Hydraulik im Bot

[michiE]

Hallo zusammen,

wir sind gerade am Anfang der Planungsphase eines Umbaus für einen unserer Roboter.
Der Antrieb des UGV soll durch einen Hydraulischen Einzelrad- bzw. Achsantrieb ersetzt werden (genaueres ergibt sich aus der weiteren Planung). Außerdem werden verschiedene Zylinder für die Lenkung (auch hier soll der bisherige Antrieb weichen), ein Schild, einen Arm, Bremsen und weitere Funktionen eingebaut. Alle Beteiligten haben bisher keine Ahnung von Hydraulik.
Natürlich sind wir gerade dabei uns in das Thema einzuarbeiten. Was fehlt sind allerdings Ratschläge die NICHT in Lehrbüchern stehen. Hat jemand von euch Erfahrungen mit Hydraulik in Robotern oder auch sonst ? Was lief dabei bisher alles schief ? Welche Fehler habt ihr schon gemacht die wir vermeiden können ? Welche positiven Erfahrungen gibt es ? Was sollten wir tun und was auf keinen fall tun ? Es geht konkret um 2-4 hydraulikantriebe, je ca 200 Nm bzw 400 Nm , und 6-8 verschiedene Zylinder ebenfalls bis 200 Nm.

[HannoHupmann]

Ich kann da nur empfehlen das nicht auf dem Teppichboden zu machen und sicherheitshalber schon mal Bindemittel zur Verfügung zu haben. Gerade bei ersten Anwedungen passiert leicht mal ein Maleur und dann wird der Boden frisch geölt.

Alternativ ist auch eine Blechwann unter dem Roboter sinnvoll, dann kann man das Öl ggf. wieder verwenden. Bitte beachten, dass man Altöl nicht einfach über die Kanalisation entsorgen darf/kann.

[michiE]

Hallo Hanno,

danke für deine schnelle Antwort
Bei dem Bot ist es generell nicht möglich/sinnvoll im Wohnzimmer auf dem Teppichboden zu schrauben, da er knapp 2 Tonnen wiegt und mit einer länge von 5m und einer Breite von 2m auch nicht durch die Türe passt. Aus diesem Grund werden wir den Umbau auch in einer entsprechenden Werkstatt durchführen, in der wir eine öldichte Fläche haben. Ölbindemittel ist ebenfalls vorhanden.

Hast du Erfahrungen mit den verschiedenen Verschraubungen, Steckverbindungen und ähnlichem die da gängig zu sein scheinen ? Wie viel mehr Öl als eigentlich im Kreislauf vorhanden muss ich für meinen Tank vorsehen ? Mit welchen Druckspitzen muss ich rechnen wenn ich den zu- und Rücklauf zu meinem Antrieb bei verschiedenen Leistungen unterbreche ? Kann ich Komponenten parallel schalten ?

[oberallgeier]

... Bot ... 2 Tonnen ... 5m ..(mal).. 2m ... Verschraubungen, Steckverbindungen und ähnlichem ...
wie viel mehr Öl als eigentlich im Kreislauf vorhanden muss ich für meinen Tank vorsehen ?
Mit welchen Druckspitzen muss ich rechnen wenn ich ... Antrieb bei verschiedenen Leistungen unterbreche ...

Hallo Michi, HA! DAS ist mal ein hübsch großes Projekt! Gratuliere!

Du sollstmusstwirst(hast?) Dich zuerst mal auf eine Druckstufe Deiner Hydraulikanlage festlegen (festgelegt?). Brauchst Du sowieso, weil man bei ner 125-bar-Anlage keine 4000bar-Aircraft-Zylinder einbauen wird - und umgekehrt. Verschraubungen von den "bekannten" Herstellern, z.B. Ermeto und andere, sind gut; sie halten meist nur so dicht, wie die Monteure die Montagevorschriften und Reinheitsforderungen beachten und die Montagegrenzen (z.B. Anziehmoment) auch einhalten.

Nach der Festlegung auf die Druckstufe kennst Du das Schluckvolumen der Aktoren und der Leitungen und kannst Deine minimale Ölmenge nach den gesamten Hohlräumen bestimmen. Dazu Zylinder mit kleinster Füllmenge rechnen. Der Unterschied zu "Zylinder mit maximaler Füllmenge" gibt Dir dann das maximale Volumen, das Deine Anlage im Betrieb atmet. (Stimmt nicht, weil Schläuche, auch Rohre und das Öl kompressibel sind und ein - kleines - Volumen weg>drücken< können.) Dieses Volumen plus eine Füllstandsreserve ergeben die mindeste Ölmenge.

Jetzt kommt die verbratene - sorry - benötigte - Antriebsleistung dazu. Gut geschätzt. Mit dem Wirkungsgrad von Pumpe (haste ne Nullhubpumpe? - sonst wirds ne Heizkraftanlage) und Ventile (Dissipation am Ventilspalt) und so gibt das die erzeugte Wärmeleistung. Die musst Du abführen. Entweder über die frei belüftete Tankwand oder einen Kühler. Ich finde kleine Tanks und gute Lüfter besser als große Tanks ohne Lüftung - und dem gelegentlichen Risiko von hohen Temperaturen, weil man doch nicht alle Verlustleistungen eingeplant hat. Ohne aktiven Kühler-Lüfter wird der Tank nach der abgestrahlten Verlustleistung bei maximaler Umgebungstemperatur bemessen . . .

Jetzt musst Du noch den Pumpendurchsatz rechnen. Aber ich glaube ihr wisst schon wie das geht: einige Szenarien über gängige Bewegungszustände - und die durchplanen. Kostet nur Zeit.

Bevor Du den Bleistift und den Um-Planungsblock wegwirfst ruf ein Hydraulikbüro an. Notfalls auch mal Bosch-Rexroth - oder frag bei einem Hochschulinstitut nach. Lass Dich von denen beraten, bitte. Die haben aktuelle Erfahrungen - und wenn sie die Nase über Deine Frage rümpfen sinds eh die Falschen. Ein gutes Büro wird Dir von einer geschätzten Aktorenskizze mit Last-/Leistungsangaben schon eine gewisse Hausnummer über Aktoren, Pumpe/n und so nennen können. Hoffentlich habe ich nicht zu viel vergessen zu erwähnen.

Hoffentlich habe ich Dich nicht zu sehr abgeschreckt - weil ich den Ansatz schon ziemlich cool - oder eher heiss - also richtig gut finde! Viel Erfolg!

[HannoHupmann]

Auch die Hersteller von Ventilen und Kolben sind gerne bereit dich bei der Planung und Auslegung zu unterstützen, dafür verkaufen sie dir danach auch die Bauteile. In der Regel wissen die schon recht genau, welche Zylinder, Ventile u.ä. möglich sind, wenn sie die Auslegung sehen. Ansonsten sagen Sie dir auch was in der Auslegung fehlt.

[michiE]

Vielen Dank für eure zahlreichen Antworten. Kurz zur Erklärung: Es geht um einen Umbau von Moniques Antriebsstrang. Mehr zum Bot findet ihr unter www.brainrobots.de
Zurück zum Thema, ich war heute wie auch gerade von Hanno vorgeschlagen bei einem Händler für Hydraulikteile hier um die Ecke, einer der Verkäufer nahm sich freundlicherweise 2,5h Zeit um mir zumindest die Grundzüge der Hydraulik nahe zu bringen. Ein grober Überschlag ergab einen Antrieb mit 2 Hydraulikmotoren die jeweils direkt auf die Differenziale kommen. Jeder der Motoren hätte laut dieser Überschlagsrechnung eine Leistung von ca. 12kW, ein maximales Drehmoment von 192Nm, maximal 250 Upm, 140Bar. Die Pumpe wäre mit 75l/min auf das doppelte Schluckvolumen des Gesamtsystems ausgelegt. Dazu zählen neben den 2 Motoren auch noch die Zylinder für die neue Lenkung, einen Ladekran und einen Frontkraftheber. Morgen werden wir zusammen mit einem Ingenieur der im Bereich der Hydraulikmotoren arbeitet an einem Entwurf für einen Einzelradantrieb, evtl. mit 4-Rad Lenkung arbeiten.

Oberallgeier: Ich habe deine ausführliche Erklärung durchgelesen und bin begeistert. Was genau meinst du mit Nullhubpumpe ? Leider reicht unser Geld vermutlich nicht für eine schöne Drehkolbenpumpe, es muss wohl auf eine Zahnradpumpe rauslaufen. Meinst du das passt ? Stichwort heis: Die Pumpe die ich im Auge habe schafft 340 Bar maximum mit einstellbarer Druckregelung und nachgeschaltetem Druckbegrenzer auf 140Bar, und hat im gleichen Gehäuse noch eine 2. Pumpe mit einem einstellbaren Druckbegrenzer von 0,5 bis 2 Bar. Wenn ich das Ölkühlen muss (wovon ich ausgehen), kann ich dann das Öl mit der 2. Pumpe durch einen normalen KFZ-Kühler mit angebautem Kühlerlüfter drücken ?

Vielen Dank für eure Hilfe

[oberallgeier]

... Was genau meinst du mit Nullhubpumpe ? ... muss wohl auf eine Zahnradpumpe ...

Nullhubpumpen passen sich an die abgenommene Fördermenge durch eine entsprechende Regelung an. So wird verhindert, dass (viel) mehr Ölstrom als notwendig erzeugt wird.

Andernfalls wird, z.B. bei einer einer Konstantstrompumpe, der mühselig auf Druck gebrachte Ölstrom - der ja die maximale Schluckmenge übersteigen muss - unter einer unsinnig hohen Dissipation am Druckhalteventil auf ebensowenig sinnige Temperaturen gebracht. Besonders arg ist: die Temperatur im Druckhalteventil kann schon bei mässigen Temperaturen im Vorratstank durch dieses Heizwerk im Ventilspalt ölschädigende Höhen erreichen; die Grenze kann je nach Öl schon bei 140° liegen. Deine Anwendung mit wohl ziemlichen Schwankungen des Ölstroms über die Zeit ist eben leider keine für eine Konstantstrompumpe.

... Die Pumpe die ich im Auge habe schafft 340 Bar maximum mit einstellbarer Druckregelung und nachgeschaltetem Druckbegrenzer auf 140Bar ...

Dann rechne mal Deinen (maximalen) Ölstrom und den Druckabfall in Wärme um, denn irgendwann ist ja sicher, wenigstens hin und wieder, kein Ölstrom notwendig.

... das Öl mit der 2. Pumpe durch einen normalen KFZ-Kühler mit angebautem Kühlerlüfter drücken ? ...

Wenns ein KFZ-ÖLkühler ist wohl schon. Es ist halt das alte Sprichwort: das Öl bleibt so lange im Kühler bis der bricht.

... Jeder der Motoren hätte ... ca. 12kW ... Die Pumpe ... das doppelte Schluckvolumen des Gesamtsystems ...

Das gibt rund min 50 kW Heizleistung bei Fördermenge Null und noch satte 25 kW oder mehr (Wirkungsgrad!) bei voller Abnahme. Den KFZ-Kühler würde ich dann gern sehen.

[michiE]

Ok, danke dir. Was du pumpe angeht werde ich mich sofort erkundigen, evtl. Muss ich da was anderes suchen. 25 kw bei voller abnahme? Ich bin davon ausgegangen dass ich durch senken der drehzahl an der welle der pumpe entsprechend das Volumen reduzieren kann? Der plan war einen benzinmotor und eine msgnetkupplung an die pumpe zu hängen, die hat einen drehzahlbereich von 800-2500 upm. Ist das ein brauchbarer ansatz? Dabei könnte man bei fördermenge 0 sogar komplett abschalten ?
Was den kühler angeht hab ich vorhin was von einer kehrmaschine gefunden, ich schau nachher ob das vom druck her passt und was die genauen Daten sind.
Gleich ist das gespräch zwecks der radantriebe, ich melde mich danach mit Neuigkeiten dazu.

[oberallgeier]

... Die Pumpe wäre mit 75l/min auf das doppelte Schluckvolumen des Gesamtsystems ausgelegt ...

... 25 kw bei voller abnahme? ...

Hatte ich das nicht schon geschrieben . . . Druckdifferenz (-abfall, -minderung, -wasimmerauch) mit dem Förderstrom verrechnet gibt Wärme, wenn man keine Kraft daraus macht. Das kennen wir ja seit den Wochen, als wir das erste Mal im Leben etwas von den Hauptsätzen der Thermodynamik erfahren hatten - auch wenn die damals noch nicht so bezeichnet wurden.

... Ich bin davon ausgegangen dass ich durch senken der drehzahl an der welle der pumpe entsprechend das Volumen reduzieren kann ...

Stimmt, das ist ein guter Ansatz, ich kenne das nicht (ich kenne mich auch nur wenig mit Hydraulik aus). Man wird drauf achten oder überlegen müssen welche Folgerungen das hat - mir fallen dabei gleich mal (Gleitring-)Dichtungen ein, Spaltverluste an der Konstantförderpumpe etc.

... benzinmotor und eine msgnetkupplung ... drehzahlbereich von 800-2500 upm ... brauchbarer ansatz?... könnte ... komplett abschalten ? ...

Ich sehe erstmal keine wirklichen Stolperstellen. Natürlich ist die Drehzahlregelungsdynamik (baaa, 24 Buchstaben :-/ ) des Benziners nicht so flott wie die Stromregelung einer entsprechend konstruierten, optimierten, erprobten Hubkolbenpumpe und ich weiß auch nicht wie Du diese Regelung dann schwingungsfrei hinkriegen willstwirst.

Ein Ansatz der sicher zu überlegen wäre: plane zwei optimale Anlagen - einmal Konstantstrompumpe, einmal "Luxusversion" - dazu eben alle dazu passende Peripherie (für Hydraulikpumpen kenne ich diese Flanschkühler zwischen Motor- und Pumpenflansch) und vergleiche hinterher Aufwand, geschätztes/vermutetes Risiko und Vorteile. Selbst WENN Du Dich dann für Konstantstrom entscheidest oder entscheiden musst weißt Du wenigstens wie der Unterschied/Vorteil/Nachteil ist.

Viel Erfolg

[RP6conrad]

Noch eine Ueberlegung : ein Benzinmotor hat bei Leerlauf (800 n/min) fast kein nutzbares Drehmoment. Damit kan dan auch die Konstantpumpe kein Druck aufbauen ! (Leistung = Volumenstrom*Druck). Du muss sowieso das Drehzahl erhohen wen sie eine nutzbare Hydraulic Druck benotigt aber damit erhoht sich wieder der Volumenstrom. Eine Proportional Druckregelventil siehe ich als notwendig, so das sie immer nur den Druck einstellen die benotigt werd. Mit eine Regelpumpe kansst du dan auch noch die Volumenstrom einstellen, und damit die Verlustleistung in grenze halten.