BASISS CHAKELIN G 1 1. Basisschakeling 1.1. De hydraulische kringloop Bestudeer het schema (het schema zou een hydraulische simulator kunnen voorstellen) en let op volgende zaken : C1 is een dubbelwerkende oliecilinder; P1 en P2 zijn pompen (aangedreven door een motor M); KP1 is de drukcollector van pomp P1; KP2 is de drukcollector van pomp P2; KT is de drukcollector voor de afvoer van olie naar tank T, via de terugloopfilter F; Beide pompen zijn beveiligd tegen overdrukken door respectievelijk de drukbegrenzers L1 en L2 en hebben een vaste instelling; V1 is een 4/2 ventiel, hefboombediend met twee vaste standen; L3 is een instelbare drukbegrenzer met manometer M3. Betekenis van de letters : P : drukaansluiting T : tankaansluiting A en B : naar cilinderpoorten Dit zijn de afgesproken coderingen volgens de C.E.T.O.P. normen. Werking : Door V1 (handbediend 4/2ventiel) om te schakelen, kan men de cilinder laten in en uitschuiven. Manometeraanduiding M3 : Indien het overdrukventiel L3 is ingesteld op 40 bar, zou men tijdens de werking de volgende vaststellingen kunnen doen : o tijdens de uitgaande beweging (+) : druk daalt tot 5 bar o cilinder volledig uitgeschoven : 40 bar o tijdens de ingaande slag : 20 bar o cilinder volledig ingeschoven : 40 bar
BASISS CHAKELIN G 2 schematisch : V1 t C1 t P (M3) t Indien men dit zou herhalen bij respectievelijk 60 bar en bij de minimale instelling van L3, zou men volgende waardes kunnen bekomen. Instelling van Manometer Aflezing het M1, M2 en tijdens drukregelventie M3 ingetrokken l L3 stand M1.1 0 60 bar M1.2 67 M3 60 M1.1 0 Minimale instelling : M1.2 25 18 bar M3 18 Aflezing tijdens de uitgaande slag 0 7 10 0 5 0 Aflezing tijdens uitgeschoven stand 64 0 60 18 0 18 Aflezing tijdens de ingaande slag 10 25 28 9 12 4 Besluit : De pomp bouwt slechts druk op in functie van de weerstand. De weerstand is maximaal op het einde van de slag. 1.2. Bestanddelen van een hydraulische kringloop 1.2.1. De pomp De pomp wordt aangedreven door een aandrijfmotor. Dit is meestal een elektromotor, maar het kan eveneens een benzine, dieselof gasmotor zijn. De pomp wordt met de motor verbonden door een elastische koppeling of door een riemoverbrenging.
BASISS CHAKELIN G 3 De pomp zet de mechanische energie van de motor om in hydraulische energie (drukenergie). 1.2.2. Het oliereservoir De eerste functie van het reservoir is het opbergen van de olie die nodig is om de verbruikers te voeden. Een tweede en minstens even belangrijke functie is het afkoelen van de olie. Want door het langdurig circuleren van de olie gaat deze opwarmen door de wrijving. Om de olie af te koelen gaat men het reservoir veel groter nemen dan nodig is. De praktijk heeft uitgewezen dat het reservoir een olievoorraad van 3 à 5 maal de pompopbrengst per minuut mag bevatten. Dit is echter maar een vuistregel, want de juiste bepaling van de reservoir inhoud is een probleem van warmtewisseling. 1.2.3. Oliefilters De ondervinding heeft geleerd dat het overgrote deel van de moeilijkheden met hydraulische installaties te wijten zijn het gebruik van vervuilde olie. Stof en onzuiverheden beperken de levensduur van de bewegende delen. De ideale aanzuigfilter is deze, die alle onzuiverheden tegenhoudt en die geen stromingsweerstand biedt. De soorten filters, hun plaats en het onderhoud worden later besproken. 1.2.4. Leidingen en koppelingen Hydraulische installaties hebben zowel druk als terugvoerleidingen nodig. In een hydraulische kring dient men veel meer aandacht te besteden aan het leidingwerk dan in een pneumatische kring, omdat : olie weinig samendrukbaar is en vlug haar druk verliest; er met veel grotere drukken gewerkt wordt en er meer kans is op lekkage; olie heeft een grotere massa dan lucht en dus ook meer traagheid, wat schokken en trillingen tot gevolg kan hebben; een slecht gedimensioneerde leiding heeft vermogenverlies tot gevolg. 1.2.5. Ventielen Deze dienen om de druk te regelen, de apparatuur te beveiligen, de vloeistofstroom af te sluiten of van richting te veranderen en om de snelheid te regelen. 1.2.6. Cilinders en hydromotoren De hydraulische cilinder zet de hydraulische energie terug om in mechanische energie.
BASISS CHAKELIN G 4 In de hydraulica komen naast de klassieke cilinders die de rechtlijnige beweging verzorgen, ook veel hydromotoren voor met een continue draaiende beweging. 1.3. Het schakelschema symbolen Dankzij het schakelschema kan men vaststellen hoe de diverse apparaten onderling met elkaar in verbinding zijn gebracht. Een schakelschema vergemakkelijkt het planlezen bij het uitvoeren van een installatie, het opsporen van defecten en eveneens het ontwerp. Indien men gebruik maakt van een simulatiepakket, kan het schema worden getest op zijn goede werking. In de komende oefeningen worden de meest elementaire schakelschema s uiteengezet. Het zijn juist die basisschema s die ons moeten leren en toelaten diverse processen op te bouwen. Het is een feit hoe ingewikkeld een schema ook is of mag lijken, de opbouw is steeds een aaneenschakeling van enkele basiskringlopen. Schakelschema s moeten duidelijk zijn. In het leidingswerk komen liefst zo weinig mogelijk bochten en kruisingen voor. De symbolen werden vastgelegd door de Europese Commissie voor Hydraulische en Pneumatische aandrijvingen, de CETOP. De symbolen voor hydraulica zijn vrij gelijklopend met die van de pneumatica. 1.4. Bedieningsventielen Om de zuiger van een hydraulische cilinder in beweging te brengen, beschikt men over een grote verscheidenheid aan ventielen, soms spreekt men van wegventielen of debietsverdeelschuiven. Door een ventiel te schakelen wordt oliedruk tot het zuigeroppervlak van de cilinder toegelaten. Dit zogenaamd schakelen kan geschieden door : handbediening mechanische bediening pneumatische bediening elektromagnetische bediening hydraulische bediening Ieder ventiel heeft een aantal aansluitpoorten die bestemd zijn voor : P = de persdrukaansluiting T = de afvoer of tankaansluiting
A en B (cilinder of hydromotor) = BASISS CHAKELIN G 5 de toevoer naar de verbruiker CETOP symboliseert de functie van een ventiel door een breukgetal, wat identiek is aan de pneumatische ventielen. (Opgelet : een afgeplugde poort wordt voorgesteld door een kruisje) 1.5. Hydraulische cilinders De cilinder heeft tot taak de hydraulische energie om te zetten in een rechtlijnige beweging. In de handel is een ganse waaier aan cilinders beschikbaar, die alnaargelang de toepassing kunnen ingezet worden. In hoofdzaak kunnen wij ze opsplitsen in twee groepen : enkelwerkende cilinders dubbelwerkende cilinders 1.5.1. Krachtberekening De theoretische kracht die een cilinder kan ontwikkelen wordt berekend met de formule F P A Daar het werkzame oppervlak van een dubbelwerkende cilinder niet gelijk is bij de in en uitgaande slag, is de trekkracht kleiner dan de duwkracht. 1.5.2. Snelheidsberekening Naast de kracht is ook de snelheid van de cilinder een hoofdelement. De snelheid wordt afgeleid van de volgende formule : Q A v Hierin is : Q : debiet in cm³/min A : oppervlakte in cm² v : snelheid in cm/min Stellen we daarbij dat : Q : debiet in l/min A : oppervlakte in cm² v : snelheid in m/sec dan wordt de formule : Q 6 A v of v Q 6 A
1.6. BASISS CHAKELIN G 6 Herhalingsvragen 1. Wat zijn de twee belangrijkste functies van het reservoir? 2. Waarom is de manometer M3 duidelijk lager tijdens de beweging van de zuigerstang dan bij stilstand van de cilinder? 3. Waarom valt de druk van de olie onmiddellijk weg in een hydraulische installatie als men de pomp stillegt? Dit is toch niet het geval bij een perslucht installatie wanneer we de compressor stilleggen. 4. Waarom geeft men in de hydraulica de voorkeur aan 4/2 of 4/3 ventielen in plaats van 5/2 of 5/3 ventielen? 5. Door wat wordt een afgeplugde poort gesymboleerd? 6. Teken het symbool van een : a. 4/2 ventiel, hefboombediend b. dubbelwerkende cilinder c. hydraulische pomp d. drukbegrenzingsventiel e. filter 7. Bereken de snelheid van de uitgaande en de ingaande slag van een cilinder (zie gegevens op een cilinder in het labo) als de pomp een debiet heeft van 6 liter/min.
BASISS CHAKELIN G 7 8. Bereken de cilinder diameter als een theoretische duwkracht van 2500 dan vereist is bij een druk van 125 bar.
HY DR. VL O EI ST O FF EN 8 2. Hydraulische vloeistoffen 2.1. Eigenschappen van hydraulische vloeistoffen 2.1.1. Algemeen Voor normale toepassingen gebruikt men als drukmedium gewoonlijk minerale oliën. Daarnaast worden, uit veiligheidsoverwegingen bijvoorbeeld in brandgevaarlijke ruimten ook tegen vuur bestand zijnde, d.w.z. moeilijk ontvlambare hydraulische vloeistoffen toegepast. Het gaat daarbij dan om: waterachtige vloeistoffen; hoofdbestanddeel water; olieemulsies; olieinwater, resp. waterinolieemuisies; watervrije synthetische vloeistoffen. De functies van de hydraulische vloeistoffen zijn: energietransport en overdracht; smering; bescherming tegen corrosie; afvoer van warmte; afvoer van vuil en andere onzuiverheden zoals neerslag, corrosie en slijtagedeeltjes. 2.1.2. Viscositeit Bepalend voor de keuze van een hydraulische olie zijn in de eerste plaats de viscositeit (vloeistoftaaiheid, stroperigheid) en temperatuurafhankelijkheid daarvan. Viscositeit is de weerstand van een vloeistof tegen stroming onder werking van een "vreemde" kracht als gevolg van de inwendige wrijving van de vloeistofdeeltjes. De viscositeit is vooral duidelijk waarneembaar wanneer men met een uitwendige kracht een lichaam door de vloeistof verplaatst. Door de cohesie van de moleculen ontstaat er een inwendige wrijving. Beschouw je een plaat met een oppervlakte A (m²), die zich met een snelheid v (m/s) over een vloeistoffilm met een dikte h (m) verplaatst. Door de adhesie kleeft de vloeistof onderaan de vaste wand, terwijl aan de oppervlakte de snelheid v is. Ten gevolge van dit snelheidsverschil treden er schuifspanningen op tussen de lagen. De daarbij optredende weerstand, resp. de inwendige wrijvingsweerstand F is, behalve van de viscositeit η dus ook afhankelijk van de snelheid v, het voortbewogen oppervlak A en de dikte h. Tussen deze grootheden bestaat het volgende verband:
F HY DR. VL O EI ST O FF EN 9 A v h Vraag : Wat is de eenheid van de (dynamische) viscositeit? De wrijvingscoëfficiënt η is een specifieke materiaalconstante, dynamische viscositeit genaamd. Daarnaast kent men de zogenoemde kinematische viscositeit ; dit is de dynamische viscositeit gedeeld door de dichtheid, die de weerstand tegen stroming onder werking van de zwaartekracht (= eigen gewicht) weergeeft. Vraag : Wat is de eenheid van de kinematische viscositeit? De kinematische viscositeit is een veelgebruikte rekengrootheid waarvan men de waarde met de gebruikelijke viscosimeters (viscositeitsmeetinstrumenten) rechtstreeks bepaalt. De eenheden waarin de viscositeit wordt uitgedrukt, zijn sterk afhankelijk van de meetmethoden, die neerkomen op: het bepalen van de uitstroomtijd van een gegeven hoeveelheid vloeistof; voorbeeld: de meetmethode volgens Engler, resp.: het laten zakken van een kogel in een buis met vloeistof (Höpplermethode); ook NEN 3026 en NEN 3803 beschrijven meetmethoden met buisviscosimeters. Voor de genoemde viscoiteiten geldt: de dynamische viscositeit wordt gemeten in Ns/m². een oude, nog veel gebruikte eenheid is de poise (P); 1 P = 100 cp (centipoise) = 0,1 Ns/m² = 0,1 Pa.s 1 cp = 103 Pa.s de kinematische viscositeit wordt gemeten in m²/s; een oude, nog veel gebruikte eenheid is de stoke (St). 1 St = 100 cst (centistokes) = 104 m²/s. Daarnaast kent men verouderde eenheden als graden Engler, seconden Saybolt en seconden Redwood, waarmee evenwel geen enkel mathematisch verband bestaat (ook onderling niet). Dit zijn relatieve maten waarbij leegstroomtijden van een reservoir worden vergeleken met die van water van een bepaalde temperatuur. 2.1.3. Verband tussen viscositeit en temperatuur
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 0 Uit de figuur blijkt dat, naar mate de temperatuur toeneemt, de viscositeit afneemt. Bij het ontwerp van een installatie gaat men gewoonlijk uit van een bedrijfstemperatuur van 50 C waarbij de installatie optimaal functioneert. Een bruikbare viscositeit is dan bijvoorbeeld 34.106 m²/s (34 cst). De bedrijfstemperatuur mag slechts weinig hoger of lager worden omdat bij een lagere dynamische viscositeit de wrijvingsverliezen in de olie zelf weliswaar afnemen, de lekverliezen worden dan echter groter (dunnere olie); bovendien is er het risico dat de smeerkwaliteit afneemt. Anderzijds neemt bij een lagere temperatuur de viscositeit toe. Daardoor zullen de wrijvingsverliezen, en daarmee de vermogensverliezen, toenemen en bereikt men al spoedig het punt dat men de olie niet meer door het systeem kan pompen. Tussen deze beide extreme situaties ligt een optimaal punt waarbij het vermogensverlies minimaal is. Dikwijls genieten dunvloeibare oliën (lage viscositeit) toch wel een zekere voorkeur vanwege de kleinere stromingsverliezen, die daarmee optreden. Viscositeitsindex De viscositeitsindex (VI) is een empirische maat voor de mate waarin de viscositeit afhangt van de temperatuur. Richtlijn hierbij is dat de VI hoog is, als de variatie van de viscositeit klein is. De VIschaal is empirisch vastgesteld. Men heeft daartoe de dynamische viscositeit vergeleken van twee soorten olie, een zeer goede en een zeer slechte, die beide bij 310 K (= 100 F) een hogere viscositeit hebben als bij 372 K (210 F), bij welke temperatuur beide oliesoorten dezelfde viscositeit
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 1 hebben (de viscositeit/temperatuurkarakteristieken van beide soorten snijden elkaar in dit punt). Bij de lage temperatuur (100 F) is de viscositeit van de beste olie echter veel lager dan die van de slechtere olie, met andere woorden: de slechtere olie heeft een viscositeit die sterker afhankelijk is van de temperatuur. Men heeft het viscositeitverschil bij 100 F uitgezet op een bepaalde logaritmische schaal en dit verschil in 100 delen verdeeld. De beste olie (laagste viscositeit bij 100 F) heeft VI = 100, en de slechtste (hoogste viscositeit bij 100 F) heeft VI = 0. Door vergelijking kan men ook tussenliggende VIwaarden van onbekende oliesoorten bepalen. Toen de VIschaal werd opgezet, heeft men de op dat moment beste olie als maatstaf voor VI = 100 genomen. Sindsdien zijn er betere oliën (dan die destijds "beste" olie) zodat thans VIwaarden groter dan 100, voorkomen. 2.1.4. Viscositeit en druk De viscositeit is niet alleen afhankelijk van de temperatuur, maar ook van de druk. Met het stijgen van de druk neemt de viscositeit toe. Zo heeft bijvoorbeeld een bepaalde oliesoort bij een (over)druk van 0 MPa en viscositeit van 50.106 m²/s (50 cst) bij 40 C; bij dezelfde temperatuur is de viscositeit 120.106 m²/s (120 cst) bij 40 MPa, en 300.106 m²/s (300 cst) bij 80 MPa. Toch speelt ook de temperatuurafhankelijkheid hierbij een rol. Van olie met een lage VI (viscositeitsindex) neemt de viscositeit namelijk sterker toe met de druk, dan van olie met een hoge VI 2.1.5. Indeling in viscositeitsklassen Het bedrijfsleven streeft ernaar met zo weinig mogelijk verschillende soorten hydraulische en smeerolie te voorzien in alle behoeften van een bepaald bedrijf. Bovendien wil men de producten van verschillende olieleveranciers op eenvoudige wijze op basis van de viscositeit met elkaar kunnen vergelijken. Aan deze behoefte is voldaan door het invoeren van zogenoemde viscositeitsklassen. Vòòr 1978 was de van oorsprong Amerikaanse aanduiding met SAEgetallen (SAE = Society of Automotive Engineers) nagenoeg de enige internationaal aanvaarde indeling in viscositeitsklassen. Het SAEgetal achter de productnaam geeft daarbij aan, in welke klasse, d.w.z. in welk viscositeitsgebied geldend bij een bepaalde temperatuur deze olie moet worden ingedeeld. De denkbeeldige oliesoort OLIENED 30 van een
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 2 Nederlandse fabrikant hoort dus thuis in dezelfde klasse als OLIAM 30 van een Amerikaanse fabrikant. Volgens deze SAEindeling zijn er 7 verschillende klassen motorolie (de winteroliën SAE 5 W, SAE 10 W en SAE 20 W, en de zomeroliën SAE 20, SAE 30, SAE 40 en SAE 50) en 5 klassen transmissieolie (SE 75, SAE 80, SAE 90, SAE 140 en SAE 250). Sindsdien is door de ISO (international Organization for Standardization) te Genève een op SIeenheden gebaseerde vergelijkbare indeling gemaakt en vastgelegd in een normalisatiesysteem voor oliën. Deze ISOclassificatie die vooral in de industrie zijn toepassing vindt, is vastgelegd in de norm: ISO 3448 INDUSTRIAL LUBRICANTS ISO VISCOSITY CLASSIFICATION Hoofdkenmerk van deze norm is dat het totale gebied van de lage tot de hoge viscositeiten (in mm²/s = 106 m²/s = cst), gemeten bij 40 C, is verdeeld in 18 gebieden met duidelijke gespecificeerde grenswaarden. Elk VGnummer (VG = viscosity grade) vertegenwoordigt steeds het midden van het gebied. Met deze ISO VGclassificatie wordt voldaan aan de praktijkbehoefte aan beschikbare viscositeiten. Het is de bedoeling dat de leveranciers van oliën de benamingen van hun producten in overeenstemming brengen met de ISO VGnummers (de meesten hebben dit anno 1983 reeds gedaan). Ook de fabrikanten van werktuigen dienen, bij opgave van aanbevolen oliesoorten, dit systeem te hanteren. Vergelijking Motorolie SAE30 komt overeen met ISO VG 100, en motoroliesae40 met lso VG 150. Van deze vergelijkbare klassen liggen de middens ongeveer gelijk. De breedte van de viscositeitsgebieden verschillen echter, de SAEgebieden zijn groter (breder) dan de ISO VGklassen, die dus nauwere viscositeitstoleranties hebben. 2.1.6. Overige kenmerken van hydraulische vloeistoffen Behalve de reeds genoemde kenmerken van hydraulische vloeistoffen moeten deze (o.a.) volgende kwaliteiten hebben: stabiel, d.w.z. goed bestand tegen verouderen, een goed waterafscheidend vermogen; het afscheiden van water voorkomt, resp. verhindert dat de smerende werking vermindert en het corrosiegevaar toeneemt; een laag stolpunt; het drukmedium moet ook bij lage temperaturen door het systeem stromen;
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 3 niet, of uiterst moeilijk ontbrandbaar; hydraulische vloeistoffen mogen niet gemakkelijk ontbranden; chemisch neutraal, d.w.z. nietaantastend voor dichtmateriaal en pakkingen Dit beperkte overzicht toont aan dat de hydraulische vloeistof in belangrijke mate bijdraagt aan het juiste functioneren van de gehele hydraulische installatie. In het volgende worden deze aspecten plus enkele nog niet genoemde kenmerken nader toegelicht. Veroudering. Olie die in aanraking komt met zuurstof (lucht) degenereert, d.w.z. oxideert, ontleedt, e.d. Het resultaat is de vorming van deels onoplosbare bestanddelen die samen een gomachtig substantie vormen en de zuurgraad van de olie verhogen. Deze zuurgraad is dan ook een maat voor de veroudering. Toevoegingen vergroten de weerstand van de olie tegen verouderen. Schuimneiging. Olie die met lucht in aanraking komt, kan bij hoge druk veel lucht opnemen. Als de druk lager wordt, komt de lucht weer vrij waardoor de olie gaat schuimen. De schuimneiging is de schuimhoogte (in mm) die ontstaat door een monster olie bij 297 K (= 24 C = 75 F) gedurende 5 minuten te doorluchten. Laat men na het bepalen van de schuimneiging het monster 10 minuten staan, dan is de resterende schuimhoogte (mm) de schuimstabiliteit. Ontluchtingstijd. Dit is de tijd die olie, waarin uiterst fijn verdeelde luchtdeeltjes rondzweven, nodig heeft om van troebel weer helder te worden, d.w.z. de tijd die deze luchtdeeltjes er over doen om het oppervlak te bereiken en te ontwijken. Men meet de ontluchtingstijd door met een weegschaal (balans) de dichtheid van de olie bij 50 C te bepalen, en dit monster daarna gedurende 7 minuten te beluchten. De ontluchtingstijd is de tijd in minuten waarin zoveel lucht ontwijkt dat de dichtheid 99,8% van de oorspronkelijke waarde is geworden. Waterafscheidend vermogen is het vermogen van een emulsie van olie en water om weer in 2 fasen (water en olie) te separeren. Water in olie dat kan lek of condenswater zijn moet zich daarmee niet kunnen mengen of een emulsie kunnen vormen. Dat vergroot namelijk het corrosiegevaar (roesten) en vermindert de smeerwerking. Het water moet dus gescheiden blijven van de olie, of zich daaruit snel afscheiden. Chemische toevoegingen (doops) bevorderen dit. Stolpunt Dit is de laagste temperatuur waarbij een vloeistof nog vloeit onder de werking van de zwaartekracht. Het stolpunt wordt gemeten, en vastgelegd in stappen van 3 C. De bedrijfstemperatuur moet minimaal 10 C hoger zijn dan het stolpunt.
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 4 Troebelingspunt, de lage temperatuur waarbij de olie troebel wordt door het uitkristalliseren van paraffinedeeltjes. Ontvlambaarheid; dit verschijnsel d.w.z. de eis van moeilijk ontvlambare vloeistoffen hangt samen met: a) Het vlampunt. Dit is de laagste temperatuur waartoe een vloeistof moet worden verhit om een dampluchtmengsel te vormen dat als men hierin een vlammetje houdt even opvlamt, maar weer uitdooft. b) Het brandpunt. Dit is de temperatuur tot waar een vloeistof moet worden verhit om een damp luchtmengsel te vormen dat ontstoken door middel van een vlam gedurende 5 seconden blijft branden. c) De zelfontstekingtemperatuur. Dit is de temperatuur waarbij een vloeistof ontsteekt als men deze door middel van een pipet in een van buiten verhitte fles laat druppelen. Als zogenoemde a.i.t. (= auto ignition temperature) neemt men een temperatuur die 5 C lager is dan de zelfonstekingstemperatuur. Chemisch neutraal. Het drukmedium komt in aanraking met allerlei materialen van de hydraulische installatie, o.a. ook met pakkingen en afdichtingen. Chemische neutraliteit jegens de afdichtingen wil zeggen dat het drukmedium geen verandering in afmetingen en in mechanische eigenschappen veroorzaakt wanneer beide met elkaar in contact zijn. Zuurgetal Een maat voor de zure en basische eigenschappen van een vloeistof; deze wordt uitgedrukt als een equivalente hoeveelheid zuur of base, nodig om de vloeistof te neutraliseren. Het zuurgetal is bijvoorbeeld het aantal milligrammen kaliumhydroxyde (KOH) dat nodig is om het zuur in 1 gram vloeistof te neutraliseren. Onder veroudering is opgemerkt dat het zuurgetal een indicatie is van de veroudering van de olie. Toch is er geen direct verband bekend tussen zuurgetal en corrosie. Wèl geeft vergelijking van het zuurgetal van gebruikte en nietgebruikte olie een aanwijzing over de mate van verontreiniging en de conditie van de installatie waarin de olie aanwezig is. Smeerwerking. Hydraulische olie moet een goede smeerwerking hebben, dus de wrijvingsweerstand tussen langs elkaar glijdende machinedelen (zuigers, plunjers) zo klein mogelijk maken. Samendrukbaarheid. Hydraulische olie wordt onder hoge druk samengedrukt; niet veel nog geen procent per 10 M Pa maar toch genoeg om de nauwkeurigheid van gewenste bewegingen nadelig te beïnvloeden, of te maken dat een installatie, als de druk wegvalt, nog nabeweegt. Desgewenst geeft de fabrikant van hydraulische vloeistoffen een overzicht (tabel, resp. kromme) van de volumeafname in afhankelijkheid van de druk.
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 5 Een kromme die dit verband aangeeft is niet lineair maar zodanig dat naarmate de druk stijgt, de volumevermindering afneemt. De te constateren volumevermindering van de hydraulische olie in een installatie is niet alleen het gevolg van de samendrukking van de olie. Er is ook nog een schijnbare volumeverkleining van de olie, veroorzaakt door het onder druk uitzetten van de installatie (leidingen, stangen, e.d.). Ook dit effect maakt dat er meer drukloze olie aangezogen en door het systeem getransporteerd moet worden dan er uiteindelijk aan volumeverandering bijvoorbeeld in een cilinder wordt gerealiseerd. De constructeur vat deze verschijnselen meestal samen in één allesomvattende factor, de zogenoemde fictieve samendrukbaarheidsfactor van de vloeistof waarmee alle effecten worden verrekend in een denkbeeldige, extra grote samendrukbaarheid van de vloeistof. Voordeel: men hoeft alleen met deze ene factor te rekenen. Uiteraard geldt deze factor uitsluitend voor een bepaalde vloeistof in een bepaald systeem. Dichtheid (soortelijke massa). Het zal duidelijk zijn dat door de samendrukking van de vloeistof onder hoge druk, de dichtheid (=massa/volume) daarvan toeneemt. Een tegengesteld effect heeft een temperatuurverhoging. Door de thermische uitzetting nemen het volume en daarmee het soortelijke volume (= volume/massa) toe, en wordt de dichtheid (massa/volume) dus kleiner. 2.1.7. Doops (additieven) In het algemeen is een doop een chemische stof die aan een product wordt toegevoegd om daaraan ofwel nieuwe eigenschappen te geven, ofwel bestaande eigenschappen te verbeteren of een nadelige invloed daarvan te onderdrukken. Ook aan hydraulische oliën zijn evenals aan smeeroliën een aantal doops toegevoegd. Het toevoegen van meer dan één doop roept een nieuw probleem op : de dopes mogen elkaar niet beïnvloeden, noch elkanders gunstige werking benadelen. Enkele van de belangrijkste doops zijn: Antioxidanten. Deze gaan het oxideren van de olie tegen: Anticorrosieven; òfwel gaan deze doops direct het corroderen (ook roesten) van metaal tegen, òfwel werken ze indirect als antioxidant doordat ze de vorming van een hechtende laag op metaal bevorderen, wat contact van water en zuur met het metaal verhindert. Troebelingspuntverlagers. Deze doops kapselen paraffinekristallen in voordat ze tot grotere vormen kunnen samenklonteren.
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 6 Antifoam is een antischuimdoop die de vorming van schuim tegengaat zonder dat de schuimstabiliteit of de ontluchtingstijd toenemen. VIverbeteraars. Doops die aan de olie worden toegevoegd om de VI, d.w.z. de mate van verandering van de viscositeit met de temperatuur, te reduceren. Filmversterkers, die ook wel antifrictieadditieven genoemd, hebben een wrijvingsverminderend effect. Bij smering versterken zij de oliefilm zodat met minder viskeuze olie (= dunnere olie met lagere viscositeit) kan worden gewerkt. Ook de zogenoemde "stick slip" zie later wordt hierdoor veel minder, zoniet geheel ondervangen. Antispat of hechtende doops. Deze bevorderen de hechting van de oliedeeltjes aan metaal (adhesie) en van de oliedeeltjes onderling (cohesie). Reinigende en dispergerende doops. Deze doops worden dikwijls in combinatie toegepast. Reinigende doops zogenoemde detergentia vergroten het reinigende effect van de olie, bijvoorbeeld doordat de aanhechting van vuildeeltjes wordt tegengegaan. Door dispergerende doops worden zwevende vuildeeltjes zodanig ingekapseld dat ze niet kunnen samenklonteren. Overige doops. Tenslotte een opsomming van enkele doops waarvan vaak de naam van de werking al aangeeft: Bactericiden: gaan bacterievorming tegen. Kleurstoffen Kleurstabilisatoren Emulgatoren; bevorderen een "gewenste" emuisievorming Grafiet en Molybdeendisulfide (MoS2), droge smeermiddelen die nog een smerende werking hebben onder extreme (bijv. droogloop) omstandigheden. 2.1.8. Gebruiksduur van hydraulische oliën De gebruiksduur van een hydraulische olie wordt in hoge mate bepaald door: de oxidatie; vermindering van de actieve antislijtagedoop; thermische invloeden (hoge temperaturen); afbraak van polymeren (o.a. in VIverbeteraars). Oxidatie en achteruitgang door thermische invloeden leiden tot het vormen van een aantal bijproducten die alofniet oplossen en de goede werking van het systeem nadelig (kunnen) beïnvloeden. De nietoplosbare producten hebben
HY DR. VL O EI ST O FF EN 1 7 de neiging samen te klonteren en sludge (drab) te vormen; deze "sludge" verstopt filters, leidingen en nauwe doorlaten. De in de olie oplosbare producten zijn zuur van karakter. Ze versnellen de oxidatie en zetten zich af op hete plekken als harsen en lakken. Ook kunnen deze zure producten de metalen aantasten (corroderen). De oxidatie wordt ook nog bevorderd door een aantal factoren, waarvan een hoge temperatuur de belangrijkste is. Bovendien hebben water, fijne metaaldeeltjes en andere verontreinigingen een katalytische invloed op de oxidatie van de olie. Gewoonlijk bevatten hydraulische oliën een antioxidant die de gebruiksduur van de olie aanzienlijk verlengt. Van de in veel hydraulische oliën verwerkte polymeren (VIverbeteraars) hebben sommige een grote weerstand tegen afschuiving. Wordt de olie door nauwe spleten geperst dan zal de buitensporige afschuiving die daarbij optreedt, ook deze polymeren beschadigen. De goede werking van de olie zal daardoor minder worden. Tijdens het bedrijf zal trouwens het effect en de goede werking van de meeste doops minofmeer teruglopen. 2.1.9. SAMENVATTING 1 In de hydraulica gebruikt men als drukmedium voornamelijk hydraulische vloeistoffen op basis van minerale olie (85%), en moeilijk ontvlambare vloeistoffen (15%). De functies van de hydraulische vloeistoffen zijn transport en overdracht van drukenergie, smering, bescherming tegen corrosie, en het afvoeren van vuil en warmte. Gewoonlijk past men hydraulische oliën toe, met een viscositeit van 34.106 m²/s (34 cst) bij 50 C. 2 Eén van de belangrijkste kenmerken van hydraulische oliën is hun temperatuurafhankelijkheid van de viscositeit. Daarnaast moeten hydraulische oliën stabiel zijn, d.w.z. goed bestand tegen veroudering, een goed lucht en waterafscheidend vermogen hebben, een laag stolpunt hebben, moeilijk ontvlambaar zijn, en zeer goed chemisch neutraal zijn (nietaantastend) ten opzichte van dichtmateriaal en pakkingen. 3 Men verbetert de eigenschappen van hydraulische oliën door er doops aan toe te voegen, het zogenoemde "dopen".
VEN TIELEN 1 8 3. Ventielen (Stuur en regelapparaten) 3.1. Begripsbepaling Apparaten waarmee men energiestromen beïnvloedt, noemt men in het algemeen schuiven of kleppen. Hiervoor geldt de volgende definitie : Schuiven of kleppen zijn apparaten voor het besturen of regelen van de start, de stop, de stromingsrichting, de druk of de volumestroom van het door een hydraulische energiebron (pomp of drukreservoir) geleverde drukmedium. 3.2. Indeling van de verschillende schuiven en kleppen 3.2.1. Indeling naar de functie van de schuif of de klep Voor het hydraulisch vermogen geldt de betrekking P q v p. Men regelt dit vermogen ( P ) door ofwel de doorstromende volumestroom( q v ), ofwel de druk ( p ), ofwel beide te veranderen. Op grond van deze functie(s) zijn de kleppen ingedeeld volgens het overzicht van figuur 3.1. 3.2.2. Indeling naar de bedieningsmethode Elke schuif of klep kan op verschillende manieren in werking komen door een actie van buitenaf (= bediening van de schuif of klep). In figuur 3.2 zijn de schuiven en de kleppen ingedeeld op basis van de verschillende bedieningsmethoden. 3.2.3. Indeling naar de klep op plunjerconstructie Figuur 3.3 geeft een indeling naar de constructieprincipes van de functionele klep en schuifonderdelen 3.3. Symbolen van kleppen en schuiven Om het verloop van een bepaalde besturing te kunnen nagaan, moet men inzicht hebben in de functie van de afzonderlijke componenten van die besturing. Hoe deze componenten zijn geconstrueerd om hun functie te vervullen en hoe groot of hoe klein ze zijn, is van ondergeschikt belang. Er zijn daarom symbolen vastgelegd die de functie van de componenten los van hun constructie en grootte, resp. capaciteit kenmerken. Door middel van deze symbolen kan men schakelschema s samenstellen.
VEN TIELEN 1 9
VEN TIELEN 2 0
VEN TIELEN 2 1
VEN TIELEN 2 2 De symbolen voor hydraulische (en pneumatische) schakelschema's zijn vastgelegd in het internationaal geldende normblad ISO12191976; hiervan afgeleid zijn vele nationale normen zoals de Nederlandse norm NEN 3348, de Belgische BINnorm en de Duitse norm DIN1S01219 (vervangt de oorspronkelijke Duitse norm DIN24300 die sinds 1979 is vervallen; deze DINnorm week op sommige punten af van de ISOnorm, reden waarom sommige Duitse auteurs en fabrikanten nog lichtelijk afwijkende symbolen publiceren). In het taalgebruik onderscheidt de Nederlandse norm NEN 3348 voor het regelen en besturen van krachtleverende verbruikers (hydromotoren en cilinders) de begrippen kleppen, stuurschuiven en ventielen; deze laatste aanduiding is vooral (uitsluitend) in de pneumatiek gebruikelijk en vervalt dus in het kader van deze cursus hydraulica. In de hydraulica verstaat men onder stuurschuiven de sturende apparaten waarmee men de toevoer van het hydraulische medium naar de verbruiker(s) vrijgeeft of afsluit, en de stromingsrichting door de schakeling beïnvloedt. Stuurschuiven hebben enkele (meer dan één) schakelstanden. Daarnaast verstaat men onder kleppen de verschillende componenten die de volumestroom of de druk traploos regelen. Verwarrend hierbij is dat deze definitie van kleppen en stuurschuiven wordt doorkruist door de constructieve uitvoering van deze componenten; zo zijn er zittingstuurschuiven (met een klepconstructie), plunjerstuurschuiven (met een stuurplunjer) en regelkleppen (met een regelplunjer); zie verder : constructie en werking van kleppen en stuurschuiven. 3.3.1. Symbolen Basissymbool van stuurschuiven en kleppen is het vierkant. Kleppen waarmee men de druk of de volumestroom traploos regelt, worden voorgesteld door één vierkant. Stuurschuiven met enkele vaste standen geeft men weer met rechthoeken, bestaande uit enkele vierkanten naast elkaar, één vierkant voor elke mogelijke schakelstand. Het symbool van stuurschuiven bestaat dus al naar het aantal schakelstanden uit enkele vierkanten; tenminste 2, naast elkaar; (3 vierkanten betekent 3 schakelstanden). De aansluitingen aan de poorten van de klep of de stuurschuif worden getekend als toevoer en afvoerleidingen vanaf de rechthoek. Let hierbij op bij de stuurschuiven : een schema moet altijd in rust getekend worden. De aanduiding van stuurschuiven berust op het aantal aansluitingen (of wegen) dit is het eerste cijfer en het aantal schakelstanden, het tweede cijfer. Voorbeeld: 4/3stuurschuif (of eventueel, zoals je gewoon bent uit de pneumatica, een 4/3ventiel). De lijnen en pijlen in het vierkant geven de verbindingswegen en de stromingsrichtingen aan.
VEN TIELEN 2 3 Doorverbindingen in de stuurschuif geeft men aan met een vette punt. Belangrijke verbindingswegen in verschillende schakelstanden van een stuurschuif zijn: de doorstroming; één verbindingsweg (2 poorten doorverbonden); de gesloten schakelstand; twee, drie of vier poorten gesloten (d.w.z. niet doorverbonden); de heenschakelstand (doorstroming naar de te bedienen of de volgende component); de retourschakelstand of omkeerstand (te bedienen component maakt de omgekeerde (retour)beweging; de vrijstand of omloopstand (inwendig met elkaar doorverbonden verbindingswegen); de rondpompstand (afgesloten werkleidingaansluitingen, doorverbonden toevoer en afvoerleiding); Het symbool dat de bedieningsmethode weergeeft, wordt getekend in het verlengde van (naast) het vierkant dat het resultaat van die bediening weergeeft;
VEN TIELEN 2 4 Bij kleppen zonder vaste schakelstanden is de toevoer resp. de afvoer steeds een open verbinding met de poort aan de zijde van de dwarsstreep aan de pijl, ook als het regelende onderdeel zich verplaatst; de doorstroming naar de andere poort wordt dus meer of minder gesloten, resp. gesmoord; 3.3.2. Aansluitingen Aansluitingen worden met de volgende hoofdletters aangeduid: Werkleidingen Voedingleiding (of persleiding) Retourleiding naar reservoir Lekolieleiding Stuurleidingen A,B,C P R,S,T L Z,Y,X 3.3.3. Ruststand, beginstand In schakelschema's worden de componenten steeds getekend in de begintoestand (beginstand); ligt deze niet duidelijk vast dan tekent men ze in de beginstand (startstand) van de installatie. De stuurschuif en de bewegende onderdelen daarvan zijn in de rusttoestand (kortweg ruststand, ook vaak nulstand genoemd) wanneer de stuurschuif niet elektrisch en hydraulisch is aangesloten en bijvoorbeeld door een veer in een zeer bepaalde schakelstand wordt geduwd; De stuurschuif komt in de beginstand wanneer deze wèl is gemonteerd in een installatie mèt drukmedium. Bij elektrisch bediende stuurschuiven kan de beginstand ook de stand zijn waarin de stuurschuif komt wanneer de elektrische spanning wordt ingeschakeld. Vanuit de beginstand kan een programma starten. Van het in de figuur getekende symbool is de ruststand dezelfde als de beginstand.
VEN TIELEN 2 5 Aansluitingen In schakelschema's tekent men de aansluitingen aan het symboolvierkant dat de ruststand, resp. de beginstand weergeeft. 3.3.4. Voorbeelden 4/3 stuurschuif, gesloten ruststand, door veren automatisch in de middenstand (= ruststand) gesteld; bediening door elektromagneet; schakelstand 1 is de heenschakel(bedienings)stand, schakelstand 2 is de retourschakelstand (omkeerstand), 2 werkleidingen A en B, een voedingsleiding P en een retourleiding T. 3/2stuurschuif in de heenschakel(bedienings)stand, tevens beginstand, bediening door hefboom, voedingsleiding P, werkleiding A, retourleiding T, 2 arretstanden voor de beide schakelstanden.
3.4. VEN TIELEN 2 6 Schakelschema s Een schakelschema toont schematisch d.w.z. met symbolen welke componenten, mèt hun functie, deel uitmaken van een hydraulische installatie. Voor het maken van een schakelschema gelden de volgende regels: 1. De symbolen worden van onder naar boven, in de richting van de energiestroom geplaatst, zonder te kijken naar de plaats die de componenten in werkelijkheid innemen in de installatie. 2. Het schema moet zo overzichtelijk mogelijk worden opgezet. Groepen bij elkaar behorende componenten komen ook in het schema bij elkaar te staan, bijvoorbeeld in een omraming (gemengde streeplijn = streepstiplijn). 3. Teken cilinders en stuurschuiven, indien mogelijk, horizontaal. 4. Teken alle componenten in de ruststand, resp. de beginstand; de gehele installatie in de ruststand. 5. Teken voor elektrohydraulische installaties afzonderlijke elektrische en hydraulische schakelschema s (stuur en hoofdkring). 6. De componenten worden zonodig aangeduid met opvolgende nummers, de aansluitpoorten met hoofdletters; naast de componentsymbolen kan men nog de belangrijkste gegevens vermelden;
Principeschema van een hydraulische schakeling a) hydrocilinder b) terugslagklep c) stroomregelklep d) 4/3stuurschuif e) toebehoren (manometer, leidingen, enz.) f) drukregelklep g) pomp h) elektromotor i) reservoir VEN TIELEN 2 7
3.5. VEN TIELEN 2 8 Samenvatting 1. Stuurschuiven en kleppen dienen voor het besturen en regelen van de hydraulische energie. Dit geschiedt door beïnvloeding van de volumestroom met stuurschuiven, stroomregelkleppen, terugslagkleppen en afsluiters, òf door beïnvloeding van de druk met drukregelkleppen. 2. De bediening van kleppen en stuurschuiven kan door spierkracht, mechanisch, elektrisch, hydraulisch of pneumatisch geschieden. 3. Naar hun constructievorm onderscheidt men zittingkleppen, schuifkleppen en smoorkleppen. 4. De symbolen van stuurschuiven en kleppen bepalen de aard en de functie van de vereiste componenten, niet echter hoe hun constructie moet zijn. 5. Een schakelschema vermeldt uit welke componenten een installatie is samengesteld. Daarbij worden de symbolen van onder naar boven in de richting van de energiestroom gerangschikt. De componenten worden getekend in de ruststand, resp. de beginstand. 3.6. Herhalingsvragen 1. Wat zijn, globaal, de functies van stuurschuiven en kleppen? 2. Hoe kan men de hydraulische energie beïnvloeden? 3. Welke bediening wordt aangeduid met het symbool van de figuur? 4. Van welk type is de klep van de figuur?
VEN TIELEN 2 9 5. Hoeveel schakelstanden, en hoeveel bestuurde aansluitingen heeft de stuurschuif met het symbool de figuur? 6. Welke van de stuurschuiven van de figuur heeft vrije doorstroming in de ruststand? 7. Welke schakelstand van stuurschuiven noemt men de beginstand? 8. Een4/3stuurschuif is in een schema opgenomen en getekend met het symbool volgens de figuur. Is dit overeenkomstig de geldende norm NEN 3348. Ja of nee?; licht Uw antwoord toe.
3.7. VEN TIELEN 3 0 Constructie en werking van kleppen en stuurschuiven 3.7.1. Drukkleppen NEN 3348 gebruikt de overkoepelende aanduiding DRUKREGELKLEPPEN voor alle kleppen waarvan de werking berust: òfwel op het veranderen van een smoordoorlaatopening waardoor de druk verandert òfwel op het tot stand brengen van een hydraulische schakeling bij een bepaalde druk. Verwarrend hierbij is dat van de verschillende typen kleppen uit deze groep er één is die ook "drukregelklep" wordt genoemd; (zie verder). Daarom staat (in afwijking van NEN 3348) boven deze paragraaf de algemene aanduiding DRUKKLEPPEN. Het basissymbool van drukkleppen is één vierkant. Tussen twee eindstanden zijn onbepaald veel tussenstanden mogelijk. De schakelstanden liggen dan ook niet vast. Men onderscheidt twee typen: a) met een in ruststand gesloten verbindingsweg tussen twee aansluitpoorten; b) met in ruststand doorverbonden (open) verbindingsweg tussen twee aansluitpoorten; Een andere onderverdeling onderscheidt drukregelkleppen en door druk schakelende kleppen. Bij drukregelkleppen neemt de regelzuiger (of plunjer) al naar de druk en/of de volumestroom varieert een bepaalde tussenstand in. De stuurdruk is daarbij, afhankelijk van de constructie, de eigen inlaatdruk of uitlaatdruk;
VEN TIELEN 3 1 Bij door druk schakelende kleppen opent of sluit de schakelplunjer de doorverbinding. De besturing geschiedt daarbij op afstand d.w.z. met een vreemde stuurdruk die van buitenaf in de klep komt. Op grond van hun functie onderscheidt men: a) Drukregelkleppen; (zie verder) Deze kleppen regelen de inlaatdruk (= primaire druk). b) Reduceerkleppen; (zie verder) Deze kleppen regelen de uitlaatdruk (= secundaire druk) Bij beide typen kan de benodigde stuurdruk zowel extern worden aangeboden, als uit de primaire of secundaire druk worden afgeleid. Ook een combinatie van beide is mogelijk. 3.7.1.1. Drukregelklep (veiligheidsklep) De drukregelklep beperkt de druk op de ingang van de klep de inlaatdruk op een bepaalde (ingestelde) maximumwaarde doordat, als deze druk te hoog wordt, de olie door de uitlaataansluitpoort wegstroomt. De drukregelklep wordt daarom ook dikwijls toegepast als veiligheidsklep. Bij drukregelkleppen onderscheidt men de direct werkende, en de indirect werkende (men leest ook wel indirect gestuurde, resp. voorgestuurde) uitvoering.
VEN TIELEN 3 2 De bovenstaande figuur toont een direct werkende drukregelklep. De olie, met een zekere oliedruk (p), komt via de groef van de dempplunjer op het eindvlak daarvan, en drukt met deze druk p op plunjervlak A. Hierdoor ontstaat de kracht Fp = p.a naar rechts. Wordt deze kracht groter dan de veerkracht van de door de instelschroef ingedrukte veer (Fv = c.s), dan beweegt de stuurplunjer naar rechts en is er vrije doorstroming naar het reservoir. Bij een wisselende druk maakt de plunjer een voortdurend heenenweergaande beweging; de klep "klappert" dan. De dempplunjer ondervangt dit klapperen. Het symbool weerspiegelt de functie van de drukregelklep. De drukregelklep met twee alofniet doorverbonden aansluitpoorten wordt getekend met een afgesloten ruststand. De instelbaarheid van de veer is aangegeven met de pijl die schuin door het symbool van de veer is getekend. De inwendige stuurleiding is (buitenom) getekend met een streeplijn. Daar de klep een onbepaald aantal tussenstanden kan innemen, wordt aan de pijl die de stromingsrichting aangeeft een dwarsstreep getekend;
VEN TIELEN 3 3 In "bedrijf" men noemt dit de werkstand is de rechthoek als het ware tussen de aansluitingen verschoven tot de doorstoompijl de beide aansluitingen direct doorverbindt; In de in de figuur (zie volgende bladzijde) getekende indirect werkende drukregelklep zit een hoofdplunjer met daarin een veer die deze hoofdplunjer omlaag drukt en de doorverbinding van P naar T afsluit. Door de boring in de hoofdplunjer met daarin een smoorgat stroomt er nu stuurolie naar de hulp(voorstuur)klep. Wordt de druk te hoog dan opent deze klep en stroomt de stuurolie als lekolie door een inwendige of uitwendige lekolieleiding naar het reservoir. Daar als de stuurolie door de smoring in de hoofdplunjer stroomt de druk van de stuurolie lager wordt, ontstaat er over de hoofdplunjer drukverschil. Daardoor werkt op het onderste vlak van de hoofdplunjer een grotere kracht dan op het bovenvlak. Is het drukverschil groot genoeg dan wordt de veerkracht overwonnen zodat de hoofdplunjer van zijn zitting wordt gelicht en de doorverbinding van P naar T tot stand komt. Indirect werkende drukregelkleppen kan men zeer nauwkeurig en fijn instellen; ze zijn echter duur. Door de hulpklep te scheiden van de hoofdstuurplunjer kan de drukregelklep ook op afstand (bijvoorbeeld op een schakelpaneel) worden ingesteld. De figuur toont de manier waarop de drukregelklep in de schakeling kort achter de hoofdpomp is opgenomen.
VEN TIELEN 3 4 Figuur : Indirect werkende drukregelklep a) constructieschema b) gedetailleerd symbool c) vereenvoudigd symbool 3.7.1.2. Differentiaalreduceerklep Plaatst men in de hoofdtoevoerleiding een drukregelklep met een inwendige stuurolieafvoer zodat de stuurolie niet als drukloze lekolie wegstroomt in de retourleiding, dan is de uitlaatdruk p2, steeds een zekere (vaste) waarde lager dan de inlaatdruk p1. De klep werkt dan als een differentiaalreduceerklep. 3.7.1.3. Volgorde(bijschakel) en afschakelklep Een indirect werkende drukregelklep met een uitwendige stuurolieafvoer kan men opnemen in een hoofdtoevoerleiding. Deze klep functioneert dan als volgorde of bijschakelklep. Na het bereiken van een zekere inlaatdruk gaat de klep open zodat er een vrije doorverbinding is naar de uitlaatpoort, d.w.z. naar het volgende deel van het hydraulische systeem.
VEN TIELEN 3 5 Door een eenvoudige constructiewijziging van een volgordeklep die er op neerkomt dat het drukmedium niet door de toevoerleiding maar door een afzonderlijke stuurleiding wordt toegevoerd, ontstaat een volgordeklep met afstandbesturing (zie figuur b). Een soortgelijke variant van de drukregelklep is de afschakelklep (zie figuur c). Deze heeft externe drukolie toevoer, interne stuurolietoevoer en brengt een doorverbinding naar het reservoir tot stand. In feite is dit een drukregelklep met afstandbediening. Figuur : Volgorde(bijschakel)klep a) constructieschema, b) symbool van de volgorde of bijschakelklep, c) symbool van de afschakelklep
VEN TIELEN 3 6 Afschakelkleppen openen bij een bepaalde (externe) stuurdruk de doorverbinding van de inlaatpoort naar de retourleiding naar het reservoir; ze functioneren dus als klep die een deel van het hydraulische systeem uitschakelt. Men kan bij deze (afschakel)kleppen volstaan met een inwendig afvoerkanaal van de stuur(lek)olie. Schakelingen met volgorde(bijschakel) en afschakelkleppen De linkse figuur toont de toepassing van een volgordeklep die pas na het bereiken van een zekere druk de oliestroom naar cilinder 2 doorlaat. In rechter figuur wordt de snellooppomp na het bereiken van een bepaalde werkdruk afgeschakeld en de totale volumestroom teruggebracht tot de opbrengst van de hoofd(werk)pomp. 3.7.1.4. Reduceerkleppen Reduceerklep (indirect werkend) a) constructieschema b) symbool (indirect werkend) c) symbool (direct werkend)
VEN TIELEN 3 7 Ook de reduceerklep is een regelklep die een druk regelt. De reduceerklep dient voor het constant houden van de druk in een secundaire tak van de schakeling. In tegenstelling dus tot de drukregelklep die de inlaatdruk controleert, houdt de reduceerklep de uitlaatdruk constant. De constructie van een reduceerklep vertoont veel overeenkomst met die van een drukregelklep; de stromingsinrichting is nu echter tegengesteld, en de ruststand is open. De stuurolie wordt uitwendig afgevoerd. In rust staat de toevoerpoort P in open verbinding met de afvoerpoort A. De druk bij A wordt via de smoring in de hoofdplunjer overgebracht op de hulpklep. Overschrijdt deze druk de ingestelde waarde, dan opent de hulpklep waardoor de druk boven de hoofdplunjer daalt. De druk bij A beweegt nu de hoofdplunjer naar boven, waardoor de verbinding tussen P en A wordt afgesloten. Daalt de druk bij A weer, dan zakt de hoofdplunjer en wordt weer olie van P naar A doorgelaten. Er bestaan ook direct werkende reduceerkleppen. Schakeling met een reduceerklep. 3.7.1.5. Elektrische drukschakelaars
VEN TIELEN 3 8 In een elektrische drukschakelaar wordt bij een bepaalde, ingestelde druk een schakelaar bediend. Een hydraulisch signaal wordt daarmee omgezet in een elektrisch signaal. De stuurolie komt door een toevoerleiding in een ringkamer en stroomt daaruit door een langsgroef in de stuurplunjer naar de onderzijde van deze plunjer. Zodra de oliedruk hoog genoeg is, en de naar boven gericht kracht op de plunjer groter is dan de veerkracht, schuiven de stuurplunjer en de daaraan bevestigde schakelarm omhoog; de schakelarm bedient hierbij een elektrische schakelaar. De oliedruk waarbij de schakelaar wordt bediend, is afhankelijk van de veerspanning; deze veerspanning en daarmee de schakeldruk is instelbaar. 3.7.2. Terugslagkleppen Terugslagkleppen geven vrije doorstroming in de ene stromingsrichting en versperren de oliestroom in de andere (tegengestelde) richting. Ze worden uitgevoerd als kogel of als kegelzittingkleppen. Onder het begrip terugslagkleppen valt in de eerste plaats het eenvoudige basistype. a) kogelzittingklep b) kegelzittingklep c) symbool van een door een veer belaste terugslagklep d) symbool van een onbelaste terugslagklep (tevens gebruikt voor een terugslagklep met een lichte kegel of kogelaandrukveer)
VEN TIELEN 3 9 Een speciale uitvoering is de door druk bediende terugslagklep ook wel bedienbare, of door hulpdruk (de) blokkeerbare terugslagklep genoemd die het toepassingsgebied van dit type klep aanzienlijk vergroot. Daarin verplaatst de stuurolie een hulpzuigermetstift, die de terugslagklep van zijn zitting licht, zodat de olie weer ongehinderd kan terugstromen. Deblokkeerbare terugslagkleppen worden bijvoorbeeld toegepast als men het terugschuiven van een zuiger door lekolieverlies langs de plunjer van de stuurschuif (onder werking van een uitwendige kracht) wil voorkomen, en de werking van de terugslagklep in de werkleiding die het gewenste effect heeft weer ongedaan moet maken als de last moet zakken. De figuur links toont een dergelijke toepassing. 3.7.3. Samenvatting 1. Drukkleppen beïnvloeden de hydraulische druk of schakelen bij een bepaalde druk. Drukkleppen hebben geen vaste schakelstanden. 2. De drukregelklep (of veiligheidsklep) regelt de druk op een bepaalde, ingestelde waarde. Van dit type klep is er zowel een direct werkende als een indirect werkende uitvoering. Indirect werkende drukregelkleppen zijn nauwkeuriger en fijner in te stellen. De stuurolie wordt inwendig of uitwendig afgevoerd door lekleidingen. 3. Plaatst men een drukregelklep met een inwendige stuurolieafvoer in een werkleiding, dan verkrijgt men een differentiaalreduceerklep die de uitlaatdruk met een vaste waarde vermindert ten opzichte van de inlaatdruk. 4. Volgordekleppen geven bij een ingestelde druk de doorstroming vrij naar een volgend deel van de schakeling, afschakelkleppen geven de doorstroming vrij naar het reservoir. De constructie komt overeen met die van de drukregelklep. Door eigen of vreemde druk bediende regelkleppen moeten een uitwendige stuurolie