Hydraulikschlauch-Expansion verhindern: Expertenleitfaden

Von Josh Cosford, beitragender Redakteur

Ich wette, Sie wussten nicht einmal, dass Schlauchexpansion eine Sache ist, oder? Sicher, wir wissen, dass Hydraulikschlauch hauptsächlich aus synthetischem Gummi besteht, das biegsam und weich ist. Tatsächlich ist der ganze Punkt der Verwendung von Gummi, Flexibilität zu den Verlegungsoptionen der Installation hinzuzufügen, buchstäblich und im übertragenen Sinne. Der Gummischlauch und die Deckschicht sind das nicht-so-leckere Brot zur Verstärkungsfleischschicht unseres Schlauch-Sandwichs. Die Kombination ist sowohl stark als auch flexibel, aber nicht immun gegen Expansion.

Schlauchexpansion tritt auf, wenn der Innendurchmesser des Schlauchs unter Druck zunimmt, trotz der Unterstützung der Stahl-, Synthetikfaser- oder Textilverstärkungsschicht(en). Obwohl sich die Verstärkung etwas dehnt, ist die Schlauchexpansion sowohl linear als auch radial: da der Schlauch etwas länger wird, während der Schlauch unter Druck komprimiert wird, vergrößert sich der Innendurchmesser effektiv, da er zwischen dem Öl und der Verstärkung eingeklemmt wird.

Die Art der inneren Verstärkungsschicht hat den größten Einfluss auf die Eindämmung der Schlauchexpansion.

Schlauchexpansion ist aus mehreren Gründen schlechte Nachrichten, besonders in präzisen Bewegungssteuerungsanwendungen, die unter hohem Druck arbeiten. In Systemen mit hochgeschwindigen, hochpräzisen Aktuatoren fügen lange Schlauchstrecken Elastizität zum Hydrauliköl hinzu, was seinen effektiven Volumenmodul (den Widerstand des Öls gegen Kompression) verringert. In hochpräzisen Anwendungen ist manchmal ein bisschen dieser schlauchinduzierten Steifigkeitsreduzierung gut, da sie hilft, Druckspitzen zu reduzieren und Dämpfung während Hochfrequenzbetrieb bereitzustellen.

Es ist jedoch leicht, zu viel von einer guten Sache zu bekommen, denn Schlauchexpansion führt zu träge Leistung, schlechter Steuerung und sogar erhöhter Wärme, da der Gummi seine eigene deformationsinduzierte interne Reibung erzeugt. Servoventil-gesteuerte Anwendungen funktionieren nicht wie Standardhydraulik – es wird immer Druck auf beide Seiten eines Kolbens ausgeübt, und die Bewegung funktioniert durch Steuerung des Differentials, nicht nur durch absoluten Druck, der einen Anschluss zum Tank entlädt. Dies hält den Aktuator in einem Spannungszustand, der leicht zu beschleunigen und präzise zu steuern ist.

Der Druck kann dutzende Male pro Sekunde zwischen Deckelanschluss und Arbeitsanschluss zyklieren, wobei jedes Mal der Schlauchschlauch expandiert und die Leistung verringert. Jedes Mal, wenn der Gummi komprimiert wird, speichert er auch Energie, die er freisetzt, wenn sich der Druckzustand ändert. Aber es gibt Wege, dies zu mildern, und sogar eine extreme Methode, um es zu eliminieren.

Einige Schlauchkonstruktionstypen sind anfälliger für Expansion, daher können Sie beginnen, indem Sie während der Maschinenkonstruktionsphase einen stärkeren Schlauch auswählen. Geflochtener Schlauch ist hochflexibel, und moderne Versionen von 100R17 geflochtenem Schlauch werden den älteren 100R2-Konstruktionen überlegen sein, insbesondere angesichts der isobaren Natur von R17 (alle Größen sind typischerweise für 4.000 psi ausgelegt). Für ultimativen Expansionswiderstand wählen Sie einen 100R12 oder 100R13 spiralgewundenen Schlauch mit vier oder sechs Lagen Verstärkung. Spiralwicklungen können Radialkraft besser eindämmen als geflochtene Verstärkungen, wodurch ein Teil der nach außen gerichteten Flexibilität eliminiert wird.

Und natürlich wird ein kürzerer Schlauch weniger Gesamtfläche zur Expansion haben. Wann immer Aktuatoren installiert werden, versuchen Sie, die Ventile so nah wie möglich an den Aktuatoren zu installieren. Dies bietet ein reaktionsschnelleres System nicht nur wegen der reduzierten Gummi-Oberfläche, sondern auch weil es die zusätzliche Ölmassen zwischen Ventil und Zylinder eliminiert, die beschleunigt werden muss.

Schließlich, um Schlauchexpansion vollständig zu eliminieren, entfernen Sie einfach den Schlauch. Sie können Ihren Aktuator mit hochfestem Stahlrohr verrohren, was weit steifer ist als Hydraulikschlauch. Oder montieren Sie das Servo- oder Proportionalventil direkt am Zylinder, was nur einen kurzen Verrohrungsweg zu beiden Arbeitsanschlüssen erfordert. Es hilft, wenn die Arbeitsanschlüsse des Ventils gleich weit von den Arbeitsanschlüssen des Zylinders entfernt sind, was gleiches Flüssigkeitsvolumen in beide Richtungen aufrechterhält.

Schlauchexpansion ist ein interessantes Thema, und Sie könnten viel tiefer in das Thema eintauchen, als ich hier erläutern konnte. Compliance-Effekte können modelliert werden, um verschiedene Parameter einzuschließen, einschließlich des erwähnten Ölvolumenmoduls, Lastmasse und Ventildynamik, und machen Sie sich nicht die Mühe, danach zu suchen, wenn Sie nicht gut mit Differentialrechnung sind. Die Quintessenz ist, dass Sie Schlauchexpansion in Ihre Hochleistungsdesigns einbeziehen müssen und sie, falls erforderlich, im Keim ersticken müssen.

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