6,5 cm/s
Senkgeschwindigkeit v_S = 8,5 cm/s.
Zylinder:
- Durchmesser Kolben 100 mm
- Durchmesser Kolbenstange 70 mm

Aufgaben:
Berechnen Sie
a) Heben: Den Förderstrom Q in l/min. Berechnungsformel: Q = v • A (in l/min). (Anmerkung: 1 Liter entspricht 1 dm3).
b) Heben: Die Antriebsleistung P in kW. Berechnungsformel: P = F_G • v_H
c) Senken: Die Drücke auf der Kolbenseite und der Kolbenstangenseite. Berechnungsformel siehe auch Beitrag Kolbenkräfte.
Druckverlust beim Heben: Zwischen Zylinder und Tank 1,0 bar.
Druckverlust beim Senken: Zwischen Zylinder und Tank 1,5 bar
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Lösungsvorschläge

Vervollständigen Sie den Schaltplan Skizze 1. 

Berechnungen zu der Hubanlage
Folgende Daten sind gegeben (Wirkungsgrade bleiben unberücksichtigt):
Last F_G = 5000 daN
Hubgeschwindigkeit v_H = 6,5 cm/s
Senkgeschwindigkeit v_S = 8,5 cm/s.
Zylinder:
- Durchmesser Kolben 100 mm
- Durchmesser Kolbenstange 70 mm

Aufgaben:
Berechnen Sie
a) Heben: Den Förderstrom Q in l/min. Berechnungsformel: Q = A • v (in l/min). (Anmerkung: 1 Liter entspricht 1 dm³).
b) Heben: Die Antriebsleistung P in kW. Berechnungsformel: P = F_G • v_H
c) Senken: Die Drücke auf der Kolbenseite und der Kolbenstangenseite. Berechnungsformel siehe auch Beitrag Kolbenkräfte.
Druckverlust beim Heben: Zwischen Zylinder und Tank 1,0 bar.
Druckverlust beim Senken: Zwischen Zylinder und Tank 1,5 bar

a) Gegeben:
v_H = 6,5 m/s
d_K = 100 mm

Gesucht: Förderstrom Q_P in l/min –> 1 l/min = 1 dm³/min
Umrechnungen: v_H = 6,5 m/s = 0,065 m/s = 3,9 m/min 

Q_P = A_K . v_H = d_K² • π : 4
= (0,1 m)² • π : 4 • 3,9 m/min =
= 0,00785 m² • 3,9 m/min =
= 0,03063 m³/min
= 30,63 dm³/min
Q_P = 30,3 l/min

b) Gegeben:
F_G = 5 000 daN = 50 000 N
v_H = 0,065 m/s

Ges.: Leistung P
P = F_G • v_H =
= 50000 N • 0,065 m/s = 3 250 Watt
P = 3,25 kW

c) Gegeben:
F_G = 5 000 daN = 50 000 N
A_K = 0,007854 m² = 78,54 cm²

Ges.: Druck p_K beim Heben, verlustlos
p_K = F_G : A_K = 5000 daN : 78,54 cm² =
p_K = 63,67 daN/cm²
p_K = 63,67 bar.
Dazu kommt der Druckverlust von 1 bar, der zusätzlich aufgebracht werden muss:

p_Kges = 64,97 bar

Gesucht: Druck p_Kges beim Senken:
p_Kges = 63,67 bar + 1,6 bar = 64,37 bar.