Leitfragen-Hydraulik PDF

Preview

Summary

Übungsfragen mit Lösungen...

Description

FST 1: Hydraulik Frage

Antwort Kapitel 1 - Einführung und Grundlagen der Hydrauliksysteme

Wie ist ein Hydrauliksystem grundsätzlich aufgebaut?

Aus einem/mehreren hyd. Verbraucher/n (Aktuatoren/Motoren), Servoventile, Verrohrung, Filter, Wasserabscheider, Überdruckventile, Hyd. Generator, Reservoir

Was ist ein hydrostatisches System? Warum verwendet man es?

Bei einem hydrostatischen System geht der Volumenstrom gegen Null und die Leistung wird über die Erhaltung eines hohen Systemdrucks erbracht. Dadurch können dünne Rohre verwenden werden.

Zeichnen Sie ein elementares Schema für einen Hydraulik-Kreislauf.

Für welche Verbraucher wird Hydraulik eingesetzt? Warum?

Verbraucher mit hohem Leistungsbedarf, wie z.B. Aktuatoren für die Fahrwerke, primäre/sekundäre Flugsteuerung, weil der Einsatz von kompakten hoch leistungsfähigen Aktuatoren realisiert und die benötigte Energie zentral generiert werden kann.

Welche Vorteile hat der Einsatz von Hydraulik?

Kompakte Pumpen/Motoren bei hoher Leistungsdichte, Energie kann gut übertragen werden, hoher Wirkungsgrad, hohe Stellgenauigkeit, Motoren und Linearantriebe realisierbar, stufenlose Geschwindigkeitseinstellung, niedrige Trägheitsmomente, einfache Regelungskonzepte, einfacher Überlastungsschutz, hohe Lebensdauer, Redundant aufbaubar

Welche Nachteile sind mit der Hydraulik verbunden?

Wartungsintensiv, hohe Lärmemmisionen, muss dicht sein, feste Materialien, geringe Steifigkeit, Filterung des Fluids nötig, hohe Fertigungsgenauigkeit benötigt, Schwingungsanfällig, Strömungsverluste im System, Kühlung benötigt

konstanter Druck, mehrere unabhängige Hydrauliksysteme, extremer Leichtbau, sehr hohe Temperaturbereiche, gerines Welche Besonderheiten gibt es für die Hydraulik Ölumlaufvolumen, sehr hohe Komponentenpreise an Bord von Flugzeugen? Nach CS/FAR25 muss nachgewiesen werden: -Druckfestigkeit -Festigkeit gegenüber äußerer Belastung -dass alle relevanten Daten des Systemzustands der Crew angezeigt werden -keine Leckagen in die Kabine gelangen -dass es für alle spezifizierten Fluide ausgelegt ist -dass Fluide den Regulierungen zur Entflammbarkeit folgen -dass getestet wurde -dass Fail-Safe ist -dass das System räumlich separiert aufgebaut ist -dass eine sichere Landung bei ausgefallenen Was ist bei dem Zulassungsprozess zu beachten? Hydrauliksystem möglich ist Kapitel 2 - Systemkomponenten und Pumpen

Welche Komponenten gehören zum hydraulischen System im Flugzeug? Welche Arten von Pumpen mit verstellbarem Schluckvolumen gibt es?

-Pumpen mit konstanten oder verstellbaren Volumenstrom -rotatorische oder lineare Aktuatoren -Motor-Pumpen-Hybrid -Strom- und Druckventile -Filter -Behälter -Druckspeicher -Verrohrung Axialkolbenpumpen

Die Druckrelegung funktioniert mechanisch, durch ein federbelastetes Vorsteuerventil, welches abhängig vom Druck, die Schwenkscheibe mittels eines Steuerkolbens verstellt. Mit Wegeventile kann ein geneauer Volumenstrom realisiert werden.

Wie funktioniert eine Pumpendruckregelung? Warum verwendet man Wegeventile? Wie sieht die Kennlinie aus?

Wie wird der Druck im Verdrängerraum beeinflusst?

Durch Verstellen der Schwänkscheibe, ändert sich das Volumen im Verdrängerraum und somit wird der Druck beeinflusst.

Wie berechnet sich der Wirkungsgrad von Hydraulikpumpen?

Welche Verluste entstehen?

Volumetrische Verluste durch: -Leckagen -Füllung -Kompression Mechanische Verluste durch: -dichteabhängige Reibung -viskose Reibung -Haftreibung -konstanten Anteil

Was sind ein Differential- und Gleichgangzylinder?

Differentialzylinder: ist doppelt wirkende, Kraft resultiert aus Differenz der beiden Kolbenflächen Gleichgangszylinder: ist doppeltwirkend, beide Kolbenflächen sind identisch Die Druckaufbaugleichung ist der Druck nach der Zeit abgeleitet und entspricht der Summe der Volumenströme geteilt durch die hydraulische Kapazität.

Wie leiten sich die Druckaufbaugleichungen ab? Wie erreicht man niedrige Reibungskräfte im Zylinder?

Was ist der Unterschied zwischen externer und interner Leckage?

Welche Arten von Dichtungen werden verwendet? Was versteht man unter einer Endlagendämpfung?

Durch den Einsatz von berührungsarmen Dichtungen. Externe Leckage: Fluid verlässt das Hydrauliksystem Interne Leckage: Fluid fließt an Wirkungsflächen vorbei -Dichtkantenringe aus PTFE durch O-Ring vorgespannt -Teflon/Nylon-Dichtungen vorgespannt durch TRing -Teflon-Ringe vorgespannt durch O-Ring Um das Aufschlagen des Kolbens auf die Endlage zu vermeiden, wird der Kolben kurzvorher abgebremst

-Befestigungsschrauben nie auf Zug beanspruchen -Schwenkaugen auf einer Ebene -Dehnung des Zylinders Ausgleich geben -Zylinder im Schwerpunkt aufhängen Welche Einbauregeln sind zu beachten? -auf Knicksicherheitprüfen Kapitel 3 - Ventile und Widerstandssteurung

Was ist der Unterschied zwischen Verdängerund Widerstandssteuerung?

Bei der Verdrängersteuerung wird mittels des verdrängtem Volumen gesteuert. Findet nur bei rotatorischen Aktuatoren statt. Bei der Widerstandsteuerung wird mittels Ventilen im Leistungskreis gesteuert.

Welche Vor- und Nachteile hat die Widerstandssteuerung?

Vorteile: -schnelle Verstellung von Volumenströmen und Druckdifferenzen -Komponenten günstiger als bei Verdrängersteuerung Nachteile: -schlechter Wirkungsgrad, dadurch Erwärmung des Fluids, welches dann gekühlt werden muss Drossel und Blende

Welche Arten von Konstantdrosselventilen kennen Sie? Q-Δp-Kurvenverlauf?

Was versteht man unter hydraulischen Halbbrücken? Vollbrücken? Typen? Welche stationären Kenngrößen werden für die Brückenhalbglieder verwendet?

Eine hydraulische Halbbrücke ist der Zusammenschluss von mehreren Blenden in Reihe. Bei einer Halbdrücke wird der Widerstand über zwei Steuerkanten gesteuert und bei Vollbrücken über vier. Die Typen unterscheiden sich hinsichtlich der Verwendung von variablen Steuerkanten oder festen Blenden/Drosseln Volumenstrom- und Druckverstärkung wodurch sich Geschwindigkeits- und Kraftverstärkung ableiten lassen.

Q = CQ·y-CQ,p·pL Q: Druchfluss CQ: Volumenstromsignalverstärkung y: Ventilschieberweg CQ,p: Volumenstromdruckverstärkung Wie lautet die linearisierte Durchflussgleichung? pL: Lastdruck Stetigventile: -Wegeventil -Volumenstromventil -Druckventil und Schaltventile Elektrische, mechanische oder hydraulische Welche Arten von Ventilen gibt es? Welche Betätigung Ventilbetätigungen gibt es? Eingangsstufen wandeln Steuersignale in Welche Aufgabe haben Eingangsstufen? Welche Stellsignale für die Leistungsstufe um. Elektromechanische und mechanisch-hydraulische. Arten gibt es?

Wie funktioniert ein ein- bzw. zwei-stufiges Servoventil?

Bei einem einstufigen Prinzip, wird nur eine Eingangsstufe verwenden und bei einem zweistufigen zwei. Stromregelventil: -variable Drossel -stufenlosen 4/3-Wegeventil

Druckbegrenzungsventil:

3/2-Wegeventil:

Rückschlagventil: -druckbelastet

-federbelastet

Skizziere die Funktionsdiagramme von Stromregelventil, Druckbegrenzungsventil, 3/2Wegeventil & Rückschlagventil. Kapitel 4 - Reservoir, Hydrospeicher und Druckpulsation Warum benötigt man ein Reservoir für die Um Variationen des Flüssigkeitsvolumens Hydraulikflüssigkeiten? auszugleichen. Welche grundsätzlichen Bauformen unterscheidet man? Zapfluftbeaufschlagte und Boot-Strap Reservoirs Wie lässt sich ein ausreichender In den man das Reservoir mit Druck Pumpeneinlassdruck sicherherstellen? beaufschlagt.

Wie funktioniert das Bootstrap-Konzept?

Das Reservoir besteht aus zwei Kammern, einer Hochdruck- und einer Niederdruckkammer. Beide sind mittels eines Kolbensverbunden. Die Wirkfläche auf der Hochdruckseite ist viel kleiner als auf der Niederdruckseite, so wird durch die Hochdruckseite ein ausreichender Druck bereitgestellt.

Wofür werden im Flugzeug Hydrospeicher benötigt?

Um Druckschwankungen auszugleichen, Pumpenträgheit zu kompensieren, Speicher für die hydraulische Bremse, Speicher für erhöhten Volumenstrombedarf, Leckageausgleich

Ein Hydrospeicher besteht aus zwei getrennten Kammern, einer Gas- und einer Flüssgkeitskammer. Das Fluid kompremiert das Gas im Normalbetrieb. Wenn der Druck sinkt, Erläutern Sie das Funktions- und Wirkprinzip von expandiert das Gas und gleicht den Druck im Hydrospeichern! Flüssigkeitsstrang wieder aus.

Wodurch ist die Dynamik von Gasspeichern charakterisiert?

Für die Auslegung werden die Betriebsparameter ∆V (aufzubringendes Flüssigkeitsvol.) bzw. ∆W hyd (erforderliche hydrostat. Energie) herangezogen. Aus diesen wird dann über polytrope Zustandgleichungen die benötigten Auslegungsparameter V 0 (Füllvolumen) und p0 (Fülldruck) bestimmt. Die Eigenfrequenz des Speicher steigt mit zunehmendem Speicherdruck und abnehmendem Volumina an.

Skizzieren Sie den typischen Verlauf von Eigenfrequenzen über Druck! Wie verändert sich die Dämpfung als Funktion der Frequenz?

Die Dämpfungsfunktion ähnelt einer Resonanzfunktion.

Wie geht man bei der Auslegung von Hydrospeichern vor?

Durch Druckwechsel, Druckpulsation, Kavitation, Strömungsgeräusche, Schaltstöße, mech. Stöße, Wodurch entsteht Systemlärm bei hydraulischen Unwucht, Zahneingriff Anlagen? Welche zwei Arten von Druckpulsation gibt es Kinematische und Kompressionsbedingte bei Pumpen? Pulsation Welchen Einfluss hat die Systemimpedanz auf Die Pulsation ist proportional zur Impedanz die Pulsation? Nennen Sie Maßnahmen zur Pulsationsminderung? Welchen Einfluss hat der Betriebspunkt auf die Wirksamkeit der Dämpfung?

Ursachenklärung, Verdrängereinheit optimieren, Flüssigkeitsschall reduzieren, Dämpfer einbauen Das Spektrum der Druckpulsationsamplituden ist vom Betriebspunkt abhängig.

Was versteht man unter Kavitation? Welche schädlichen Auswirkungen können dadurch entstehen?

Das Ausscheiden von Gasbläschen durch Abfallen des Lokasdruckes unter den Gasdampfdruck. Geräuschemissionen, Druckstöße, Erosionsschäden an Bauteilen, Schaumbildung im Behälter

Welche Gegenmaßnahmen sind möglich?

Lokalen Druck stets über Gasdampfdruck halten. Es entstehen Druckstöße, welcher sich innerhalb Wie wirken sich schlagartige Schließvorgänge in einer kritischen Zeit hin und wieder zurück druch das Rohr bewegt Hydrauliksystemen aus? Welche Fallunterscheing ergibt sich bei der 1: Schließzeit < kritische Zeit Bewertung? 2: Schließzeit > kritische Zeit Was versteht man unter der kritischen Die Zeit, in welcher die Reflektion der Schließzeit? Druckwelle, das verursachte Ventil erreicht Kapitel 5 - Gesamtarchitektur der hydraulischen Energieversorgung

Wie läuft der Auslegungsprozess für hydrostatische Systeme grundsätzlich ab? Welche grundlegenden Schaltungen für hydrostatische Systeme gibt es? Welche Möglichkeiten der Geschwindkeitssteuerung am Verbraucher gibt es?

Welche Redundanzmaßnahmen im Hydrauliksystem werden eingesetzt?

Wie funktioniert eine Leistungstransfereinheit? Wie erfolgt die Realisierung einer hydraulischen Notenergieversorgung?

1: Anforderung der Verbraucher ermitteln 2: Aktuatoren auslegen 3: Systemarchitektur auslegen 4: Erforderlichen Volumenstrom errechnen 5: Verrohrung auslegen 6: ggf. Iterieren Eine Pumpe pro Verbaucher oder mehrere parallele Verbaucher

Verdränger- oder Widerstandssteuerung Mehrere unabhängige Aktuatoren (Hydrauliksysteme), gleichzeitiger Einsatz von Triebswerks-, Elektro- und Stauluftpumpen, Power-Transfer-Unit einsetzen Eine PTU verbindet zwei Hydrauliksysteme, ohne Flüssigkeit auszutauschen. Dabei wird hydraulische Energie in mechanische Energie gewandelt und dann wieder in hydraulische. Durch den Einsatz einer Stauluftturbine (Ram Air Turbine)

Eine RAT besteht aus einem zweiblättrigen Propeller, welcher durch Stauluft eine Hydraulikpumpe und/oder einen Elektrogenerator antreibt.

Wie ist der prinzipielle Systemaufbau der RAT? Was sind die wichtigsten Auslegungsgesichtspunkte?

Welche Verlustleistung und Wärmebilanz im hydrostatischen System ergeben sich?

Aus welchen Komponenten besteht die hydraulische Energieversorgung der A320?

Minimale Fluggeschwindigkeit und minimal erforderliche Turbinenleistung Pumpen-, Leitungs- und Motorverluste Die Temperatursteigt, bis der Gleichgewichtszustand erreicht wurde (Wärmebilanz) EDP (Engine Driven Pump) EMP (Electric Motor Pump) RAT (Ram Air Turbine) PTU (Power Transfer Unit) Anschlüsse für externe Versorgung A320: Hydraulic System Page auf dem ECAM

B787: Hydraulic Synoptic Page auf dem Multifunctional Display

Welche Anzeigen hat der Pilot im Cockpit? Anhang A - Grundlagen der Hydrostatik Eine Flüssigkeit ist ideal, wenn sie reibungsfrei Was versteht man unter einer idealen (Viskosität = 0), masselos (Dichte = 0) und Flüssigkeit? Eigenschaften? inkompressibel (V = const.) ist P=p·Q P: Leistung p: Druck Wie lautet die Grundgleichungen für Q: Volumenstrom translatorische Bewegungen? M = [p · Q]/[2π · n] M = Moment Wie lauten die Grundgleichungen für n = Drehzahl rotatorische Bewegungen? Anhang B - Hydrodynamik und Widerstandsnetze Kontinuitätsgleichung:

Wie lauten die Kontinuitätsgleichung und die Bernoulli-Gleichung?

Bernoulli: p + 𝜌·g·h + 𝜌/2·𝑣² = const

Leiten Sie das Durchflussgesetz der Blenden ab!

Wie ist ein hydraulischer Widerstand definiert? Wodurch entsteht er? Wie berechnet man die Druckverluste in einem hydraulischen glatten Rohr?

Wenn der Druck in Strömungsrichtung abfällt, spricht man von einem hydraulischen Widerstand. Dieser entsteht durch Freisetzen von Wärme infolge von Reibung und Turbulenzen R H = ∆p/Q

Ab einer Reynolds-Zahl von 2300 gilt eine turbulente Strömung und obige Gleichung kann nicht mehr angewendet werden. Zusätzliche ist der Durchflusskoeffizient von der Reynolds-Zahl Welchen Einfluss hat die Reynolds-Zahl? Was abhängig, welcher für die Berechnung des sagt sie aus? Blendenvolumenstroms benötigt wird. Wie beschreibt man die Druckverluste bei Durch die Anwendung der Bernoulli-Gleichung in Krümmern und Formstücken? der erweiterten Form. Hydraulische Kapazität beschreibt die Elastizität Was versteht man unter hydraulischer Kapazität eines Flüssigkeit und die hydraulische und Induktivität? Induktivität die Massenträgheit.

Berechnen Sie ein einfaches Beispiel für das dynamische Verhalten! Wie lassen sich die elastischen Effekte In den man einen Ersatzkomressionsmodul berücksichtigen? einführt. Anhang C - Druckflüssigkeiten in Hydrauliksystemen -Energieübertragung -Signalübertragung -Schmierung -Wärmetransport Welche Funktionen haben Hydraulikflüssigkeiten -Korrosionsschutz -Fremdpartikeltransport im Hydrauliksystem?

Welche Anforderungen werden an die Hydraulikflüssigkeiten gestellt? Was ist der Flammpunkt? Was ist die Zündtemperatur?

-konstante Viskosität -möglichst inkompressibel -niedriger Stockpunkt -hoher Flammpunkt -gutes Verschleißschutzvermögen -gutes Luftabscheidevermögen ohne Schaumbildung -chemisch stabil -geringe dichte Die Temperatur, bei der der Flüssigkeitsdampf extern entflammbar (Flammpunkt) ist oder sich selber entzündet (Zündtemperatur).

Welche Eigenschaften haben Hydraulikflüssigkeiten? Und wie verändern sich die über Druck und Temperatur?

Eine Flüssigkeit besitzt eine Viskosität [steigt bei Druckanstieg und fällt bei Temperaturanstieg], eine Dichte [steigt bei Druckanstieg und fällt bei Temperaturanstieg], und ein Luftaufnahmevermögen [steigt bei Druckanstieg und ändert sich kaum bei Temperaturanstieg].

Was ist Viskosität? Welchen Einfluss hat die Viskosität?

Die Viskosität beschreibt die Zähigkeit einer Flüssigkeit, also die innere Reibung. Je höher die Viskosität, desto mehr Energie muss man einbringen, um einen Volumenstrom erzeugen zu können.

Welchen Einfluss hat Wasser und Luft im Hydrauliksystem?

Was versteht man unter HFD? Warum verwendet man HFD? Was ist Skydrol?

Wasser hat einen geringen Siedepunkt und hohen Stockpunkt, dadurch werden die Eigenschaften des Hydraulikfluidsnegativ beeinflusst. Gelöste Luft hat keinen Einfluss, ungelöste Luft (Bläschen) kann zu Kavitation führen und beeinflusst die Kompressibilität ins negative. HFD ist eine schwerentflammbare Druckflüssigekeit. Wegen der guten hydraulischen Eigenschaften, wird jedoch nicht mehr verwendet. Der Standard für Hydraulikflüssigkeiten in der Luftfahrt.

Mineralöle besitzen zu geringe Flammpunkte und Wasser besitz einen sehr hohen Stockpunkt, Warum wird in der Luftfahrt kein Mineralöl oder geringen Siedepunkt (Bläschenbildung), wasserhaltiges Fluid verwendet? schmiert nicht und begünstigt Korrosion...