Hydraulikschlauch-Montage-Design: Ein kompletter Leitfaden für Ingenieure

Von Josh Cosford, beitragender Redakteur

Wie ihre Fitting- und Adapter-Verwandten sind Hydraulikschlauch-Montagen oft ein nachträglicher Gedanke für den Hydraulikdesigner. Ich würde auch lieber an der Entwicklung eines einzigartigen Hydraulikkreislaufs arbeiten, aber wir sollten die Bedeutung eines ganzheitlichen Ansatzes beim Maschinendesign nicht vergessen. Ihre Fluidpower-Techniker sind ein wesentlicher Teil des Puzzles, um sicherzustellen, dass Schläuche fachmännisch gefertigt und installiert werden, aber Ihre Voraussicht geht weit dabei, Kosten zu sparen, die Installation zu erleichtern und die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Angenommen, Sie sind der Hydraulikdesigner, nicht der Ingenieur, der für die Maschine selbst verantwortlich ist, gibt es viele Überlegungen bei der Planung der Schlauchmontagen. Im Allgemeinen müssen Sie drei Dinge beachten, wenn Sie die Schlauchmontage Ihrer Maschine auswählen und planen: Schlauchkonstruktion, Schlauchendauswahl und Verlegungsoptionen.

Zuerst das Wichtigste: Schlauchkonstruktion

Die Auswahl des korrekten Schlauchkonstruktionstyps spielt die wichtigste Rolle bei der Bereitstellung einer effektiven und sicheren Hydraulikmaschine für Kunden. Druckkompatibilität ist der primäre Faktor, den Sie bei der Auswahl Ihres Schlauchs berücksichtigen müssen, und Ihr Ausgangspunkt sollte die untenstehende Tabelle zu den SAE J517 Hydraulikschlauchstandards sein.

Hydraulikschlauch-Konstruktionsstandard SAE J517

Sie sollten Ihren Hydraulikschlauch basierend auf dem maximalen Arbeitsdruckbereich auswählen, den Ihre Maschine erfährt. Der Bereich berücksichtigt den größten Durchmesser (niedrigster Druck) und den kleinsten Durchmesser (höchster Druck), die im Kern der Hydraulik liegen. Aufgrund ihrer Natur bewältigt kleiner Schlauch hohen Druck leichter als großer Schlauch, also prüfen Sie mit Ihrem Schlauchlieferanten die Druckbewertung des Durchmessers, den Sie für die Durchflussrate Ihrer Maschine benötigen.

Alle Hydraulikschläuche sind für ihren Arbeitsdruck bewertet, der halb so hoch ist wie der Prüfdruck und noch einmal halb so hoch wie der Berstdruck. Wenn Ihr System druckspitzenanfällig ist, müssen Sie möglicherweise einen Schlauch wählen, der für etwas höheren Druck als Ihren nominalen Arbeitsdruck ausgelegt ist. Prüfdruck beschreibt den Punkt, an dem ein Hydraulikschlauch bleibenden Schaden erleidet, daher ist es am besten, diese Trennlinie auf dem Druckmesser nicht zu küssen.

In vielen Fällen möchten Sie vielleicht die ehrwürdigen 100R1- und 100R2-Standards vermeiden, wenn Ihre Maschine eine Vielzahl von Schlauchgrößen hat, während sie mindestens 3.000 psi betreibt. Viele Maschinenhersteller standardisieren auf eine der isobaren Schlauchbezeichnungen, wie 100R17, wo jeder Schlauch von 3/16 bis 1 Zoll für 3.000 psi ausgelegt ist. Ihre steigende Popularität hat die Produktionskosten gesenkt, da viele Schlauchhersteller auf dieses Design hochskaliert haben.

Es ist sehr wichtig, einen Schlauch mit dem korrekten Innendurchmesser zu verwenden, da die Änderung des Schlauch-I.D. den Systemdruck ändern kann. Wenn der Ersatzschlauch zu klein für den Durchfluss ist, haben Sie eine neue Restriktion eingeführt. Der Systemdruck wird steigen.

Wenn Sie Großbohrschläuche und Drücke über 3.000 psi benötigen, müssen Sie Optionen wie 100R12, 100R13 und 100R15 erkunden, die spiralgewundene Verstärkungsdrähte mit vier oder sechs Lagen verwenden. Einige Leute schlagen vor, einen Schlauch zu wählen, der für 25-50 % über Ihrem Arbeitsdruck ausgelegt ist, aber in Wirklichkeit berücksichtigen die strengen Schlauchrichtlinien bereits Druckspitzen, und Hersteller bauen entsprechend.

Durchflussüberlegungen

Nachdem Sie sich auf einen Schlauchkonstruktionstyp festgelegt haben, benötigen Sie den Durchmesser, der am besten zum Durchfluss passt. Denken Sie daran, einzigartige Situationen wie Differentialzylinder und den additiven Durchfluss, der während der Einfahrt aus dem Deckelanschluss erzeugt wird, zu berücksichtigen. In Fällen, in denen das Flächenverhältnis hoch ist, können Sie mehr als das Doppelte der Durchflussrate beobachten, also stellen Sie sicher, dass der Schlauch angemessen dimensioniert ist.

Es gibt keine absolute Beschreibung der Durchflusskapazität für einen Hydraulikschlauch, da vier Szenarien die maximale Flüssigkeitsgeschwindigkeit bestimmen, was normalerweise unser begrenzender Faktor ist, anstatt etwas Schwierigeres zu berechnen, wie Druckverlust. Beginnen Sie am unteren Ende, verhindern Sie übermäßige Geschwindigkeit durch Saugleitungen, wo Vakuum zur spontanen Gasblasenbildung führen könnte, die wir Kavitation nennen. Als Faustregel lassen Sie Saugleitungen nie 3-4 ft/sec überschreiten; niedriger ist immer besser, also schadet es nicht, auf 1 ft/sec zu zielen, wenn der Platz es erlaubt.

Stellen Sie auch sicher, dass Gehäuseentlüftungs- und Pilotleitungen auf 1 ft/sec Geschwindigkeit oder langsamer begrenzt sind. Unter keinen Umständen möchten Sie riskieren, Pumpeninnereien oder Steuerungen zu beschädigen. Sie können bei Druck- und Rücklaufleitungen großzügiger mit Geschwindigkeiten sein, im Großen und Ganzen. Druckleitungen, wie Pumpendruck und Arbeitsleitungen, können von 20 bis 30 ft/sec reichen und hängen vom Druck ab. Höherdrucksysteme sind für höhere Geschwindigkeiten besser geeignet, da weniger Flüssigkeit als Druckverlust im Verhältnis zum Maximaldruck verloren geht. Zum Beispiel ist das Laufen von 30 ft/sec in einem 4.000 psi System weniger problematisch als 30 ft/sec in einem 1.000 psi System.

Beachten Sie, dass Rücklaufleitungen auch dimensioniert werden sollten, um die Geschwindigkeit zu begrenzen, wenn auch nicht so stark wie Saugleitungen. Es ist vernünftig, in diesem Fall etwa 6-10 ft/sec zu betreiben, und das primäre Ziel ist, den Gegendruck in den Tankleitungen von Ventilen und Gehäuseentlüftungen zu begrenzen, aber auch übermäßigen Druck an Rücklauffiltergehäusen zu verhindern. Einige Überlegungen sollten der Leitungsgröße trotz der idealen Flüssigkeitsgeschwindigkeit gewidmet werden. Kleine Leitungen sind von Natur aus anfälliger für Druckverlust, also achten Sie darauf, sehr kleine Saug-, Druck- und Rücklaufleitungen zu vermeiden, selbst wenn sie in den idealen Geschwindigkeitsbereich passen.

Kleiner Schlauch-I.D. unterliegt höheren Reibungskräften von der Flüssigkeit, die unverhältnismäßig durch die Grenzschicht läuft. Umgekehrt ermöglicht ein größerer Schlauch den Fluss durch die Mitte und weg von den Innenwandrohren. Ebenso sind Rücklauf- und Druckleitungen eher geneigt, turbulenten Fluss und Energieverlust zu erleben, was zu Druckverlust führt. Im Zweifel sparen Sie nicht am Durchmesser und riskieren Sie nicht die Probleme, die durch unterdimensionierte Schlauchmontagen resultieren. In der Praxis ist es beim Erstellen eines Satzes von Schlauchmontagen für eine Hydraulikmaschine üblich, einen 2 Zoll Saugschlauch, einen 3/4 Zoll Druckschlauch, einen 1 Zoll Rücklaufschlauch und einen 1/2 Zoll Gehäuseentlüftungsschlauch zu sehen.

Schlauchenden nicht übersehen

Wir haben nun den für den Maschinendruck am besten geeigneten Konstruktionstyp finalisiert und unseren Innendurchmesser verfeinert, um den Systemdurchfluss zu decken; wir müssen nun unsere Schlauchenden wählen. Sie sind ein Hydraulikdesigner im Jahr 2025, also lassen Sie uns den Unsinn weglassen; wir werden nur leckfreie Verbindungen mit synthetischen Gummidichtungen wählen. Tut mir leid, NPT und JIC – ihr wart großartig, und ich schätze all unsere Erinnerungen, aber es seid ihr, nicht ich. O-Ring-Face, O-Ring-Boss und Flansche bieten in dieser Beziehung so viel mehr.

ORFS hat sich schnell zur Verbindung der Wahl entwickelt, da sie alle Vorteile des JIC-Stils mit einer leckfreien Verbindung bietet. Sie ist in einer Vielzahl von Größen erhältlich, mit 45°- und 90°-Schlauchendbiegungen, und die weiblichen Enden sind mit Drehgelenken ausgestattet für einfache Installation. Der leicht austauschbare O-Ring befindet sich auf der Stirnseite des männlichen Endes, was Servicearbeiten schnell macht, wenn Lecks auftreten.

Flanschfittings, wie die gängigen SAE Code 61 und Code 62 Stile, werden häufig für Hochdruck- und/oder Hochdurchflussverbindungen verwendet. Die Split-Flanschverbindungen ermöglichen es dem Techniker, das Schlauchende angemessen auszurichten, um Binden oder Verdrehen zu vermeiden, und wie beim ORFS-Fitting sitzt der O-Ring am männlichen Ende (es gibt kein „weibliches“ Flansch, da die männlichen Teile an der flachen Verbindungsfläche befestigt werden, wo der Anschluss liegt).

Typischerweise wird der O-Ring-Boss-Typ-Fitting als Zwischenverbindung zum Schlauchende verwendet. Ähnlich wie BSPP oder Metrisch verwenden diese eine Polymdichtung, die sich am oberen Teil des Anschlussgewindes befindet, abgedichtet durch eine Kavität im Anschlussgewinde (ORB) oder durch eine gebundene Dichtung (BSPP und Metrisch). ORB wird jedoch selten als Schlauchende verwendet, da das männliche Fitting einen teuren Live-Drehgelenk erfordert. Sie sind da draußen und in gerader oder 90°-Ausrichtung erhältlich, aber viele Designer bevorzugen weibliche Schlauchverbindungen.

Um Hassmails zu vermeiden, sollte ich erwähnen, dass einige Maschinen JIC- und NPT-Fittings glücklich nutzen, und das ist völlig in Ordnung. Dieser Designer-Leitfaden ist jedoch auf überlegene Technologie ausgerichtet, und ich würde versäumen, nicht für etwas anderes als Schlauchenden mit austauschbaren Dichtungen zu werben. ORFS- und Flanschfittings sind einfach besser, also kommen Sie mit der Zeit und nutzen Sie sie. Trotz der Tatsache, dass JIC einfach mit Rohr-Aufweit-Systemen zu verwenden ist, bieten viele Hersteller Zweiteil-Rohrverbindungen für ORFS an, und Flanschfittings können auch an Rohre geschweißt werden. Außerdem geht es in diesem Artikel wirklich um Schlauchmontagen, nicht um verrohrte Installationen.

Da sich der Schlauch unter einem hohen Druckstoß in der Länge ändern kann, ist es wichtig, ausreichend Spielraum für Expansion bereitzustellen.

Layout und Verlegung

Die letzte Überlegung für Hydraulikdesigner betrifft das physische Layout der Schlauchmontagen an der Maschine selbst. Schläuche verdienen Besseres als nur die Verbindung von Punkt A zu Punkt B. Ihre Orientierung, Layout und Passform müssen Reibungsverschleiß, übermäßigen Gelenkdruck und Verdreh-/Drehmomentkräfte verhindern. Abgebildet sind verschiedene inkorrekte und korrekte Methoden, Hydraulikschlauchmontagen zu montieren, um Biegen an der Pressstelle zu verhindern. Das Gewicht des Schlauchs sollte niemals Biegen an der Stelle fördern, wo das Stahl-Schlauchende den Schlauchmantel einklemmt. Wenn das Gewicht eines Schlauchs Durchhängen verursacht, verwenden Sie 90°-Schlauchenden, um die Biegung zu stützen und den Schlauch natürlich hängen zu lassen.

Die Schlauchlänge sollte ausreichen, um Spannung während Verbindung und Anziehen zu verhindern, aber nicht so lang, dass sie an anderen Schläuchen oder Oberflächen reibt oder vibriert. Lange Schlauchstrecken müssen mit einer der vielen Technologien an der Maschine geklemmt werden. Hersteller bieten Blöcke, Sättel, Klemmen und verschiedene Technologien an, die an die Maschine geschweißt oder geschraubt werden, um den Schlauch ordentlich zu fixieren.

Klemmen sollten verwendet werden, um den Schlauch ordnungsgemäß zu stützen. Dies verhindert, dass sie bei Druckausübung herumschlagen und keine unnötige Belastung auf den Fittings entsteht.

Bei der Installation von Schlauchlängen an solchen Systemen achten Sie darauf, übermäßiges Anziehen sowohl der Klemme als auch des Schlauchs zwischen den Verbindungen zu vermeiden. Um die Zyklen von Druck und Temperatur zu managen, sollte zwischen jedem Verbindungspunkt etwas Spielraum sein, während übermäßiges Klemmen, das die Hülle oder Verstärkungsschicht beschädigen könnte, verhindert wird. Wo Schläuche nicht daran gehindert werden können, an harten Oberflächen oder anderen Schläuchen zu reiben, installieren Sie jeden Schlauch mit Schutzwickel, der entwickelt wurde, um Verschleiß und Reibung zu reduzieren. Diese können auch vor Umgebungs- oder Umweltschäden schützen, wie industriellem Niederschlag oder UV-Strahlen, und sollten auch verwendet werden, wenn Schläuche in Kanälen oder Trägern verlegt werden.

Wenn der Hydraulikdesigner seine Rolle als umfassend betrachtet, sollte jede Ebene des Maschinendesigns – vom ursprünglichen Schaltplan bis zum fertigen Produkt – intelligent geplant und organisiert sein für das effizienteste, ökonomischste und effektivste Design möglich. Schlauchmontagen scheinen elementar, aber der Rest der Maschine spielt kaum eine Rolle, wenn geplatzte oder beschädigte Schläuche Ihr Hydrauliksystem plagen.

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