Grundlagen der Technik: Hydraulikmotoren

Diesen Artikel im PDF-Format herunterladen

Abbildung 1. Außengetriebemotoren haben ein Antriebs- und ein Leerlaufrad in einem einzigen Gehäuse. Das Ausgangsdrehmoment ist eine Funktion des Drucks an einem Zahn, da der Druck an den anderen Zähnen im hydraulischen Gleichgewicht ist.

Alle Arten von Hydraulikmotoren haben diese gemeinsamen Konstruktionsmerkmale: eine Antriebsfläche, die einem Druckunterschied ausgesetzt ist; eine Möglichkeit, die Zufuhr von Druckflüssigkeit zur Druckfläche zeitlich zu steuern, um eine kontinuierliche Drehung zu erreichen; und eine mechanische Verbindung zwischen der Fläche und einer Ausgangswelle.

Die Fähigkeit der Druckflächen, der Kraft zu widerstehen, die Leckageeigenschaften jedes Motortyps und die Effizienz der Methode, die zur Verbindung von Druckfläche und Abtriebswelle verwendet wird, bestimmen die maximale Leistung eines Motors in Bezug auf Druck, Durchfluss, Drehmomentabgabe, Geschwindigkeit, volumetrischen und mechanischen Wirkungsgrad, Lebensdauer und physische Konfiguration.

Motorverschiebung bezieht sich auf das Flüssigkeitsvolumen, das erforderlich ist, um die Motorabtriebswelle um eine Umdrehung zu drehen. Die gebräuchlichsten Einheiten für das Motorhubvolumen sind in.3 oder cm3 pro Umdrehung.

Das Hubvolumen von Hydraulikmotoren kann fest oder variabel sein. Ein Motor mit festem Verdrängungsvolumen liefert ein konstantes Drehmoment. Die Geschwindigkeit wird durch die Steuerung des Eingangsstroms in den Motor variiert. Ein Motor mit variablem Hubraum liefert ein variables Drehmoment und eine variable Drehzahl. Bei konstantem Eingangsstrom und Druck kann das Drehmoment-Drehzahl-Verhältnis durch Änderung des Hubraums an die Lastanforderungen angepasst werden.

Das Ausgangsdrehmoment wird in Zoll-Pfund oder Fuß-Pfund angegeben und ist eine Funktion des Systemdrucks und des Motorhubs. Das Motordrehmoment wird in der Regel für einen bestimmten Druckabfall am Motor angegeben. Theoretische Zahlen geben das an der Motorwelle verfügbare Drehmoment an, wobei keine mechanischen Verluste angenommen werden.

Das Losbrechmoment ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine stehende Last in Bewegung zu setzen. Es ist mehr Drehmoment erforderlich, um eine Last in Bewegung zu setzen, als um sie in Bewegung zu halten.

Das Laufdrehmoment kann sich auf die Last eines Motors oder auf den Motor beziehen. Wenn es sich auf eine Last bezieht, gibt es das Drehmoment an, das erforderlich ist, um die Last in Bewegung zu halten. Bezieht es sich auf den Motor, gibt das Laufmoment das tatsächliche Drehmoment an, das ein Motor entwickeln kann, um eine Last in Bewegung zu halten. Das Laufdrehmoment berücksichtigt die Ineffizienz eines Motors und ist ein Prozentsatz seines theoretischen Drehmoments. Das Laufdrehmoment üblicher Getriebe-, Lamellen- und Kolbenmotoren beträgt etwa 90 % des theoretischen Drehmoments.

Das Anfahrdrehmoment bezieht sich auf die Fähigkeit eines Hydraulikmotors, eine Last zu starten. Es gibt das Drehmoment an, das ein Motor entwickeln kann, um eine Last in Bewegung zu setzen. In manchen Fällen ist es deutlich geringer als das Betriebsdrehmoment des Motors. Das Anlaufmoment kann auch als Prozentsatz des theoretischen Drehmoments ausgedrückt werden. Das Anlaufdrehmoment für gängige Getriebe-, Lamellen- und Kolbenmotoren liegt zwischen 70 % und 80 % des theoretischen Drehmoments.

Der mechanische Wirkungsgrad ist das Verhältnis des tatsächlich abgegebenen Drehmoments zum theoretischen Drehmoment.

Die Drehmomentwelligkeit ist die Differenz zwischen dem minimalen und dem maximalen Drehmoment, das bei einem bestimmten Druck während einer Motorumdrehung abgegeben wird.

Die Motordrehzahl ist eine Funktion des Motorhubs und des Volumens der dem Motor zugeführten Flüssigkeit.

Die maximale Motordrehzahl ist die Drehzahl bei einem bestimmten Eingangsdruck, die der Motor für eine begrenzte Zeit ohne Beschädigung aufrechterhalten kann.

Die minimale Motordrehzahl ist die langsamste, kontinuierliche, ununterbrochene Drehzahl, die an der Motorausgangswelle verfügbar ist.

Schlupf ist die Leckage durch den Motor – oder die Flüssigkeit, die durch den Motor fließt, ohne Arbeit zu verrichten.

Getriebemotoren

Außengetriebemotoren, Abbildung 1, bestehen aus einem Paar aufeinander abgestimmter Zahnräder in einem Gehäuse. Beide Zahnräder haben die gleiche Zahnform und werden durch Druckflüssigkeit angetrieben. Ein Zahnrad ist mit einer Abtriebswelle verbunden, das andere ist ein Zwischenrad. Die Druckflüssigkeit tritt an einem Punkt in das Gehäuse ein, an dem die Zahnräder ineinandergreifen. Sie zwingt die Zahnräder zur Drehung und folgt dem Weg des geringsten Widerstands um den Umfang des Gehäuses. Die Flüssigkeit tritt bei niedrigem Druck auf der gegenüberliegenden Seite des Motors aus.

Die engen Toleranzen zwischen Zahnrädern und Gehäuse tragen dazu bei, Flüssigkeitsleckagen zu kontrollieren und den volumetrischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Verschleißplatten an den Seiten der Zahnräder verhindern eine axiale Bewegung der Zahnräder und tragen zur Kontrolle der Leckage bei.

Innengetriebemotoren lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Ein direkt angetriebener Gerotormotor besteht aus einem Innen-Außen-Radsatz und einer Abtriebswelle (Abbildung 2). Das Innenrad hat einen Zahn weniger als das Außenrad. Die Form der Zähne ist so beschaffen, dass alle Zähne des Innenzahnrads jederzeit mit einem Teil des Außenzahnrads in Kontakt sind. Wenn Druckflüssigkeit in den Motor eingeleitet wird, drehen sich beide Zahnräder. Das Motorgehäuse hat integrierte nierenförmige Ein- und Auslassöffnungen. Die Drehpunkte der beiden Zahnräder liegen um einen bestimmten Betrag auseinander, der als Exzentrizität bezeichnet wird. Der Mittelpunkt des inneren Zahnrads fällt mit dem Mittelpunkt der Abtriebswelle zusammen.

Abbildung 2. Der direktangetriebene Gerotormotor hat ein Innen- und ein Außenrad. Beide Zahnräder drehen sich während des Betriebs.

In Abbildung 2(a) tritt die Druckflüssigkeit durch die Einlassöffnung in den Motor ein. Da das Innenzahnrad einen Zahn weniger hat als das Außenzahnrad, bildet sich eine Tasche zwischen den Innenzähnen 6 und 1 und der anderen Buchse A. Die nierenförmige Einlassöffnung ist so konstruiert, dass der Flüssigkeitsstrom gerade dann abgesperrt wird, wenn das Volumen dieser Tasche sein Maximum erreicht, wobei die Spitzen der Innenzähne 6 und 1 eine Dichtung bilden, Abbildung 2(b).

Während sich das Paar aus innerem und äußerem Zahnrad weiterdreht (Abbildung 2(c)), bildet sich eine neue Tasche zwischen den inneren Zähnen 6 und 5 und der äußeren Buchse G. In der Zwischenzeit hat sich die Tasche, die sich zwischen den inneren Zähnen 6 und 1 und der äußeren Buchse A gebildet hat, gegenüber der nierenförmigen Auslassöffnung verschoben und entleert sich stetig, während das Volumen der Tasche abnimmt. Die allmähliche, dosierte Volumenänderung der Taschen während des Einlasses und des Auslasses sorgt für einen sanften, gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom mit einem Minimum an Druckschwankungen (oder Welligkeit).

Aufgrund des zusätzlichen Zahns im äußeren Zahnrad bewegen sich die Zähne des inneren Zahnrads pro Umdrehung um einen Zahn weiter als die des äußeren. In Abbildung 2(c) sitzt der Innenzahn 4 in der Außenhülse E. Beim nächsten Zyklus sitzt der Innenzahn 4 in der Außenhülse F. Dies führt zu einer geringen relativen Differenzdrehzahl zwischen den Zahnrädern.

Ein umlaufender Gerotormotor, Abbildung 3, besteht aus einem Satz aufeinander abgestimmter Zahnräder, einer Kupplung, einer Abtriebswelle und einem Kommutator oder einer Ventilplatte. Das feststehende äußere Zahnrad hat einen Zahn mehr als das rotierende innere Zahnrad. Der Kommutator dreht sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das innere Zahnrad und bietet immer eine Druckflüssigkeit und einen Durchgang für den Tank zu den richtigen Zwischenräumen zwischen den beiden Zahnrädern.

Im Betrieb, Abbildung 3(a), ist der Zahn 1 des inneren Zahnrads genau in der Fassung D des äußeren Zahnrads ausgerichtet. Der Punkt y ist der Mittelpunkt des feststehenden Zahnrads, und der Punkt x ist der Mittelpunkt des Rotors. Wäre keine Flüssigkeit vorhanden, könnte sich der Rotor frei um die Buchse D in beide Richtungen drehen. Er könnte sich zum Sitz des Zahns 2 in der Fassung E oder umgekehrt zum Sitz des Zahns 6 in der Fassung J bewegen.

Abb. 3. Ein umlaufender Gerotormotor hat ein feststehendes Außenrad und ein rotierendes Innenrad. Der Rotor und die Welle drehen sich gegen den Uhrzeigersinn, aber der Ort des Punktes X ist im Uhrzeigersinn. Der Kommutator oder die Ventilplatte, die unter der Darstellung jeder Stufe der Motordrehung gezeigt wird, sorgt für den Druck und den Durchgang zum Tank für die Druckflüssigkeit.

Wenn die Druckflüssigkeit in die untere Hälfte des Volumens zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnrad fließt, wird, wenn ein Durchgang zum Tank für die obere Hälfte des Volumens zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnrad vorgesehen ist, ein Moment induziert, das das innere Zahnrad gegen den Uhrzeigersinn dreht und beginnt, den Zahn 2 in die Buchse E einzusetzen. Zu dem in Abbildung 3(a) gezeigten Zeitpunkt dichtet der Zahn 4 zwischen Druck- und Rücklaufflüssigkeit ab.

Wenn die Drehung jedoch fortgesetzt wird, bewegt sich der Ort des Punktes x im Uhrzeigersinn. Wenn jeder nachfolgende Zahn des Rotors in seiner Fassung sitzt (Abbildung 3(b)), wird der Zahn, der dem sitzenden Zahn auf dem Rotor direkt gegenüberliegt, zur Dichtung zwischen Druck- und Rücklaufflüssigkeit. Die unter Druck stehende Flüssigkeit zwingt den Rotor weiterhin, im Uhrzeigersinn zu kämmen, während er sich gegen den Uhrzeigersinn dreht.

Durch die zusätzliche Buchse im festen Zahnrad sitzt Zahn 1 beim nächsten Mal in Buchse J. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Welle um 1/7 einer Umdrehung gedreht, und Punkt x hat sich um 6/7 seines Vollkreises bewegt. In Abbildung 3(c) hat sich Zahn 2 in Buchse D eingepasst, und Punkt x hat sich wieder zwischen Buchse D und Punkt y ausgerichtet, was bedeutet, dass der Rotor eine volle Umdrehung innerhalb des äußeren Zahnrads gemacht hat. Der Zahn 1 hat sich von seinem ursprünglichen Punkt in Abbildung 3(a) um einen Winkel von 60° bewegt; 42 (oder 6 x 7) Zahneingriffe oder Fluidzyklen wären erforderlich, damit die Welle eine Umdrehung vollendet.

Der Kommutator oder die Ventilplatte, die in den Abbildungen 3(d), (e) und (f) dargestellt ist, enthält Druck- und Tankkanäle für jeden Zahn des Rotors. Die Durchlässe sind so angeordnet, dass sie keinen Druck oder Rückfluss zum entsprechenden Anschluss liefern, wenn ein Zahn in seiner Fassung sitzt. Zu allen anderen Zeiten sind die Durchgänge blockiert oder liefern Druckflüssigkeit oder einen Tankdurchgang in der entsprechenden Hälfte des Motors zwischen den Zahnrädern.

Ein Gerotormotor mit Rollenflügeln, Abbildung 4, ist eine Variante des umlaufenden Gerotormotors. Er hat ein stationäres Hohlrad (oder Stator) und ein bewegliches Planetenrad (oder Rotor). Der exzentrische Arm des Planetenrads wird nicht durch zwei Zapfenlager gehalten, sondern durch das Ineinandergreifen des 6-zähnigen Rotors und des 7-zähnigen Stators. Anstelle des direkten Kontakts zwischen Stator und Rotor sind Rollenschaufeln eingebaut, die die Verdrängungskammern bilden. Die Rollenflügel verringern den Verschleiß, so dass die Motoren in geschlossenen, hydrostatischen Hochdruckkreisen als direkt montierte Radantriebe eingesetzt werden können.

Lamellenmotoren

Abbildung 5. Lamellenmotoren (hier der ausgewuchtete Typ) haben Schaufeln in einem geschlitzten Rotor.

Lamellenmotoren, Abbildung 5, haben einen geschlitzten Rotor, der auf einer Antriebswelle montiert ist, die vom Rotor angetrieben wird. Die eng in die Rotorschlitze eingepassten Flügel bewegen sich radial und dichten gegen den Nockenring ab. Der Ring hat zwei große und zwei kleine radiale Abschnitte, die durch Übergangsabschnitte oder Rampen verbunden sind. Diese Konturen und die auf sie ausgeübten Drücke werden diametral ausgeglichen.

In einigen Konstruktionen drücken leichte Federn die Schaufeln radial gegen die Nockenkontur, um eine Abdichtung bei Null-Drehzahl zu gewährleisten, damit der Motor ein Anlaufmoment entwickeln kann. Bei höheren Drehzahlen werden die Federn durch die Zentrifugalkraft unterstützt. Radiale Nuten und Löcher in den Schaufeln gleichen die radialen hydraulischen Kräfte auf die Schaufeln jederzeit aus.

Durch Öffnungen in den Seitenplatten an den Rampen tritt Druckflüssigkeit in das Motorgehäuse ein und aus. Die an den Einlassöffnungen eintretende Druckflüssigkeit bewegt den Rotor gegen den Uhrzeigersinn. Der Rotor befördert die Flüssigkeit zu den Rampenöffnungen an den Auslassöffnungen, um sie in den Tank zurückzubefördern. Würde an den Auslassöffnungen Druck eingeleitet, würde er den Motor im Uhrzeigersinn drehen.

Der Rotor ist durch den Flüssigkeitsfilm axial von den Seitenplattenflächen getrennt. Die vordere Seitenplatte wird durch den Druck gegen den Nockenring geklemmt und hält optimale Abstände ein, wenn Temperatur und Druck die Abmessungen ändern.

Lamellenmotoren bieten gute Betriebswirkungsgrade, die jedoch nicht so hoch sind wie die von Kolbenmotoren. Allerdings kosten Lamellenmotoren im Allgemeinen weniger als Kolbenmotoren mit entsprechender Leistung.

Die Lebensdauer eines Lamellenmotors ist normalerweise kürzer als die eines Kolbenmotors. Lamellenmotoren sind mit einem Hubraum von 20 in.3/U erhältlich; einige Modelle für niedrige Drehzahlen und hohes Drehmoment sind mit einem Hubraum von 756 in.3/U erhältlich. Mit Ausnahme der Modelle mit hohem Hubraum und niedriger Drehzahl sind Lamellenmotoren nur begrenzt für niedrige Drehzahlen geeignet.

Kolbenmotoren

Abb. 6. Typischer Radialkolbenmotor.

Radialkolbenmotoren (Abb. 6) haben ein Zylinderrohr, das an einer angetriebenen Welle befestigt ist; das Rohr enthält eine Reihe von Kolben, die sich in radialen Bohrungen hin und her bewegen. Die äußeren Kolbenenden liegen an einem Druckring an. Druckflüssigkeit strömt durch einen Zapfen in der Mitte des Zylinderrohrs und treibt die Kolben nach außen. Die Kolben drücken gegen den Druckring und die Reaktionskräfte drehen das Zylinderrohr.

Der Hub des Motors wird durch seitliches Verschieben des Gleitblocks verändert, um den Kolbenhub zu ändern. Wenn die Mittellinien des Zylinderrohrs und des Gehäuses zusammenfallen, gibt es keinen Flüssigkeitsstrom und das Zylinderrohr bleibt daher stehen. Wird der Schlitten über die Mitte hinaus bewegt, kehrt sich die Drehrichtung des Motors um.

Radialkolbenmotoren sind sehr effizient. Obwohl der hohe Grad an Präzision, der für die Herstellung von Radialkolbenmotoren erforderlich ist, die Anschaffungskosten in die Höhe treibt, haben sie im Allgemeinen eine lange Lebensdauer. Sie bieten ein hohes Drehmoment bei relativ niedrigen Wellendrehzahlen und einen ausgezeichneten Betrieb bei niedrigen Drehzahlen mit hohem Wirkungsgrad; sie sind nur begrenzt für hohe Drehzahlen geeignet. Radialkolbenmotoren haben einen Hubraum von bis zu 1.000 in.3/U.

Axialkolbenmotoren verwenden ebenfalls das Prinzip der hin- und hergehenden Kolbenbewegung, um die Abtriebswelle zu drehen, aber die Bewegung ist axial und nicht radial. Ihre Wirkungsgradmerkmale sind ähnlich wie die von Radialkolbenmotoren. Axialkolbenmotoren sind anfangs teurer als Lamellen- oder Getriebemotoren mit vergleichbarer Leistung und haben, wie Radialkolbenmotoren, eine lange Lebensdauer. Aus diesem Grund spiegeln ihre höheren Anschaffungskosten nicht unbedingt die zu erwartenden Gesamtkosten während der Lebensdauer eines Geräts wider.

Abbildung 7. Schnittzeichnung eines Inline-Axialkolben-Hydraulikmotors.

Im Allgemeinen haben Axialkolbenmotoren ausgezeichnete Hochgeschwindigkeitsfähigkeiten, aber im Gegensatz zu Radialkolbenmotoren sind sie bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten begrenzt: Der Inline-Typ arbeitet reibungslos bis zu 100 U/min und der Schrägachsen-Typ liefert eine gleichmäßige Leistung bis in den 4-U/min-Bereich. Axialkolbenmotoren sind mit Verdrängungen von einem Bruchteil bis zu 65 in.3/U erhältlich.

Inline-Kolbenmotoren, Abbildung 7, erzeugen das Drehmoment durch Druck, der auf die Enden der Kolben ausgeübt wird, die sich in einem Zylinderblock hin- und herbewegen. Bei der Inline-Bauweise sind die Antriebswelle des Motors und der Zylinderblock auf derselben Achse zentriert. Der Druck an den Kolbenenden bewirkt eine Reaktion gegen eine gekippte Taumelscheibe und dreht den Zylinderblock und die Motorwelle. Das Drehmoment ist proportional zur Fläche der Kolben und eine Funktion des Winkels, in dem die Taumelscheibe positioniert ist.

Diese Motoren werden in Modellen mit festem und variablem Hubraum gebaut. Der Taumelscheibenwinkel bestimmt die Motorverschiebung. Beim variablen Modell ist die Taumelscheibe in einem schwenkbaren Joch montiert, und der Winkel kann mit verschiedenen Mitteln verändert werden – von einem einfachen Hebel oder Handrad bis hin zu hochentwickelten Servosteuerungen. Eine Vergrößerung des Taumelscheibenwinkels erhöht die Drehmomentkapazität, verringert aber die Drehzahl der Antriebswelle. Umgekehrt verringert eine Verkleinerung des Winkels die Drehmomentkapazität, erhöht aber die Antriebswellendrehzahl (es sei denn, der Flüssigkeitsdruck sinkt). Damit Drehmoment und Drehzahl innerhalb der Betriebsgrenzen bleiben, sind Winkelanschläge vorgesehen.

Ein Kompensator variiert die Motorverschiebung als Reaktion auf Änderungen der Arbeitslast. Ein federbelasteter Kolben ist mit dem Joch verbunden und bewegt es als Reaktion auf Änderungen des Betriebsdrucks. Jeder Lastanstieg geht mit einem entsprechenden Druckanstieg einher, der sich aus den zusätzlichen Drehmomentanforderungen ergibt. Die Steuerung stellt dann das Joch automatisch so ein, dass das Drehmoment bei geringer Last steigt. Im Idealfall regelt der Kompensator die Verdrängung für maximale Leistung unter allen Lastbedingungen bis zur Einstellung des Überdruckventils.

Abb. 8. Querschnittsansicht eines Schrägachsen-Kolbenmotors.

Schrägachsen-Kolbenmotoren, Abbildung 8, entwickeln das Drehmoment durch eine Reaktion auf den Druck auf hin- und hergehende Kolben. Bei dieser Konstruktion sind der Zylinderblock und die Antriebswelle in einem Winkel zueinander montiert; die Reaktion erfolgt gegen den Flansch der Antriebswelle.

Drehzahl und Drehmoment ändern sich mit der Änderung des Winkels – von einer vorbestimmten Mindestdrehzahl mit maximalem Hubraum und Drehmoment bei einem Winkel von etwa 30° bis zu einer Höchstdrehzahl mit minimalem Hubraum und Drehmoment bei etwa 7-1/2°. Es sind sowohl Modelle mit festem als auch mit variablem Verdrängungswinkel erhältlich.

Drehflanschmotoren

Drehflanschmotoren, Abbildung 9, haben einen Drehflansch A, der sich dreht, um Drehflügel B zu passieren, während der zweite Drehflansch C abwechselnd mit der Rotornabe in Dichtungseingriff ist. Das Drehmoment wird direkt von der Flüssigkeit auf den Rotor und vom Rotor auf die Welle übertragen. Zahnräder zwischen der Abtriebswelle und den Drehanschlägen halten die Rotorschaufel und die Anschläge in der richtigen Phase. Eine Rolle in einer Schwalbenschwanznut an der Spitze des Rotorflügels sorgt für eine positive Abdichtung, die im Wesentlichen reibungsfrei und relativ verschleißfrei ist. Die Dichtungskräfte sind hoch und die Reibungsverluste aufgrund des Rollkontakts gering.

Ein Schraubenmotor ist im Wesentlichen eine Pumpe mit umgekehrter Strömungsrichtung. Ein Schraubenmotor verwendet drei ineinandergreifende Schrauben – einen Hauptrotor und zwei Nebenrotoren (Abbildung 10). Die Leerlaufrotoren wirken als Dichtungen, die aufeinanderfolgende, isolierte Schraubenkammern innerhalb eines eng anliegenden Rotorgehäuses bilden. Der Differenzdruck, der auf die Gewindebereiche des Schraubensatzes wirkt, entwickelt das Motordrehmoment.

Die Losradrotoren schwimmen in ihren Bohrungen. Die Drehgeschwindigkeit des Schraubensatzes und die Viskosität der Flüssigkeit erzeugen einen hydrodynamischen Film, der die Ritzelrotoren stützt, ähnlich wie eine Welle in einem Gleitlager, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu ermöglichen. Der rollende Schraubensatz sorgt für einen leisen, vibrationsfreien Betrieb.

Auswahl eines Hydraulikmotors

Abb. 9. Das Widerlager A des Motors dreht sich am Drehflügel B vorbei, während das zweite Widerlager C die Dichtungsplatte berührt, um Hoch- und Niederdruckbereiche zu trennen. Dichtungsstifte in den Flügelspitzen und am Rotorumfang sorgen für eine nahezu reibungslose Abdichtung. Der Rotor dreht sich im Uhrzeigersinn, wenn Druckflüssigkeit an Anschluss 1 anliegt.

Die Anwendung des Hydraulikmotors gibt im Allgemeinen die erforderliche Leistung und den Drehzahlbereich des Motors vor, obwohl die tatsächliche Drehzahl und das erforderliche Drehmoment manchmal variiert werden können, während die erforderliche Leistung beibehalten wird. Die Wahl des Motortyps hängt von der geforderten Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistung ab.

Wenn die Art der Flüssigkeit bestimmt ist, basiert die Wahl der tatsächlichen Größe auf der erwarteten Lebensdauer und der Wirtschaftlichkeit der Gesamtinstallation an der Maschine.

Ein Flüssigkeitsmotor, der mit einer geringeren als der Nennleistung betrieben wird, bietet eine Lebensdauerverlängerung, die mehr als proportional zur Verringerung des Betriebs unter der Nennleistung ist.

Die von einem Motor erzeugte maximale Leistung wird erreicht, wenn er mit dem maximalen Systemdruck und der maximalen Wellendrehzahl arbeitet. Wenn der Motor immer unter diesen Bedingungen betrieben werden soll, sind seine Anschaffungskosten am niedrigsten. Muss jedoch die Abtriebsdrehzahl reduziert werden, müssen die Gesamtkosten des Motors mit Drehzahlreduzierung berücksichtigt werden, um die Gesamtkosten der Antriebsinstallation zu optimieren.

Dimensionierung von Hydraulikmotoren

Ein Beispiel für die Berechnung der Größe eines Hydraulikmotors für eine bestimmte Anwendung: Eine Anwendung erfordert 5 PS bei 3.000 U/min, mit einem verfügbaren Versorgungsdruck von 3.000 psi und einem Rücklaufdruck von 100 psi; die Druckdifferenz beträgt 2.900 psi.

Das theoretisch erforderliche Drehmoment errechnet sich aus:

T = (63,0252 3 PS)/N

wobei:
T das Drehmoment, lb-in, und
N ist die Drehzahl, U/min.
Für die Bedingung T = 105 lb-in.

Der Hubraum des Motors wird berechnet als:

D = 2π T ÷ ΔPeM

wobei:
D der Hubraum, in.3/Umdrehung
ΔP ist die Druckdifferenz, psi, und
eM ist der mechanische Wirkungsgrad, %.
Wenn der mechanische Wirkungsgrad 88% beträgt, dann ist D 0,258 in.3/Umdrehung.

Berechnung des erforderlichen Durchflusses:

Q = DN/231eV,

wobei: Q ist der Durchfluss, gpm, und
eV ist der volumetrische Wirkungsgrad, %.
Wenn der volumetrische Wirkungsgrad 93% beträgt, dann ist Q 3,6 gpm.

Der Druck in diesen Gleichungen ist die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck. Daher verringert jeder Druck am Auslass das Drehmoment eines Fluidmotors.

Der Wirkungsgrad der meisten Motoren ist ziemlich konstant, wenn sie mit halbem bis vollem Nenndruck und im mittleren Teil des Nenndrehzahlbereichs betrieben werden. Wenn sich die Drehzahl einem der beiden Extreme nähert, nimmt der Wirkungsgrad ab.

Niedrigere Betriebsdrücke führen zu niedrigeren Gesamtwirkungsgraden aufgrund der festen internen Rotationsverluste, die für jeden Fluidmotor charakteristisch sind. Eine Verringerung des maximalen Hubraums bei Motoren mit variablem Hubraum verringert ebenfalls den Gesamtwirkungsgrad.

Fehlfunktionen von Hydraulikmotoren

Die meisten Probleme mit Motoren lassen sich in folgende Kategorien einteilen:

Ungeeignete Flüssigkeit – Der Motor unterscheidet sich nicht von den anderen Komponenten des Hydrauliksystems – er muss mit sauberer Flüssigkeit in ausreichender Menge und in der richtigen Qualität und Viskosität versorgt werden.

Schlechte Wartung – Ein schlechtes Wartungsprogramm ist die zweitwichtigste Ursache für größere Probleme. Typische Fehler in einem Programm sind:

• Nichtüberprüfen und Reparieren von Leitungen und Anschlüssen, um Lecks zu stoppen; fehlerhafte Anschlüsse können Schmutz und Luft in das System eindringen lassen, den Druck senken und einen unregelmäßigen Betrieb verursachen.
• Nichtvorschriftsmäßiger Einbau des Motors. Eine falsche Ausrichtung der Motorwelle kann zu Lagerverschleiß und damit zu Effizienzverlusten führen. Eine falsch ausgerichtete Welle kann auch das Drehmoment verringern, den Reibungswiderstand und die Erwärmung erhöhen und zu einem Ausfall der Welle führen.
• Nicht nach der Ursache einer Motorstörung suchen. Wenn ein Motor ausfällt, sollten Sie immer nach der Ursache für den Ausfall suchen. Wenn die Ursache nicht behoben wird, wird der Fehler natürlich wieder auftreten.

Unangemessener Betrieb – Das Überschreiten der Betriebsgrenzen eines Motors fördert den Ausfall des Motors. Jeder Motor hat konstruktionsbedingte Grenzen für Druck, Drehzahl, Drehmoment, Hubraum, Last und Temperatur. Übermäßiger Druck kann aufgrund von Motorschlupf Wärme erzeugen und dazu führen, dass der Motor die Drehmomentgrenzen überschreitet. Eine überhöhte Drehzahl kann zur Erhitzung und zum Verschleiß von Lagern und anderen Innenteilen führen.

Ein überhöhtes Drehmoment kann zu Ermüdung und Beanspruchung der Lager und der Motorwelle führen, insbesondere bei Anwendungen, die häufiges Umschalten des Motors erfordern. Eine übermäßige Belastung kann zu einer Ermüdung der Lager und der Welle führen. Und schließlich kann eine zu hohe Temperatur zu Leistungseinbußen führen, weil das Öl dünner wird, und einen schnellen Verschleiß aufgrund mangelnder Schmierung verursachen.

Diesen Artikel im PDF-Format herunterladen