Hydraulik - Differentialsteuerung bzw. Umlaufsteuerung

Schaltungstechnik

Hydraulik Differentialschaltung

Schaltungstechnik

Differential-Schaltung bzw. Umlaufschaltung

In der folgenden Trickschaltung kann der Zylinder mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausfahren. So kann ein Leerhub bis zum eigentlichen Antreffen des Werkstückes mit großer Geschwindigkeit überwunden werden, um dann auf kleine Geschwindigkeit beim Auftreffen des Werkstückes umschalten zu können. Der Trick besteht in dem 3/2-Wegeventil, welches den Volumenstrom in der Rückleitung umleitet und der Eingangsseite des Zylinders wieder zuführt. 

Wie funktioniert der schnelle Vorlauf?  Das Video gab darüber schon Auskunft. Wir betrachten noch einmal: Das auf der Kolbenstangenseite verdrängte Volumen wird über das Ventil 1S1 zusätzlich zur Pumpenfördermenge zugeleitet, wie folgende Abbildung zeigt:

Hydraulik Differentialsteuerung Funktion

Eine höhere Ausfahrgeschwindigkeit kann man mit einer sogenannten Differentialschaltung (auch Umströmungsschaltung genannt) erreichen. Anwendbar auf Hydraulikzylindern mit einseitiger Kolbenstange.

Prinzip: Das auf der Stangenseite verdrängte Volumen Q2 wird der Kolbenseite zugeleitet, so dass sich ergibt:

         Q1 = Qe  +  Q2

A1  * v1  = Qe   +   A2  * v2        

da v1 = v2 folgt:     A1 * v – A2 * v   =   Qe 

 v   =    _   Qe_ _   
             A1 – A2                                                                                                                                 
 
bzw. da Kolbenfäche A1 - Ringfläche A2 = Stangenfläche folgt:  v = Qe
                                                                                                                     A St

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab:

Damit ergibt sich:

FK = p * AK      ¦          Fres = FK – FR = p (AK – AR)

FR = p * AR      ¦          Fres = p * AST

Der von der Pumpe verdrängte Volumenstrom Qe erzeugt auf beiden Kolbenflächen einen Druck. Dadurch verringert sich die resultierende Kolbenkraft und der Wirkungsgrad sinkt stark ab!

Bem.: Index `K` für Kolben
          Index `R` für Ring
          Index `St` für Stange
 

Verständnisfragen:

7A1:  Wieso kann der Zylinder in der Differentialschaltung ausfahren, wenn doch bei einem geschlossenem System der Druck überall gleich ist?

7A2:  Worin ist der geringere Wirkungsgrad der Differentialschaltung begründet?

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