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Aufgenommene Leistung Zylinder
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UniGuy
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Anmeldungsdatum: 25.08.2016
Beiträge: 22

BeitragVerfasst am: 04 Okt 2016 - 08:37:51    Titel: Aufgenommene Leistung Zylinder

Guten Morgen,

zwecks einer Arbeit muss ich mich als Nicht-Maschinenbauer/Hydrauliker mit der Hydraulik usw. beschäftigen. Konkret geht es um den Energieverbrauch eines Zylinders bzw. um die aufgenommene Energie aus dem Hydraulikaggregat.

Ein Zylinder bewegt eine Masse um eine vorgegebene Hubstrecke s in einer vorgegebenen Hubzeit T. Das Ganze sieht im vt- Diagramm trapezförmig aus und besteht im wesentlichen aus den 3 Schritten:
1) Beschleunigen auf Geschwindigkeit v
2) Konstanthalten der Geschwindigkeit v
3) Abbremsen bis zum Stillstand
Für alle 3 Intervalle ist die Zeit T/3 vorgegeben.

Generell geht es nun um die Frage, ob ich durch eine Erhöhung der Hubzeit eine Verringerung des Energieverbrauchs für einen Hub erzielen kann.

Mein Ergebnis: Nein. Die aus dem Hydraulikaggregat aufgenommene Leistung bleibt gleich.

Die mittlere Leistung habe ich so berechnet:

Q: mittlere Volumenstrom, p: Betriebsdruck
Die mittlere Energie pro Hub beläuft sich dann auf:

T: Hubzeit

Eine Erhöhung der Hubzeit verringert zwar nach meinen Berechnungen den mittleren Volumenstrom, aber durch die Erhöhung von T erhöht sich im gleichem Maße die mittlere Energie, sodass unterm Strich die gleiche Energie für unterschiedliche Hubzeiten herauskommt.

Kann mir hier jemand weiterhelfen?
Vorallem bei den Formeln bin ich mir unsicher. Kann ich einfach sagen, dass der Energieverbauch für diesen Mechanismus so wie oben beschrieben berechnet wird? Kann es überhaupt sein, dass die
Energie bei einer Erhöhung der Hubzeit gleich bleibt ?

Ich bin wirklich über jede Hilfe dankbar!
Horst
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Anmeldungsdatum: 09.09.2004
Beiträge: 112
Wohnort: Sachsen-Anhalt

BeitragVerfasst am: 05 Okt 2016 - 15:53:21    Titel: Re: Aufgenommene Leistung Zylinder

UniGuy hat folgendes geschrieben:
Ein Zylinder bewegt eine Masse um eine vorgegebene Hubstrecke s in einer vorgegebenen Hubzeit T.

Nicht dass ich Dir wirklich helfen könnte, mit einer Formel gleich gar nicht, nur einige Gedanken halt, die nicht wirklich korrekt sein müssen.

Hydraulische Systeme sind doch eigentlich nicht viel mehr als eine Art von Übersetzung, um eine Leistung oder eine wirkende Kraft entsprechend den Anforderungen zu übertragen. Die Anforderungen in Deinem Beispiel beziehen sich auf eine zu beschleunigende Masse, die Du einmal schneller und einmal etwas langsamer beschleunigen möchtest. Du führst der zu bewegenden Masse einmal etwas mehr und einmal etwas weniger kinetische Energie zu, die Dein Hydraulikaggregat einmal etwas mehr und einmal etwas weniger aufbringen müsste, würde ich vermuten.
GvC
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Anmeldungsdatum: 16.02.2009
Beiträge: 3494

BeitragVerfasst am: 06 Okt 2016 - 01:41:11    Titel:

UniGuy hat folgendes geschrieben:
Generell geht es nun um die Frage, ob ich durch eine Erhöhung der Hubzeit eine Verringerung des Energieverbrauchs für einen Hub erzielen kann.


Ich denke, die Hubzeit ist vorgegeben, oder doch nicht?

Und nein, den Energieverbrauch kannst Du nicht verringern, wohl aber die Leistung.
UniGuy
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Anmeldungsdatum: 25.08.2016
Beiträge: 22

BeitragVerfasst am: 06 Okt 2016 - 07:14:17    Titel:

Danke für eure Antworten!

Zitat:
Du führst der zu bewegenden Masse einmal etwas mehr und einmal etwas weniger kinetische Energie zu, die Dein Hydraulikaggregat einmal etwas mehr und einmal etwas weniger aufbringen müsste, würde ich vermuten.

Die Frage dabei ist, ob sich das dann ähnlich verhält wie in meiner Rechnung: Einmal führe ich mehr Leistung in einem kürzeren Zeitraum zu, als das andere mal, wenn ich weniger Leistung in einem längerem
Zeitraum zuführe. Unterm Strich kürzt sich das "mehr/weniger" mit dem "kürzeren/längeren" und ich komme immer aufs gleiche Ergebnis.

Zitat:
Ich denke, die Hubzeit ist vorgegeben, oder doch nicht?

Generell ist sie vorgegeben. Aber in einem Sonderfall
kann die Taktzeit verlängert werden, sodass man beispielsweise
dem Zylinder "mehr Zeit geben kann", d.h. wird dann die
Hubzeit verändert.

Zitat:
Und nein, den Energieverbrauch kannst Du nicht verringern, wohl aber die Leistung.

Zwar enttäuschend für mich, aber wenigstens stimmt meine Berechnung.

Noch eine Vermutung theoretischer Natur:
Meinen Zylinder muss ich ja gemäß meiner Last usw. dimensionieren.
Hierzu habe ich einen Normzylinder ausgewählt.

Sollte die Hubzeit soweit steigen, dass im Endeffekt die benötigten Beschleunigung und Geschwindigeit nennenswert sinkt, würde ja die benötigte Gesamtkraft, die der Zylinder aufbringen muss, ebenalls nennenswert sinken, was zur folge hätte, dass ich einen
kleineren Zylinder verwenden kann. Dieser würde dann ja auch weniger
Volumenstrom verbrauchen und damit könnte ich die Energie senken, oder?
In der Praxis natürlich völliger Blödsinn, da man den kompletten Zylinder
austauschen müsste.
Horst
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Anmeldungsdatum: 09.09.2004
Beiträge: 112
Wohnort: Sachsen-Anhalt

BeitragVerfasst am: 06 Okt 2016 - 08:42:57    Titel:

UniGuy hat folgendes geschrieben:
Zitat:
Und nein, den Energieverbrauch kannst Du nicht verringern, wohl aber die Leistung.

Zwar enttäuschend für mich, aber wenigstens stimmt meine Berechnung.

Nehme doch einfach als hinkenden Vergleich einen LKW mit Hydraulikgetriebe. Auch wenn das Prinzip bei Hydraulikgetrieben ein anderes ist als bei Zylindern, doch wenn Du eine Masse von 20 t statt auf 50 km/h nur auf 5 km/h beschleunigen möchtest, verringert sich selbstverständlich der Verbrauch und die aufzubringende Leistung.

Was Du hier berechnest, das weiß ich nicht, irgendwie nur den Hub und die Hubzeit von Deinem Hydrauliksystem, als würde es im Leerlauf arbeiten? Aber Du möchtest doch eine Masse unterschiedlich beschleunigen, sollte der erste Teil der Berechnung dann nicht auch damit beginnen?

http://www.tomchemie.de/Mathe/3.3/3.3.1.3%20Beschleunigungsarbeit%20Kinetische%20Energie.htm
UniGuy
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Anmeldungsdatum: 25.08.2016
Beiträge: 22

BeitragVerfasst am: 06 Okt 2016 - 09:47:53    Titel:

Zitat:
Nehme doch einfach als hinkenden Vergleich einen LKW mit Hydraulikgetriebe. Auch wenn das Prinzip bei Hydraulikgetrieben ein anderes ist als bei Zylindern, doch wenn Du eine Masse von 20 t statt auf 50 km/h nur auf 5 km/h beschleunigen möchtest, verringert sich selbstverständlich der Verbrauch und die aufzubringende Leistung.


Weiß nicht, ob das deutlich geworden ist:
Ich erhöhe zwar die Hubzeit, aber die Hubstrecke bleibt gleich, d.h. verringert sich ja nur die Geschwindigkeit / Beschleunigung.

Ob man das LKW Beispiel so gut hierrauf anwenden kann, weiß ich nicht.
Sagen wir, dass der LKW 2 mal die selbe Strecke s in unterschiedlichen
Zeiten T1 und T2 fährt. Daraus lassen sich die beiden Geschwindigkeiten
berechnen. Allgemein also:



Daher muss:

Leistung und Energie Fahrt 1:


Leistung und Energie Fahrt 2:




Ganz so simpel ist meine Rechnung zum Zylinder nicht,
aber bekomme das selbe Ergebnis.


Zitat:
Was Du hier berechnest, das weiß ich nicht, irgendwie nur den Hub und die Hubzeit von Deinem Hydrauliksystem, als würde es im Leerlauf arbeiten? Aber Du möchtest doch eine Masse unterschiedlich beschleunigen, sollte der erste Teil der Berechnung dann nicht auch damit beginnen?


Die Berechnung habe ich für einen Zylinder, der eine Last
horizontal bewegen muss, durchgeführt.
Wie oben erwähnt, wird erst beschleunigt, dann die
Geschwindigkeit konstant gehalten, dann wieder abgebremst.

Durch das Verändern der Hubzeit, ändert sich ja auch das
vt- Diagramm, dadurch kann ich dann wieder die neue
Beschleunigung und Geschwindigkeit berechnen.

Was sich im Endeffekt ändert, ist der Volumenstrom Q.
Da der aber durch das Erhöhen der Hubzeit, länger
aufrecht erhalten werden muss, ändert es daher
an der Gesamtenergie, die ich für den Schub aufwenden muss
nichts. Zwar wird die Leistung kleiner, aber die Hubzeit größer.

p: Betriebsdruck (konstant)

Ich hatte mir eigentlich auch eine Energieersparnis durch
das Erhöhen der Hubzeit erhofft.
Horst
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Anmeldungsdatum: 09.09.2004
Beiträge: 112
Wohnort: Sachsen-Anhalt

BeitragVerfasst am: 06 Okt 2016 - 10:54:37    Titel:

Nun gut, ich kenne Hydrauliksysteme nur aus praktischen Bereichen. Ein besserer Vergleich wäre da eventuell ein Hydraulikstempel, der per Hand hochgepumpt wird oder ein Oldtimer, der zwar bereits über eine hydraulische Bremsanlage aber noch nicht über einen Bremskraftverstärker verfügt. Bei letzteren kann ich Dir zumindest verraten, dass der Kraftaufwand für eine Vollbremsung insgesamt höher ist, als beim langsameren Abbremsen. Das Aggregat bin ich in diesem Fall und würde es als Aggregat auch nicht schaffen, einen Hydraulikstempel in wesentlich kürzerer Zeit hochzupumpen, ohne meine Leistungsfähigkeit als Aggregat durch viel Training zu erhöhen.
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