Bij het overbrengen van energie via vloeistof moet de richting worden bepaald en moet continue volledige controle worden gehandhaafd. Zonder volledige controle is de energie nutteloos of, wat erger is, kan de machine beschadigd raken. Een van de belangrijkste voordelen van hydraulische technologie is het vermogen om met behulp van hydraulische regelkleppen de energie relatief eenvoudig te regelen.

Hydraulische controlekleppen

Een hydraulische regelklep is een mechanisch onderdeel dat bestaat uit een klephuis met interne kanalen die de vloeistofstroom kunnen verbinden of blokkeren, en interne bewegende onderdelen. De kanalen in het huis worden gebruikt om olie te transporteren. De werking van de interne bewegende onderdelen regelt de maximale druk, de stroomrichting en de stroomsnelheid van het systeem.

Drukregeling van het systeem

Hydraulische energie kan worden toegepast op een hydraulische cilinder. Wanneer het resultaat succesvol werk is, is het werk voltooid zodra de cilinder volledig is uitgeschoven. De verdringingspomp blijft meer energie opnemen van haar aandrijfmotor. Dit leidt tot een hogere druk in de olie. (Opmerking: de minimale weerstand in het systeem bepaalt de toegepaste hydraulische druk.) Naarmate de cilinder verder uitschuift, wordt de fysieke sterkte van het systeem de minimale weerstand.

De pomp zal meer druk aanmaken om deze weerstand te overwinnen. Mensen gebruiken drukregelkleppen om de systeemdruk binnen een veilig bereik te houden.

Drukregelklep

De interne bewegende onderdelen van een drukregelklep werken op basis van druk. Wanneer de systeemdruk een bepaalde ingestelde waarde bereikt, verbinden of blokkeren de interne bewegende onderdelen één van de doorgangen in het kleplichaam, waardoor olie naar die doorgang stroomt of juist wordt tegengehouden.

Opbouw van een drukregelklep

Een drukregelklep bestaat uit een kleplichaam met primaire en secundaire doorgangen en interne bewegende onderdelen (de spil). De externe aansluitingen op de doorgangen worden de primaire poort en secundaire poort genoemd.

Hoe een drukregelklep werkt

Het interne bewegende onderdeel van een drukregelklep is meestal een spiltype-apparaat. Wanneer de spil zich in één eindpositie bevindt, zijn de interne doorgangen verbonden en kan stroming erdoorheen lopen. Wanneer de spil zich in de andere eindpositie bevindt, is de interne doorgang geblokkeerd en wordt de stroming door de klep afgesloten.

Bij een drukregelklep is de spil via een veer naar één eindpositie voorbelast. In deze normaal gesloten positie is de interne doorgang geblokkeerd en is het stromingspad door de klep gesloten. Dit type wordt een normaal gesloten drukregelklep genoemd.

De drukregelklep detecteert de druk aan de onderzijde van de spil. Deze onderste opening is verbonden met de primaire aansluiting. Wanneer de systeemdruk hoger wordt dan de veerkracht, beweegt de spil om de interne opening te verbinden, waardoor stroming door de klep mogelijk wordt.

(De hydraulische druk die wordt gebruikt om de beweging van de spil te regelen, wordt pilootdruk genoemd. Het gebruik van pilootdruk om een klep te regelen, wordt pilootregeling genoemd en is de meest gebruikte methode voor het regelen van alle soorten hydraulische kleppen.)

Als bij dit type drukregelklep de primaire aansluiting is verbonden met de zijde van de systeemdruk en de door de pomp opgewekte druk te hoog is, kan de stroming van de pomp via deze klep worden afgeleid naar de oliebak — dit type normaal gesloten drukregelklep wordt een veiligheidsklep genoemd.

Figuur 7-2 Normaal gesloten drukregelklep (werking van een veiligheidsklep). De veer houdt de spil gesloten totdat de systeemdruk de instelling van de veer overschrijdt; vervolgens verschuift de spil en opent een pad naar de oliebak.

Figuur 7-3 Een eenvoudige hydraulische circuit met drukregeling (veiligheidsklep). Wanneer de cilinder het einde van de slag bereikt, opent de veiligheidsklep en leidt de pompstroom terug naar de tank, waardoor de maximale systeemdruk wordt beperkt.

Richtingsregeling van actuatoren

Zodra een hydraulische cilinder volledig is uitgeschoven, moet deze worden ingetrokken om opnieuw werk te kunnen verrichten. Daarom gebruiken cilinders die in twee richtingen moeten bewegen meestal hydraulische cilinders met twee aansluitingen — dubbelwerkende cilinders. De stromingsrichting moet tegelijkertijd worden omgekeerd.

Dubbelwerkende hydraulische cilinder

Een dubbelwerkende hydraulische cilinder heeft één aansluiting aan elk uiteinde van de cilinderbuis, zodat olie kan binnenkomen en wegstromen, waardoor de zuiger in beide richtingen kan bewegen (dubbelwerkend). Om de twee aansluitingen van een dubbelwerkende cilinder te onderscheiden, labelen we de ene aansluiting "A" en de andere "B".

Richtingsventiel

De interne bewegende onderdelen van een richtingsregelklep hebben als functie de interne doorgangen van het kleplichaam te verbinden of te blokkeren, waardoor de stromingsrichting van de olie wordt geregeld.

Opbouw van een richtingsregelklep

Een typische richtingsregelklep heeft vier interne kanalen in het kleplichaam en een glijdende spil die deze kanalen kan verbinden of blokkeren.

Hoe een richtingsregelklep werkt

Wanneer de spil zich in één eindpositie bevindt, is de drukopening verbonden met werkopening A, en is de retouropening verbonden met werkopening B. Wanneer de spil overgeschakeld wordt naar de andere eindpositie, is de drukopening verbonden met werkopening B, en is de retouropening verbonden met werkopening A. Door de richting van de spil te wijzigen, wordt de stromingsrichting van de olie naar de hydraulische cilinder omgekeerd.

Wanneer de cilinderstang volledig uit- en intrekt zoals vereist, is het werk verricht. Wanneer de spil naar de andere eindpositie schuift, stroomt olie naar de andere zijde van de cilinder — en trekt de cilinderstang in.

Figuur 7-4 Richtingsregelklep in een dubbelwerkende cilinderschakeling. Het verschuiven van de spil keert de olie-stromingsrichting om, waardoor de bewegingsrichting van de cilinder wordt omgekeerd.

Snelheidsregeling van actuatoren

In veel toepassingen moet de werksnelheid van de actuator worden geregeld en soms zeer nauwkeurig worden geregeld. Zoals eerder uitgelegd, is de snelheid van actuatoren (cilinders, hydraulische motoren) direct gerelateerd aan de olie-injectiesnelheid — de actuatorssnelheid wordt bepaald door de instromende stroomsnelheid.

Aangezien de pompverplaatsing vast kan zijn, is het mogelijk om de pompdebiet te selecteren op basis van de vereiste actuatorssnelheid. Dit is alleen haalbaar in systemen met één enkele actuator.

Meestal zijn er in een hydraulisch systeem meerdere actuatoren. Als het systeem vereist dat elke hydraulische cilinder onafhankelijk werkt, moet het pompdebiet worden geselecteerd op basis van de grootste hydraulische cilinder die de hoogste snelheid vereist. Dit betekent dat kleinere actuatoren sneller zullen bewegen, wat niet altijd wenselijk is. Om de stroom naar deze of andere actuatoren te verminderen, moet een stroomregelklep worden gebruikt.

Vloedregelklep

Bij gebruik van een stroomregelklep is het altijd mogelijk om de stroom van de pomp naar de actuator te verminderen.

Opbouw van een stromingsregelklep

Een typische stromingsregelklep bestaat uit een kleplichaam en een beweegbaar onderdeel. In ons voorbeeld is het beweegbare onderdeel een regelnaald met taps toelopend uiteinde. Aangezien de naald tijdens bedrijf niet daadwerkelijk beweegt (maar van tevoren op een bepaalde positie is ingesteld), is het juister om de beweegbare onderdelen van de stromingsregelklep 'instelbaar' te noemen in plaats van 'beweegbaar'.

Hoe een stromingsregelklep werkt

In een hydraulisch systeem werkt de stromingsregelklep altijd samen met de drukregelklep (veiligheidsklep). De stromingsregelklep vormt een weerstand. Hierdoor moet de hydraulische pomp een hogere druk opwekken. Deze druk kan ervoor zorgen dat een deel van de pompstroom de veiligheidsklep opent, waardoor de stroom door de stromingsregelklep wordt verminderd en de gewenste stroom naar de actuator wordt bereikt.

Figuur 7-5: Stromingsregelschakeling. De naaldklep beperkt de stroom naar de cilinder. De overtollige pompstroom stroomt via de veiligheidsklep naar de oliebak. De opening van de naaldklep bepaalt de snelheid van de cilinder.

Een eenvoudig hydraulisch systeem

Alle hierboven geïntroduceerde componenten kunnen samen een eenvoudig hydraulisch systeem vormen. Omdat de hydraulische energie in dit systeem regelbaar is, kan dit systeem nuttig werk verrichten.

Hydraulische systemen worden op grote schaal gebruikt in vele sectoren, van lucht- en ruimtevaart, vliegtuigen en militaire uitrusting tot industriële toepassingen, rijdende machines en staalapparatuur. De werking van hydraulische systemen in al deze toepassingen is identiek aan die hierboven beschreven. Het enige verschil tussen verschillende ‘soorten’ hydraulische systemen ligt in de gebruikte componenten.

In de volgende hoofdstukken bespreken we verschillende soorten componenten uitgebreid — zij worden gebruikt in industriële hydraulische systemen. Om uit te leggen hoe deze componenten worden toegepast, ontwerpen we ook enkele basis hydraulische circuits.

Hydraulische grafische symbolen

In eerdere besprekingen van hydraulische componenten en basissystemen werd alles grafisch uitgelegd — met behulp van dwarsdoorsneden om de interne werking van componenten visueel weer te geven. Deze methode is nuttig voor het uitleggen van problemen, maar is in de dagelijkse praktijk onhandig.

Net als andere technische vakgebieden maakt ook de hydraulica gebruik van grafische symbolen om componenten en systemen weer te geven. De diverse hydraulische componenten en eenvoudige systemen die eerder zijn besproken, kunnen allemaal worden weergegeven met behulp van de ANSI Y32.10- of ISO 1219-norm voor grafische symbolen voor hydraulische en pneumatische systemen.

Naast de reeds besproken componenten omvatten de componenten die een hydraulisch systeem vormen ook elektrische motoren, hydraulische filters, enzovoort. Hydraulische systemen worden meestal aangedreven door elektrische motoren. Daarnaast moeten hydraulische systemen, om een redelijk schoonheidniveau te behouden, hydraulische filters gebruiken om de olie te beschermen tegen vervuiling.

Figuur 7-7 Standaard hydraulische grafische symbolen (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Deze symbolen worden op alle schema’s van hydraulische circuits gebruikt in plaats van dwarsdoorsnede-tekeningen.

Figuur 7-8 Een volledig, eenvoudig hydraulisch circuit weergegeven met standaard grafische symbolen. Dit is de manier waarop hydraulische circuits in de technische praktijk worden getekend.