Gesucht: Ratschläge zu Ölmotoren (Hydrostat) und elektrisch gesteuerten Ventilen

[maju]

Ich plane - nach langer Pause - wieder einen Minitraktor, mit dem ich sowohl im Winter verwinkelte Parkplätze und Gehwege von Schnee befreien als auch in einem Keller Ware auf engem Raum bewegen kann. Auf Grund der Indoornutzung ist nur ein elektrischer Antrieb möglich. Für die Outdoornutzung ist ein Allradantrieb und für die Beweglichkeit eine Allradlenkung geplant.

Da sich für das Heben von Lasten eine Hydraulik am besten eignet (und Hydrauliklösungen in der Regel sehr robust sind) ist der Einsatz eines Hydrostat-Antrieb naheliegend. Die geplante Allradlenkung und die extremen Einschläge der Räder erlauben keine mechanische Lenkung. Gelenkt werden die Räder deshalb ebenfalls hydraulisch. Gesteuert werden die Lenkzylinder über eine Software via Raspberry Pi, Beaglebone Black, etc.

1. Die Ventile werden ja elektronisch gesteuert. Ist es bei allen elektrischen Ventilen gewährleistet, dass der Durchlass-Querschnitt stets aliquot zur angelegten Spannung ist? D.h. bei ¼ Spannung auch genau ¼ des Querschnitts offen ist um ¼ des Volumenstroms (und somit ¼ des Geschwindigkeit) zu erhalten? Wenn das nicht gewährleistet ist, wie nennen sich diese Ventile die das gewährleisten (sind das die „Proportionalventile“?)?

2. Bei „Stromausfall“ sollte der Traktor natürlich stehenbleiben und eine Bremswirkung haben. Wenn man 4/2 Ventile verwendet ist ja der Auslass der Motoren drucklos und somit kann sich der Ölmotor drehen (und man hat somit keine Bremswirkung?). Wenn man hingegen ein 4/3 Wegeventil verwendet mit Sperrruhestellung, bleibt der Ölmotor ja bei geschlossenem Ventil „im Öl gefangen“ da der Rücklauf auch über das Ventil läuft und das Öl somit nicht abläuft. Somit sollte sich der Hydrostat kaum mehr bewegen können. In diesem Fall lässt sich der Traktor ohne Strom wahrscheinlich auch nicht schieben. Wie würdet Ihr Euch entscheiden?

3. Durch die Allradlenkung und bei der geplanten extremen Wendigkeit haben die linken Räder und die rechten Räder unterschiedliche Einschläge (bei einer idealen Kurvenfahrt bewegen sich alle Räder auf Kreisen die einen gemeinsamen Mittelpunkt haben). Die linken Räder haben aber die gleichen Einschläge, ebenfalls die Rechten. Somit haben je zwei Räder die gleiche Drehzahl und das würde anbieten, die Ölmotoren für eine Seite in Serie zu schalten und mit einem einzelnen Ventil anzusteuern. Unter http://hydraulicspneumatics.com/other-technologies/book-2-chapter-12-fluid-motor-circuits (Punkt 12-17) steht aber, dass bei einer Serienschaltung von Motoren es zu einem Rückschlag kommen kann der zu einer Beschädigung der Motoren führen kann. Hat Jemand Erfahrung damit? Serienschaltung ja oder lieber in ein zusätzliches Ventil investieren?

4. Gesteuert werden sollen die Ventile über eine Software auf einem der Mini PC’s (Raspberry Pi, Banana Pi, Beaglebone Black, etc). Die Entscheidung welche Hardware verwendet wird dürfte sich darauf beschränken für welche Hardware man einem geeigneten Motor Shield für die Ansteuerung der Ventile erhält. Hat schon Jemand richtige Hydraulik (nicht Lego, etc) über diese Mini PC’s angesteuert und kann mir sagen, welche Shields sich dafür eignen?

Martin

[Peter(TOO)]

Hallo,

1. Nein. Proportional- und Servoventile verhalten sich so wie du dir das vorstellst. Einfache Ventile sind DIgital, asoAuf oder Zu.

2. Stromlos gebremst, dann kann man den auch mal am Berg parkieren.
Aber entweder Ventile mit zusätzlicher Handbetätung (und zugänglich einbauen) verwenden oder ein zusätzliches Handventil einbauen um die Bremswirkung abschalten zu können.

MfG Peter(TOO)

[maju]

Danke für die überaus schnelle Antwort!

1. Auf/Zu-Ventile sind natürlich für die Hydrostaten nicht geeignet, da man ja die Geschwindigkeit regeln will. Fragt sich also welche Ventilart am besten für die Ansteuerung der Hydrostaten geeignet ist? Wenn ich richtig vermute und ein Servoventil den Durchlass via kleinem Servomotor gesteuert wird, dann schließt dieses Ventil vermutlich NICHT bei einem Stromausfall, hätte aber vermutlich den Vorteil das es stromsparender ist weil ja nicht dauernd ein Magnetventil offen gehalten werden muss ... Wofür würdest Du Dich entscheiden?

2. Danke für die Anregung bezüglich zusätzlichem manuellen Ventil für den Auslass. Eventuell gibt es ja auch ein elektrisch gesteuertes 4/3 Ventil mit Sperruhestellung, bei dem sich die Sperrung im stromlosen Zustand manuell per Kraftaufwand aufheben lässt? Dann würde man sich ein Bauteil ersparen. Weißt Du ob es sowas gibt?

Martin

[Geistesblitz]

Was für Motoren sidn es denn, vom Prinzip her wie Zahnradpumpen oder sowas? Erfolgt die Lenkung über ein Gelenk in der Mitte des Fahrzeugs oder sind alle Räder einzeln gelenkt? Die Idee mit der Reihenschaltung von Motoren ist jedenfalls erstmal nicht verkehrt, da man sonst dasselbe Problem hätte wie bei einem Differential, nämlich dass einzelne Räder durchdrehen könnten bei eisigen Untergründen. Bei den Problemen bei der Reihenschaltung weiß ich dir jetzt aber auch nicht zu helfen. Zu Proportional- bzw. Servoventilen solltest du dich aber nochmal ein wenig belesen (hier (http://de.wikipedia.org/wiki/Proportionalventil) schon geguckt?). Alternativ herkömmliche Ventile verwenden und den Volumenstrom über den Pumpmotor verändern, allerdings hätte das halt auch Auswirkungen auf sonstige Hydraulik.

[Peter(TOO)]

Haallo Martin,

2. Danke für die Anregung bezüglich zusätzlichem manuellen Ventil für den Auslass. Eventuell gibt es ja auch ein elektrisch gesteuertes 4/3 Ventil mit Sperruhestellung, bei dem sich die Sperrung im stromlosen Zustand manuell per Kraftaufwand aufheben lässt? Dann würde man sich ein Bauteil ersparen. Weißt Du ob es sowas gibt?

Habe ich doch geschrieben: Ventil mit zusätzlicher Handbetätigung. Ja, so was gibt es!

zu 1. Da musst du die halt die Datenblätter ansehen! Es gibt hunderte Varianten von Ventilen!
Mittlerweile gibt es auch Ventile mit integrierter Elektronik und Ansteuerung z.B. über CAN-Bus.
http://www.moog.de/literature/ICD/Moog-ServoValves-DCV_D638_D639-Catalog-de.pdf

MfG Peter(TOO)

[maju]

Habe ich doch geschrieben: Ventil mit zusätzlicher Handbetätigung. Ja, so was gibt es!

Da habe ich Dich falsch verstanden: Ich dachte Du meinst ein zusätzliches Ventil mit Handbetätigung.

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Was für Motoren sidn es denn, vom Prinzip her wie Zahnradpumpen oder sowas?

Ja, Hydrostaten oder einfach "Ölmotoren" sind im Prinzip nur umgekehrte Ölpumpen.



Erfolgt die Lenkung über ein Gelenk in der Mitte des Fahrzeugs oder sind alle Räder einzeln gelenkt?

Knickgelenk habe ich mir auch überlegt. Ein Fahrzeug mit Knickgelenk benötigt aber eine sehr stabile mechanische Ausführung und trotz sehr geringem Wendekreis ist eine Konstruktion mit einzeln gelenkten Rädern noch beweglicher. Geplant sind also eine starre Konstruktion aus Aluprofilen und einzeln gelenkten Rädern mit ca. 170° Einschlag.


Die Idee mit der Reihenschaltung von Motoren ist jedenfalls erstmal nicht verkehrt, da man sonst dasselbe Problem hätte wie bei einem Differential, nämlich dass einzelne Räder durchdrehen könnten bei eisigen Untergründen. Bei den Problemen bei der Reihenschaltung weiß ich dir jetzt aber auch nicht zu helfen. Zu Proportional- bzw. Servoventilen solltest du dich aber nochmal ein wenig belesen (hier (http://de.wikipedia.org/wiki/Proportionalventil) schon geguckt?). Alternativ herkömmliche Ventile verwenden und den Volumenstrom über den Pumpmotor verändern, allerdings hätte das halt auch Auswirkungen auf sonstige Hydraulik.

Den Volumenstrom ausschließlich über die zentrale Ölpumpe zu regeln, funktioniert leider nicht. Bei sehr kleinen Kurven machen die Räder in der "Aussenkurve" fast die doppelte Drehzahl wie die Räder in der Innenkurve. Somit muss der Volumenstrom für jede Seite getrennt über Steuerventile geregelt werden.

Martin

[Peter(TOO)]

Hallo Martin,

Da habe ich Dich falsch verstanden: Ich dachte Du meinst ein zusätzliches Ventil mit Handbetätigung.

Geschrieben habe ich ODER!
1. Ein elektrisch betätigtes Ventil mit zusätzlicher Handsteuerung.
2. Ein elektrisch betätigtes Ventil OHNE Handsteuerung und zusätzlich ein Handventil für einen Bypass.

Was ist daran so kompliziert zu verstehen?

MfG Peter(TOO)

[maju]

Vielleicht noch etwas zu den Vorgaben:

Das Einzige was derzeit vorhanden ist, ist ein 5kW Motor der für den Antrieb der Ölpumpe vorgesehen ist.
Mit 5kW wird es kein Renntraktor, aber die geplanten Arbeiten sollten sich erledigen lassen.

Weitere Annahmen zum Rechnen:
Höchstgeschwindigkeit: ca. 10km/h
Reifen: Trelleborg T63 (Durchmesser 427mm)

Bei den 5kW Leistung und einem angenommen Betriebsdruck von 170bar ergibt sich darauf ein max. möglicher Volumenstrom von knapp über 17l/min.
Bei einem Allradantrieb bleiben dann knapp über 4l/min pro Motor.
Durch den Reifendurchmesser und die geplante Höchstgeschwindigkeit ergibt sich eine maximale Drehzahl der Reifen von ca. 124 U/min.

Bei 4l/min und 124 U/min ergibt sich somit ein Schluckvolumen von ca. 35ccm3/U pro Motor.

Eventuell geeignete Pumpen habe ich hier gefunden:
http://www.hydrauliktechnik24.de/Hydraulikpumpen/Hydraulikpumpe-Gr%C3%B6%C3%9Fe-1-62-ccm-U-rechtsdrehend-Einpass-%C3%B8-30::522122850.html?XTCsid=50413018edef20f1893a8d55 fdeac9d7
http://www.hess-hydraulik.de/epages/es10548352.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/es10548352_Hess-Hydraulik/Products/400
http://www.hydraulikverkauf.de/Zahnradpumpen/Zahnradpumpe-Baugroesse-2/Zahnradpumpe-Plesseyflansch-Kegelwelle-14-0-cm-rechts::5851.html

Halbwegs passende Ölmotoren:
Gerotormotor 32ccm (http://www.hydrauliktechnik24.de/Hydraulikmotoren/MPP/%C3%96lmotor;-Gerotormotor-32-ccm::522123582.html?XTCsid=50413018edef20f1893a8d5 5fdeac9d7)
Gerotormotor 25ccm (http://www.hydrauliktechnik24.de/Hydraulikmotoren/MPP/%C3%96lmotor;-Gerotormotor-25-ccm::522123583.html?XTCsid=50413018edef20f1893a8d5 5fdeac9d7)
Gerollermotor 32ccm (http://www.hydrauliktechnik24.de/Hydraulikmotoren/MPM/%C3%96lmotor;-Gerollermotor-32-ccm-zyl-Welle-16-mm-%C3%96lanschlu%C3%9F-seitlich-::522123286.html?XTCsid=50413018edef20f1893a8d55fd eac9d7)
Gerotormotor Ölmotor ähnlich OMP 32 (http://www.hess-hydraulik.de/epages/es10548352.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/es10548352_Hess-Hydraulik/Products/MP032CD)

Fragen:
1. Warum haben Gerollermotor eventuell einen unruhigen Lauf? Das steht in manchen Shops bei den Gerollermotoren.
2. Wer weiß, wo man Radialmotoren bekommt (z.B. die Motoren von Jahns (http://www.jahns-hydraulik.de/index.php?id=34&L=1%27A%3D0), etc) und was die kosten? Die wären durch die flache Bauweise für den Einbau besser geeignet ...
Martin

[Langer711]

Also, elektronisch hab ich ja manchmal ne kurze Leitung, aber mechanisch sieht das anders aus...

Hydraulik-Magnetventile lassen den Ausgang offen, so das ein angeschlossener Hydraulik-Motor sich einfach durchdrehen lässt, so schreibt Ihr ?

Naja... es mag diese Ventile ja geben, aber die sind garantiert nicht Standard!

4/2 Wegeventile (1 Spule) würden den Ölstrom durch die Pumpe oder Richtung Tank leiten, wenn die Spannung abfällt UND die Pumpe gleichzeitig ausfällt.
Solche Ventile einzubauen im Antrieb macht aber nicht wirklich Sinn, mann will ja auch mal anhalten oder rückwärts fahren...

Ist ein 4/3 Wege eingebaut (2 Spulen) dreht sich der Hydromotor je nach Spule vorwärts oder rückwärts.
Ein angebauter Zylinder (doppeltwirkend) fährt ein, oder fährt aus.
Sind beide Spulen ohne Spannung, sollte der Zylinder aber nicht nachgeben!
Demnach kann sich der Hydraulikmotor auch nicht drehen.
Ausnahme 1: Es ist ne kleine Luftblase im Öl direkt im Motor, dann lässt sich der Motor langsam drehen, weil er die Luft im Motor nicht ausreichend abdichtet und so sich kein Druck aufbauen kann.
Ausnahme 2: Es wird ein spezielles Ventil verwendet, welches die Verbraucherseite offen schaltet, was sicherlich manchmal einen Sinn ergeben kann.


Josef

[Geistesblitz]

Naja, die Bezeichnung der Ventile (zB. 4/3-Wege) gibt auch nur Auskunft über die Anzahl der Anschlüsse und Schaltstellungen, was die Schaltstellungen machen ist damit aber nicht wirklich gesagt (auch wenn es da jeweils Standardtypen zu geben scheint). Was du wahrscheinlich verwenden willst sind solche 4/3-Wegeventile (http://www.fk-soehnchen.de/out/pictures/generated/product/3/665_665_100/symbol1frapparate-wegeventil.jpg), was ja auch Sinn macht. Mit einer zusätzlichen Handsteuerung bekommt man da auch keinen frei laufenden Modus rein, das stimmt, wahrscheinlich war das nur für einen allgemeinen Handbetrieb gedacht. Ich find aber die Idee mit dem Bypass nicht schlecht, über welchen sich die Motoren quasi "kurzschließen" lassen. Da könnt man für jeden Motor ein Ventil nehmen und diese dann allesamt über einen einzigen Hebel verbinden, vielleicht gibt es da auch elegantere Lösungen, aber das käme mir da in den Sinn.