Sådan afstemmer du hydraulikpumpe og hydraulikcylinder for den rigtige kraft og hastighed

En hydraulikpumpe og en hydraulikcylinder skal passe sammen, hvis et hydraulikanlæg skal kunne levere den nødvendige kraft med den ønskede hastighed. Pumpens flow bestemmer, hvor hurtigt cylinderen bevæger sig, mens arbejdstrykket og cylinderens stempelareal afgør, hvor stor kraft den kan udvikle.

En for lille pumpe giver langsomme bevægelser, mens en for stor kan skabe varme og energispild. Valget skal derfor passe til opgavens krav til kraft og hastighed.

Flow bestemmer, hvor hurtigt cylinderen bevæger sig

Flow angiver, hvor meget hydraulikolie pumpen leverer pr. minut, og måles i liter pr. minut (l/min). Når olien ledes ind i cylinderen, flytter den stemplet. Ved samme stempelareal giver et større flow en højere hastighed.

En cylinder med stor diameter kræver mere olie for at bevæge sig lige så hurtigt som en mindre cylinder. Den mindre cylinder bevæger sig hurtigere med samme flow, men udvikler også mindre kraft ved samme tryk.

Når du vælger pumpe, skal du derfor have styr på den ønskede hastighed og belastning. Se eksempelvis på et udvalg af hydraulikpumper, men vælg altid kapacitet efter det konkrete behov ift. anlægget.

Beregn flowet ud fra den ønskede hastighed

Cylinderens hastighed afhænger af forholdet mellem flow og aktivt stempelareal. Hvis cylinderen skal bevæge sig hurtigere, kan du øge flowet eller vælge en cylinder med mindre areal. Den sidste løsning giver dog også mindre kraft ved samme arbejdstryk.

Det er derfor en god idé at fastlægge den ønskede arbejdshastighed, inden du vælger pumpe. Det er også vigtigt at tage højde for pumpens omdrejningstal og interne lækagetab, da det faktiske flow kan være lidt lavere end den teoretiske kapacitet.

Arbejdstryk og stempelareal bestemmer kraften

Trykket måles typisk i bar. Pumpen leverer flow, og trykket opstår, når olien møder modstand fra belastningen, ventiler, slanger og resten af hydraulikanlægget. Det er altså ikke pumpen alene, der bestemmer trykket i systemet.

Cylinderens teoretiske kraft beregnes ved at gange arbejdstrykket med det aktive stempelareal:

F = p × A

F står for kraft, p for tryk og A for stempelareal. Et større areal giver mere kraft ved samme tryk, mens friktion og mekaniske tab reducerer den faktiske kraft.

Det er også vigtigt at skelne mellem pumpens maksimale tryk og det arbejdstryk, anlægget reelt bruger. Sikkerhedsventil, slanger, rør, ventiler og cylinder skal alle være dimensioneret til det tryk, der kan opstå under belastning.

Når du vælger cylinder, skal du derfor se på både diameter, stempelstang og slaglængde. Det gælder også ved valg af dobbeltvirkende hydraulikcylindre, hvor cylinderen skal kunne arbejde i begge retninger.

Vælg cylinderstørrelse efter både kraft og hastighed

En større hydraulikcylinder kan levere den nødvendige kraft ved et lavere arbejdstryk. Det kan mindske belastningen på pumpen, pakningerne og de øvrige komponenter.

Der er dog også en bagside. En større cylinder skal bruge mere olie for at gennemføre samme slaglængde. Med samme pumpeflow bliver bevægelsen derfor langsommere. Cylinderens diameter skal, sagt på en anden måde, passe til både kraftbehovet og den ønskede hastighed.

Vælg pumpetype efter anlæggets opgave

Tandhjuls-, vinge- og stempelpumper har forskellige egenskaber. Valget afhænger blandt andet af tryk, flow, støjniveau og behovet for regulering.

Tandhjulspumpe: enkel og driftssikker

En tandhjulspumpe flytter olie ved hjælp af to tandhjul, der griber ind i hinanden. Den har en enkel konstruktion og bruges ofte i mobile maskiner, landbrug og mindre industrielle hydraulikanlæg.

Ved fast fortrængning afhænger flowet især af pumpens fortrængning pr. omdrejning og motorens omdrejningstal. Interne lækager betyder dog, at det faktiske flow bliver lidt lavere.

Vingepumpe: jævnt flow og mindre støj

En vingepumpe bruger bevægelige vinger i en rotor til at flytte olien. Den leverer et jævnt flow og støjer ofte mindre end en tandhjulspumpe. Derfor bruges den blandt andet i industrielle anlæg, hvor støjniveau og stabil drift har betydning.

Stempelpumpe: til høje tryk og regulering

En stempelpumpe flytter olien ved hjælp af stempler og egner sig godt til anlæg med høje arbejdstryk. Nogle modeller har variabel fortrængning, så flowet kan tilpasses det aktuelle behov. Det er især en fordel i anlæg, hvor belastningen varierer, og hvor energiforbruget skal holdes nede.

Uanset pumpetype er det vigtigt at bruge ren olie og sørge for løbende vedligeholdelse. De enkelte pumpetyper har dog forskellig følsomhed over for forurening.

En dobbeltvirkende cylinder kører hurtigere ind end ud

En dobbeltvirkende cylinder har olietilslutning på begge sider af stemplet. Det gør det muligt at bruge hydraulisk kraft både til at skyde cylinderen ud og trække den ind.

Hastigheden er dog ikke den samme i begge retninger. Når cylinderen kører ud, virker olien på hele stempelarealet. Når den kører ind, optager stempelstangen en del af arealet, så der er mindre plads til olien. Ved samme flow skal der derfor mindre olie til for at trække cylinderen ind, og den bevæger sig hurtigere. Til gengæld er trækkraften lavere.

Det er ret væsentligt at tage højde for ved dimensioneringen, især hvis cylinderen skal levere en bestemt kraft eller hastighed i begge retninger. Ved indskydning skal du beregne ud fra ringarealet, hvor stempelstangens areal er trukket fra.

En forkert pumpestørrelse kan give problemer i driften

En pumpe med for lavt flow gør cylinderen langsom. Anlægget kan stadig opbygge tryk, men bevægelsen tager længere tid og kan sænke maskinens kapacitet.

En for stor pumpe er heller ikke nødvendigvis en fordel. Hvis anlægget ikke kan udnytte flowet, skal den overskydende olie ledes tilbage til tanken eller drosles gennem en ventil. Det udvikler varme og giver energitab. Bliver olien for varm, ændres dens viskositet, og nedbrydningen af pakninger og tætninger kan gå hurtigere.

Ved skiftende belastning kan en pumpe med variabel fortrængning eller lastfølsom regulering være en bedre løsning end en pumpe, der konstant leverer et stort flow.

Husk også de øvrige komponenter i hydraulikanlægget

Det er ikke nok, at pumpe og cylinder passer sammen. Slanger, rør, ventiler, filtre, tank og køling skal også passe til anlæggets behov. Hvis eksempelvis slanger eller ventiler er for små, kan der opstå unødige tryktab, selvom pumpen leverer det nødvendige flow.

Ren olie og regelmæssig vedligeholdelse er også vigtigt for at begrænse slitage på pumpe, cylinder, ventiler og pakninger.

Som Thomas Nygaard, maskinmester og teknisk chef hos Karstensens Skibsværft, siger: “Vi ser oftest, at de cylindre vi bruger ‘dør’ af slitage og mange års brug, snarere end tæring af vind og vejr.”

Afstem komponenterne efter opgaven

Start med at fastlægge, hvor stor kraft cylinderen skal levere, hvor hurtigt den skal bevæge sig, og hvor lang slaglængden skal være. Derefter kan du beregne det nødvendige stempelareal, arbejdstryk og pumpeflow.

Tjek til sidst, at pumpe, cylinder og resten af hydraulikanlægget passer sammen. Så undgår du unødvendig belastning, varmeudvikling og energispild, samtidig med at anlægget får den kraft og hastighed, som arbejdet kræver.