Differentiaalschakeling bij hydraulische cilinders: let op het rendement
Een differentiaalschakeling, ook wel regeneratieve schakeling genoemd, wordt in de hydrauliek toegepast om een dubbelwerkende hydraulische cilinder met enkelzijdige zuigerstang sneller te laten uitgaan.
Deze schakeling kan interessant zijn wanneer een hydraulische cilinder snel naar een bepaalde positie moet bewegen, bijvoorbeeld bij een machine waarbij eerst een snelle verplaatsing nodig is en daarna pas de volledige kracht wordt ingezet.
Een belangrijk aandachtspunt is echter het rendement van de differentiaalschakeling. In de praktijk kan dit aanzienlijk lager zijn dan vaak wordt verwacht.
Hoe werkt een differentiaalschakeling?
Bij een normale uitgaande beweging van een dubbelwerkende cilinder wordt de olie aan de stangzijde teruggestuurd naar de tank. Bij een differentiaalschakeling wordt deze olie echter niet rechtstreeks naar de tank afgevoerd, maar opnieuw naar de zuigerzijde van de cilinder geleid.
De olie die door de ringvormige ruimte aan de stangzijde wordt verdrongen, wordt hierdoor opnieuw gebruikt voor de uitgaande beweging.
De cilinder beweegt daardoor sneller uit. De snelheid is hierbij vergelijkbaar met de werking van een plunjercilinder, waarbij in feite de effectieve oppervlakte van de zuigerstang bepalend is voor de snelheid.
Dit principe kan worden gebruikt als snelgang of bij cilinders die bijvoorbeeld herhaaldelijk een bepaalde positie moeten bereiken.
Snel bewegen en daarna kracht leveren
Een interessante toepassing is een hydraulische cilinder die eerst snel naar een werkstuk of aanslag moet bewegen en vervolgens met volledige kracht moet werken.
In een dergelijke toepassing kan de differentiaalschakeling ervoor zorgen dat de cilinder tijdens de naderingsbeweging snel beweegt. Zodra de gewenste positie is bereikt, kan de schakeling worden omgezet naar de normale werking, zodat de cilinder de volledige beschikbare kracht kan leveren.
Dit principe wordt bijvoorbeeld toegepast bij bepaalde span- en kleminrichtingen.
Het rendement kan verrassend laag zijn
Hoewel een differentiaalschakeling voordelen biedt op het gebied van snelheid, heeft de schakeling ook een belangrijk nadeel: het rendement kan sterk afnemen.
De oorzaak hiervan is onder andere de wrijving van de afdichtingen. Bij een differentiaalschakeling moeten meerdere afdichtingen gezamenlijk worden overwonnen. Het benodigde vermogen dat verloren gaat door wrijving kan daardoor een aanzienlijk deel van het beschikbare vermogen vormen.
Ook stromingsverliezen in de hydraulische leidingen en kleppen kunnen het rendement verder verminderen.
Laat Uw Cilinder Inspecteren.
Praktijkvoorbeeld
In de oorspronkelijke vakpublicatie wordt een hydraulische hefvoorziening beschreven met een cilinder van 63/40 mm, uitgevoerd met een differentiaalschakeling.
De bedoeling was om met een druk van ongeveer 70 bar een gewicht van circa 700 kg te heffen. In de praktijk bleek de cilinder echter niet eens in staat om het eigen lege platform van ongeveer 120 kg op te tillen.
De oorzaak werd gezocht in het lage rendement van de differentiaalschakeling.
Bij een bepaalde verhouding tussen het zuigeroppervlak en het ringoppervlak werd in het beschreven voorbeeld een rendement van slechts ongeveer 10% berekend. Dit betekende dat van de theoretisch beschikbare hefkracht slechts een beperkt deel daadwerkelijk beschikbaar was.
Het voorbeeld laat zien dat het belangrijk is om bij het ontwerpen van een hydraulische installatie niet uitsluitend naar de theoretische cilinderkracht te kijken.
De invloed van afdichtingen
De keuze en wrijving van afdichtingen spelen een belangrijke rol bij het rendement van een differentiaalschakeling.
In het beschreven praktijkvoorbeeld werd het rendement berekend op basis van de wrijving van meerdere afdichtingen. De gebruikte afdichtingen hadden daardoor een directe invloed op de beschikbare kracht.
Moderne afdichtingen kunnen de situatie verbeteren. Door een lagere wrijving kan het rendement hoger worden dan bij oudere afdichtingstechnieken.
Toch blijft het belangrijk om bij een differentiaalschakeling rekening te houden met de invloed van afdichtingen én met de stromingsverliezen in het hydraulische systeem.
Vraag Vandaag Nog Een Offerte Aan.Waar moet u op letten?
Een differentiaalschakeling kan een uitstekende oplossing zijn wanneer een hydraulische cilinder eerst snel moet bewegen en daarna volledige kracht moet leveren. Het is echter belangrijk om vooraf rekening te houden met:
- de diameter van de zuiger en zuigerstang;
- de verhouding tussen het zuigeroppervlak en het ringoppervlak;
- de gewenste cilindersnelheid;
- de benodigde kracht;
- de wrijving van de afdichtingen;
- de stromingsverliezen in leidingen en ventielen;
- de kwaliteit en keuze van de afdichtingen;
- de omschakeling van snelgang naar volledige kracht.
Een verkeerde inschatting van het rendement kan ertoe leiden dat een hydraulische cilinder in de praktijk veel minder kracht levert dan op basis van de theoretische berekening wordt verwacht.
Advies bij hydraulische systemen
Bij het ontwerpen, aanpassen of repareren van een hydraulische installatie is het daarom belangrijk om niet alleen naar de cilinderafmetingen en werkdruk te kijken. Ook de werking van de schakeling, de afdichtingen en de totale hydraulische weerstand moeten worden meegenomen in de berekening.
Heeft u vragen over de werking of het rendement van een hydraulische cilinder of hydraulisch systeem?
ATZ Aandrijftechniek kan met u meedenken over hydraulische cilinders, hydraulische schakelingen en de juiste toepassing van componenten en afdichtingen.
Neem contact met ons op voor technisch advies of ondersteuning bij uw hydraulische toepassing.
Bel Direct Voor Inspectie.