Automatische Übersetzung anzeigen
Dies ist eine automatisch generierte Übersetzung. Wenn Sie auf den englischen Originaltext zugreifen möchten, klicken Sie hier
#Neues aus der Industrie
{{{sourceTextContent.title}}}
Was ist Mikrohydraulik und wo wird sie eingesetzt?
{{{sourceTextContent.subTitle}}}
Die Mikrohydraulik ermöglicht erhebliche Kräfte aus einer minimalen Energiequelle auf kleinstem Raum - ideal für medizinische Orthesen und Prothesen, Exoskelette und mehr
{{{sourceTextContent.description}}}
Fluidtechnik-Systeme zeichnen sich durch ihre hohe Leistungsdichte aus und ermöglichen im Vergleich zu elektromechanischen Systemen eine hohe Kraft- und Drehmomentabgabe von relativ kleinen Komponenten. Die Mikrohydraulik ermöglicht eine signifikante Kraftübertragung von einer minimalen Energiequelle auf engstem Raum. So kann es eine einfache Lösung für Probleme bieten, die oft über die Grenzen der traditionellen mechanischen Optionen hinausgehen.
In vielen Fällen sind diese Systeme ideal für vielfältige Anwendungen wie medizinische Orthesen- und Prothesengeräte, Hebebühnen für Menschen, Exoskelette, Handwerkzeuge, Rettungsroboter, Flugzeuge und Raketen, Rennwagen und ozeanographische Instrumente.
Ingenieure könnten versucht sein, typische kommerzielle Komponenten einfach zu verkleinern, wenn es darum geht, Bewegung und Kraft in sehr kleinen angetriebenen Systemen zu steuern. Die Realität ist jedoch etwas komplexer, da Skalierungsgesetze nicht intuitiv sind, so die Forscher Jicheng Xia und William Durfee von der University of Minnesota.
Zum Beispiel stellen sie fest, dass in einem Zylinder die Kraft proportional zur Fläche (L2) ist, während das Gewicht proportional zum Volumen (L3) ist. Andererseits nimmt die Dicke und das Gewicht einer Zylinderwand, die zur Aufnahme eines fixed Drucks erforderlich ist, mit der Bohrungsgröße ab. Somit kann das Gewicht final eines Hydrauliksystems im kleinen Maßstab nicht durch proportionale Skalierung eines großen Systems bestimmt werden.
Auch die Grundlagen, die mit druckgetriebenem flow verbunden sind, schreiben vor, dass hohe Drücke erforderlich sind, um hohe flow Raten über Kanäle in Mikrogröße zu ermöglichen. Unter Laminarströmungsbedingungen erhöht eine Größenabnahme des hydraulischen Durchmessers eines Kanals um zwei Größenordnungen die Druckdifferenz, die erforderlich ist, um eine konstante durchschnittliche Geschwindigkeit von flow aufrechtzuerhalten.
Eine weitere kritische Barriere für eine erhöhte hydraulische Leistungsdichte bei vernünftigem efficiency sind die Dichtungen. Oberflächeneffekte wie Reibungswiderstand von Dichtungen und viskoser Luftwiderstand von Spalten werden zu significant in kleinen Bohrungen und das wirkt sich auf efficiency insgesamt aus. Zu dicht und Reibung dominiert; zu locker und das unter Druck stehende fluid wird an der Dichtung vorbeifließen. Kosten und Stromverbrauch sind ebenfalls wichtige Faktoren. Glücklicherweise haben eine Reihe von Herstellern Hydraulikkomponenten entwickelt oder überarbeitet, um im "Miniaturformat" zu arbeiten.
So stellt Bieri Hydraulik, eine Einheit von Hydac International mit Sitz in Liebefeld, Schweiz, sechs Standardausführungen von Mikro-Axialkolbenpumpen vom Typ AKP mit drei oder fünf Kolben her. So misst beispielsweise die 5-Kolben-Pumpe AKP36 nur 1,4 Zoll. (36 mm) im Durchmesser um 3,9 Zoll. (99 mm) lang. Er verfügt über einen Hubraum von 0,36 cm3/Umdrehung bei 250 bar Maximaldruck und 4.000 U/min Maximaldrehzahl.
Die Größe AKP103 misst 1,9 Zoll. (50 mm) im Durchmesser x 3,8 Zoll. (98 mm) lang. Er hat 3 Kolben, einen Hubraum von 0,1 cm3/Umdrehung, einen maximalen Nenndruck von 500 bar und läuft mit Drehzahlen bis 5.000 U/min. Eine 5-Kolben-Version bietet einen Hubraum von 0,3 cm3/Umdrehung.
Die leise arbeitenden Einheiten bieten angeblich einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad auch bei einer Mindestdrehzahl von 100 U/min. Sie sind druck- und saugseitig ventilgesteuert und daher nicht als Motoren geeignet. Die kleinen Einheiten werden in Offshore-, Öl- und Gasanwendungen, in Dosiersystemen und allgemeinen Hydrauliksystemen mit kleinen Verlagerungen eingesetzt.
Hydro Leduc (Azerailles, Frankreich) bietet eine komplette Palette von Mikropumpen mit fester und variabler Verdrängung, Mikromotoren (Drehzahlen von 350 bis 6.500 U/min), Rückschlag-, Druckentlastungs-, Magnet- und Pilotventilen sowie komplette Mikroaggregate für den Betrieb in unterschiedlichsten Arbeitsumgebungen.
So hat beispielsweise die Festdränger-Mikropumpe PB32 einen Gehäusedurchmesser von nur 1,28 Zoll. (32 mm) mit einem Hubraum von nur 0,0007 in.3, einer maximalen Drehzahl von 5.000 U/min kontinuierlich und 6.000 Spitze und einem maximalen Druck von 4.350 psi kontinuierlich und 5.075 psi Spitze. Eine etwas größere PB33 HP-Version hat einen Hubraum von 0,0027 in.3 und eine maximale kontinuierliche Druckrate von 13.050 psi und eine maximale Spitze von 14.500 psi (1.000 bar).
Die Lee Co. (Westbrook, Conn.) stellt eine Reihe von miniaturisierten, leistungsstarken Fluidsteuerungskomponenten her, darunter Lee Plug Expansionsstopfen, Magnetventile, Durchflussbegrenzer, Sicherheitssiebe, Abblase- und Rückschlagventile und Wechselventile. Die Durchflusskontrollen des Unternehmens, um ein typisches Produkt zu nennen, bieten einen dosierten Durchfluss in eine Richtung und einen freien Durchfluss in die andere Richtung. Es wird auch als Einweg-Begrenzer bezeichnet. In der kleinsten Größe beträgt der Durchmesser nur 0,18 Zoll, während der nominale Systemdruck bis zu 3.000 psi beträgt. Andere Produkte ähnlicher Größe sind Rückschlagventile im Sitzventilstil, die ein GPM bei 25 psid durchströmen können und einen nominalen Systemdruck von bis zu 4.000 psi aufweisen; und Druckbegrenzungsventile, die einen Öffnungsdruck von 20 bis 100 psid aufweisen und in einigen Versionen Systemnenndrücke bis zu 5.000 psi verarbeiten. Einige Miniatur-Rückschlagventil- und Drosselklappenmodelle können sogar Systemdrücke bis zu 8.000 psi verarbeiten.
Ebenso schützen Schutzscheiben mit einem Durchmesser von nur 0,13 Zoll Öffnungen, Überdruckventile und andere empfindliche Hydraulikkomponenten. Kritische Komponenten sind oft relativ immun gegen geringe Mengen an kleinen Verunreinigungen, aber ein einziges großes Partikel kann zu einem plötzlichen Ausfall führen - möglicherweise mit katastrophalen Auswirkungen. Während die Filter während des Betriebs die Sauberkeit der Flüssigkeit aufrechterhalten, bieten die Sicherheitsfenster einen zusätzlichen Schutz. Die Einheiten sind mit Lochgrößen von 0,0008 Zoll bis 0,062 Zoll erhältlich, und Hochdruckversionen platzen oder kollabieren bei Drücken von 7.500 psid nicht, selbst wenn sie vollständig verstopft sind.
SFC Koenig (North Haven, Conn.) bietet eine Reihe von Stopfen, Durchflussreglern, Rückschlagventilen und zugehörigen Komponenten an. So sollen beispielsweise die Expanderstopfen Bohrlöcher mit hervorragender Zuverlässigkeit abdichten. Sie sind in Größen von 0,093 bis 0,875 Zoll erhältlich und für Druckeinheiten bis 6.500 psi (450 bar) und für Pull-Versionen bis 7.200 psi (500 bar) ausgelegt.
Die Edelstahl-Drosselrückschlagventile des Unternehmens ermöglichen eine präzise Durchflussregelung in Fluidsystemen und sind in Größen ab 0,093 Zoll erhältlich. (4 mm) in Expander- und Gewindeausführung und verarbeiten Drücke bis zu 200 bar (2.900 psi). Die Blende kann so gewählt werden, dass die gewünschten Durchflussmengen erreicht werden. Rückschlagventile, 0.216 in. (5,5 mm) Durchmesser, Griffvorwärts- oder Rückwärtsströmung, haben einen Öffnungsdruck von 2 bis 29 psi (0,14 bis 2 bar) und einen maximalen Betriebsdruck von 280 bar (4.352 psi).
Takako Industries, ein Unternehmen der KYB-Gruppe mit Sitz in Kyoto, Japan, behauptet, die weltweit kleinste Axialkolbenpumpe zu bauen. Die quadratische Form der TFH-040 Einheit misst nur 1,18 Zoll. (30 mm) Breite um 3,0 Zoll. (77 mm) lang und ist für einen maximalen Betriebsdruck von ca. 140 bar (2.030 psi) ausgelegt. Der Hubraum beträgt 0,4 ccm/Umdrehung, die Eingangsdrehzahl 2.000 U/min, bei einem Durchfluss von 0,8 l/min.
Die Einheit ist Teil einer Familie von Mikropumpen, die über ein Hybridantriebssystem verfügen, das die Vorteile der Hydraulik mit der Steuerbarkeit von Ac-Servomotor und Umrichter kombiniert, um ein breites Spektrum von Spezifikationen mit einer Kleinstmengenpumpe zu erfüllen. Typische Anwendungen, so das Unternehmen, sind eine Pumpe zur Ventilsteuerung, Werkzeugwechselvorrichtungen für Umformmaschinen, hydraulische Klemmen und Crimppressen.
{{medias[34423].description}}