Hydraulik im Bot

[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.

[michiE]

Erst mal VIELEN DANK für die vielen Beiträge
Jetzt der Reihe nach:
@oberallgeier:
Stimmt, hast du recht. Die Hauptsätze der Thermodynamik lassen sich nicht umgehen.
Ich werde nach einer anderen Pumpe suchen. Sinn der Drehzahlregelung des Benziners wird nicht den Druck / Volumenstrom über die Drehzahl des Benziners zu regeln, sondern ihn von der Pumpe zu trennen und auf Leerlauf zu setzen wenn kein Druck benötigt wird.
Ich werde tatsächlich beide Versionen planen, hierzu steht ein Treffen mit einem Händler vermutlich am Donnerstag oder Freitag an, dann werden wir mal erste Pläne zeichnen, Bauteile anschauen und evtl. erste Hochrechnungen bekomen wie viel der ganze Spaß kosten wird und was unsere Sponsoren dazu sagen werden.

@rp6conrad: Dass der Benziner nicht auf Leerlaufdrehzahl laufen wird ist klar. Die bisherige Pumpe hat ihren höchsten Wirkungsgrad bei ca. 2500 Upm. Ein Proportionaldruckventil ist angedacht und bereits eingeplant, allerdings haben wir noch keine Ahnung worauf man dabei achten muss. Gibt es da auch unterschiedliche Technologien ?

@hbquax: Wir dachten an einen Wassergekühlten 4-Zylinder Benzinmotor, aber jetzt wo du es erwähnst werde ich mal über einen Diesel nachdenken. Bei der Hydraulik wollen wir auf Neuteile setzen um Ärger zu vermeiden, beim Motor wird es wohl auf grund der Geldprobleme auf einen gebrauchten Motor vom Schrotthändler rauslaufen.

Stichwort Geldprobleme: Monique hat schon jede Menge Geld verschlungen. Dazu zählen mehrere 10000€ die das Team privat aufbringen konnte, aber auch Sponsorengelder in deutlich höheren Größenordnungen. Die 1x Lidar, 3xRadar, 60x Ultraschall, 5x Nachtsichtkamera, 16 HD Kameras, 2 Server, zig Steuergeräte, Akkus, Stromerzeuger, Elektroantrieb, Fahrgestell, ... ohne zu viel zu verraten befinden wir uns hier im mittleren 6-Stelligen bereich.

Der Benzinmotor musste weichen weil er einerseits defekt war, andererseits aber auch eine der Anforderungen für die ursprüngliche Aufgabe des Fahrzeugs, dass es autonom elektrisch angetrieben Flugzeuge auf einem Segelflugplatz von der Bahn zieht. Es sollte dafür mit Solarstrom vom Hallendach geladen werden, welcher in Akkus gepuffert wird bis es nachts aufgeladen werden kann. Dieses Vorhaben musste aus rechtlichen Gründen aufgegeben werden. Da damals ein sehr günstiger Stromerzeuger als Rangeextender eingebaut wurde weil wir uns bisher keine Akkus leisten konnten, haben wir trotz sehr guter Abschirmung inzwischen extreme EMV-Probleme. Dazu kommt, dass sich ein Teammitglied aus Medizinischen Gründen unserem Elektroantrieb nichtmehr nähern darf. Hinzu kommt dass wir mit den Hydraulikantrieben ein deutlich höheres Drehmoment erreichen.

Zurück zum Thema:
Der Kran wird eine Ausladung von mehreren Metern bekommen, bei einer Tragkraft von ca. 300kg bei 5m Ausladung. Er wird aktuell genau berechnet. Auch hier gibt es neue Infos gegen Ende der Woche, ich denke aber dass ein direkter Antrieb des Fahrzeugs über ein Automatikgetriebe bei unseren Anhänge- und Traglasten nicht zielführend ist. Bisher kann der Bot ca. 20 Tonnen ziehen und 5 Tonnen laden. So viel konnten wir zumindest bisher in Experimenten nachweisen.

Die Pumpe die ich bekommen würde wäre ein handgefertigter Prototyp, ein ordentliches Datenblatt gibt es davon leider nicht. Ich werde meinen Händler nach einem Serienprodukt fragen und das Datenblatt hier verlinken. Falls das Budget das her gibt wäre mir das natürlich lieber als ein Prototyp.

Zur Verbindung der beiden Motoren war ein Zahnradmengenteiler angedacht, passt das ? Welche Nachteile bringt eine simple Reihenschaltung gegenüber dem Mengenteiler ? Wie teilt sich da der Druck ?
Evtl wird tatsächlich ein zweiter Hydraulikkreis nötig, ich lege erst mal den Antriebsstrang aus bevor die Zylinder für den Kran ausgewählt werden.

@hbquax: Du hast recht, es sind bei den zuerst ausgewählten Antrieben nur 5kw. Ich war in gedanken bei 2 verschiedenen Motoren. Inzwischen haben wir Antriebe mit bis zu 1500Nm, maximal 2500U/min, 135ccm/U. Weitere Details habe ich dazu leider noch nicht. Kurz die Fahrzeugdaten zur info: Reifendurchmesser ca 70cm (+- je nach Beladung), Differenzialuntersetzung exakt 2:1 , Fahrzeugmasse leer 1,8T (bisher, es werden ca. 480 kg ausgebaut durch den Wegfall des Elektroantriebs, aber es kommt die Hydraulik dazu), Diff jeweils elektronisch sperrbar, Maximales Drehmoment des Diff 1800Nm, Sicherheitsfaktor 1,5 soweit ich weiß.

Das wären dann 375kW pro Motor, Schluckvolumen beider Motoren zusammen bei 30 km/h (utopisch für die Maximalgeschwindigkeit) ca 62 l/min, und bei 10 km/h noch ein Schluckvolumen von 22l/min.

Die Leistung des Antriebs wird also eher weniger durch den Hydraulikantrieb sondern mehr durch die Pumpe und den Motor begrenzt, der die Pumpe antreibt, oder sehe ich da was falsch ?

Noch ein Hinweis den ich gerade bekommen habe: Abgesehen von der Ölkühlung, brauche ich auch eine Heizung für das Öl wenn das Fahrzeug ab ca. -10°C einsetzbar sein soll ? Speziell für die ersten Minuten, oder gibt es eine Methode das Öl entsprechend durch den Antrieb selbst auf Temperatur zu bringen ? Oder macht das dem Öl gar nichts aus ?

Vielen Dank für eure geniale Unterstützung, das Script von hbquax arbeite ich grade durch

Lg
Michi