Hydraulikantriebe holen auf bei Steuerbarkeit und Energieeffizienz

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Gemäß der Vorgabe sind die Ventilquerschnitte PA und BT gleich. Mit den Gleichungen (2) und (3) erhält man an der Steuerkante PA einen viermal so großen Druckabfall wie über BT. Daraus ergeben sich asymmetrische Druckwerte im A- und B-Raum des Zylinders und somit auch asymmetrische Kräfte. Dies gilt für das Aus- und Einfahren des Zylinders (Bild 2).

Dieses Beispiel bezieht sich auf einen Standardzylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von 100 mm und einem Stangendurchmesser von 70 mm. Beim Systemdruck wird von 100 bar ausgegangen, wobei das Ventil für einen Nennvolumenstrom von 50 l/min bei einem Druckabfall von 5 bar an jeder Kante ausgelegt ist. Zur Erleichterung des Vergleichs werden diese Werte in allen nachfolgenden Schaltungen beibehalten.

Höchstkraft des Hydraulikzylinders beim Ausfahren beträgt 200% der Einfahrkraft

Die Höchstkraft beim Ausfahren mit 80 kN beträgt im Vergleich zur Einfahrkraft 200% (Bild 2). Die blauen Punkte in der Kurve verdeutlichen die Grenzen der Pumpe. Der Maximalvolumenstrom liegt bei 100 l/min.

Fährt der Zylinder ein, könnte die Pumpe einen Volumenstrom für Geschwindigkeiten bis zu 420 mm/s erzeugen. Aufgrund des Druckabfalls im Ventil erreicht der Zylinder tatsächlich jedoch maximal 320 mm/s.

Bei dieser Kolbengeschwindigkeit wird die gesamte Energie durch Verluste innerhalb des Ventils verbraucht, so dass keine Kraft mehr vorhanden ist. Die beiden blauen Punkte in Ausfahrrichtung kennzeichnen die Volumenstromgrenze der Standardschaltung (210 mm/s) und den theoretischen Punkt, der mit regenerativen Schaltungen erreichbar ist (420 mm/s).

Angepasstes Ventil-Querschnittsverhältnis beseitigt asymmetrisches Druck- und Kraftverhalten

Das asymmetrische Druck- und Kraftverhalten der Standardschaltung kann durch Anpassung des Ventil-Querschnittsverhältnisses an das des Zylinders beseitigt werden. Ein Ventil mit relativen Werten von 1 : 1 : 0,5 : 0,5 ergibt in Kombination mit einem 2 : 1-Zylinder die Kurven in Bild 3.

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