Vorwort zur 5. Auflage
Das Buch "Ölhydraulik" verfolgt das Ziel, Entwicklungsingenieuren, Konstrukteuren und Studierenden des Maschinenbaus einen möglichst vollständigen Überblick über den Teil der Fluidtechnik zu vermitteln, der die hydrostatische Leistungsübertragung umfasst.
Hydrostatische Antriebe und Steuerungen haben prinzipbedingte Vorzüge, die zu hydraulischen Lösungen für vielfältige Anwendungen im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau prädestinieren. So benötigt die hydrostatische Leistungsübertragung nur kleines Bauvolumen zum Bewegen großer Lasten, das Steuern von Energie erfolgt mit günstigem Zeitverhalten. Standardisierte Komponenten lassen sich räumlich freizügig anordnen und zu hydraulischen Anlagen für beliebige Arbeitsfunktionen zusammenstellen. Die Sicherheit von Maschinen ist durch Begrenzen des Arbeitsdrucks einfach und zuverlässig zu verwirklichen.
Erst mit dem fachübergreifenden Zusammenschluss von Funktionseinheiten auf der Antriebsebene (Integration) und der durchgängigen Einbindung in die übergeordnete Steuerungsebene (Vernetzung) erfüllten sich Voraussetzungen dafür, die Hydraulik anspruchsvolleren Aufgaben des Prozessablaufs nutzbar zu machen. Hierzu gehört u. a. die komplexe, schnelle und genaue Bewegungssteuerung aller Antriebseinheiten (motion control). Die Entwicklung der Hydraulik von der Schaltventil über die Stetigventiltechnik bis zum vollwertigen Baustein der Fertigungs- und Prozessautomation nachzuzeichnen ist vorrangiges Anliegen dieser Auflage.
Im einführenden Kapitel wird diese Entwicklung anhand von Beispielen aus den wichtigsten industriellen Anwendungsfeldern aufgezeigt. Als Leitlinie hat sich die Getriebesystematik bewährt, ist doch deren Gliederung in gleichmäßig und ungleichmäßig übersetzende Getriebe sowie in gesteuerte Antriebe dem Maschinenbauer ebenso geläufig wie auf fluidtechnische Antriebe sinngemäß übertragbar. Verallgemeinerte Beurteilungskriterien erleichtern zudem die vergleichende Bewertung von Leistungsübertragern und Bewegungserzeugern unterschiedlicher Energieart.
Parallel zur Getriebetechnik zeichnet sich in der Fluidtechnik eine Entwicklung ab, die den gesteuerten Antrieb zum mechatronischen System erweitert. Zwar geht man seit jeher von ganzheitlicher Betrachtung beim Entwurf elektrisch-fluidtechnischer Antriebe aus, unterscheiden sich doch deren Übertragungseigenschaften wesentlich von denen elektrisch-mechanischer Antriebe. Dennoch tragen zukunftsweisende Impulse der Mechatronik dazu bei, Fluidkomponenten zu optimieren und die Gesamtfunktionalität von Fluidsystemen zu erweitern. Grundlegende Begriffe der Mechatronik werden erläutert, die Stelleinrichtung (Aktor) als energiesteuernder Teil im mechatronischen System vertieft behandelt. Neben unkonventionellen (neuen) Aktoren sind insbesondere die Vorzüge des Stellens mit fluidischer Hilfsenergie (hydraulisches Aktorpinzip) herausgestellt. Es wird gezeigt, wie sich die Steuerketten servohydraulischer Antriebe in die Grundstruktur des geregelten Aktors einfügen lassen. Ein Großteil der industriellen Beispiele des Bewegens, Antreibens und Steuerns (Drive &Control-Lösungen) dient nicht zuletzt dazu, den mechatronischen Ansatz in der Stationär-, in zunehmendem Maße auch in der Mobilhydraulik sichtbar zu machen.
Die folgenden Kapitel widmen sich zunächst den Grundlagen der Strömungsmechanik, des Weiteren den hydraulischen Komponenten. Letztere werden anhand detaillierter Schnittbilder nach Aufbau und Wirkungsweise dargelegt. Die Fluidtechnik behauptet ihren hohen technischen Stand, indem sie andere Wissensgebiete wie Mikroelektronik und -Systemtechnik nutzt, jedoch nicht minder, indem sie ihren Kernbereich fortentwickelt. Auf Ergebnisse hierüber einzugehen, ist ein weiteres Anliegen dieser Auflage.
Die Eigenschaften der Druckflüssigkeiten verbesserten sich ebenso wie die Ausführung der Geräte vor dem Hintergrund der Konstruktionsmethodik. Zu nennen ist u. a. die biologische Abbaubarkeit von Druckflüssigkeiten. Auf Neuerungen in Konstruktion, Material- und Fertigungstechnik wird an ausgewählten Geräten der Energieumformung (Pumpen, Motoren und Zylinder) hingewiesen. Zahnrad- und Axialkolbenpumpen zeichnen sich durch geringere Schallabstrahlung und günstigere Wirkungsgradcharakteristik aus. Leistungsfähigere Schrägscheibenmotoren in Fahrantrieben ermöglichen die räumliche Integration in die Radachse.
Die Simulation des Antriebssystems ist neu gefasst und auf angekoppelte komplexe Lastsysteme erweitert. Um Wechselwirkungen zwischen hydraulischen, mechanischen und elektronischen Komponenten im modellbasierten Systementwurf zu berücksichtigen, sind neue Werkzeuge erforderlich. Neben universellen Werkzeugen der Modellierung von mechatronischen Systemen, u. a. dem der Simulatorkopplung, wird ein spezielles Werkzeug für die Projektierung elektrohydraulischer Linearachsen (Servozylinder) vorgestellt.
Die Geräte der Energiesteuerung und -regelung (Ventile) umfassen herkömmliche Schaltventile mit ihren Betätigungsarten und die Bauform der Stetigventile. Neuerungen bei den schnellen Proportionalventilen (Regelventilen) finden sich im Ventilstellantrieb und in der funktionalen Integration über eine ventilinterne Daten-Schnittstelle.
Im abschließenden Kapitel werden Geräte zur Übertragung, Speicherung und Aufbereitung der Druckflüssigkeit behandelt, hängt doch von diesen der zuverlässige Betrieb hydraulischer Anlagen ab. Gestiegene Anforderungen an die Flüssigkeitsreinhaltung schlagen sich im geänderten Multipass-Test für Hydraulikfilter nieder.
Zahlreichen Hydraulikherstellern und Hydraulikanwendern ist für die Unterstützung durch freundlich zur Verfügung gestellte Firmenschriften und angefertigte Bildvorlagen zu danken.
Meinen Kollegen vom Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik der Technischen Universität Berlin verdanke ich manch wertvolle fachliche Anregung. Innerhalb des Fachgebiets "Konstruktion von Maschinensystemen" nimmt die Hydraulik einen festen Platz ein. Sie verbindet Energie- und Signalfluss zur Ausführung von Arbeitsfunktionen in mobilen Arbeitsmaschinen und fördertechnischen Maschinen und Anlagen. So wies Herr Prof. Dr.-Ing. D. Severin auf die Bedeutung des hydraulischen Fahrzeugkrans für die Fördertechnik hin. Herr Prof. Dr.-Ing. H. J. Meyer steuerte Informationen zu Landmaschinen und Traktoren bei und ver fasste den Abschnitt über die Hydraulik in Kraftfahrzeugen, der erstmals in das Buch aufgenommen wurde.
Das Zeichnen und Beschriften von Bildvorlagen führte am selben Institut Frau Haase mit großer Sorgfalt durch. Die umfangreiche Textverarbeitung oblag Frau Braun. Für die verständige und interessierte Mitarbeit sei den Damen vielmals gedankt.
Dem Verlag danke ich für die vertrauensvolle Zusammenarbeit und die bewährte Qualität der Ausstattung.
Berlin, im Januar 2005
Dietmar Findeisen
Vorwort zur 1. Auflage
Die Ölhydraulik hat infolge ihrer vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile innerhalb eines Jahrzehntes eine Sonderstellung im Bereich des allgemeinen Maschinenbaues einschließlich des Hebezeug-, Pressen- und Werkzeugmaschinenbaues erworben. Steuernde ölhydraulische Elemente und Umformer (Zylinder, Ölmotor), an Zahl und Typen reich, sind Ausdruck dieser kurzen Entwicklungsperiode.
Das vorliegende Fachbuch will in dieses Gebiet einführen, um Konstrukteur, Betriebsmann und Studierende mit Wirkungsweise und Anwendungsmöglichkeiten der Bauelemente sowie mit den Grundgesetzen der strömenden Ölflüssigkeit vertraut zu machen.
Der Gliederung des umfangreichen Gebietes der Ölhydraulik lag die Annahme zugrunde, daß die zugehörigen Bauelemente in der Praxis selten durch Eigenfertigung hergestellt, sondern von Hydraulikfirmen bezogen werden. Konstruktive Einzelheiten sind deshalb auf das Notwendigste beschränkt. Aber die Wirkungsweise dieser Elemente und deren Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen, ist das Anliegen dieses Fachbuches.
Die hydrostatischen Getriebe, die im Prinzip Ölpumpe und Ölmotor in sich vereinigen, wobei der Primärteil (Ölpumpe) Druckenergie für das im Getriebe kreisende Öl erzeugt, die der Sekundärteil (Ölmotor) in mechanischer Arbeit umformt, sind nicht in diesem Buche angeführt. Diese Getriebeart wäre der allgemeinen Getriebetechnik zuzuordnen.
Es ist mir ein besonderes Bedürfnis, Herrn Fabrikant Heilmeier der Firma Heilmeier & Weinlein, München, für Vorschläge und zahlreiche Unterlagen zu danken.
Ebenso gilt mein Dank den im Schrifttum genannten Firmen für überlassene Zeichnungen, Fotos und Prospekte.
Dem Verlag sei für die Ausstattung des Buches gedankt.
Northeim, im Frühjahr 1962
Franz Findeisen