Verplaatsingsvolume

Het verdringingsvolume, ook wel bekend als slurpvolume of slagvolume, is een cruciale parameter in de hydraulica. Het beschrijft het volume van een vloeistof dat per tijdseenheid of per bewegingseenheid wordt verplaatst of door een hydraulische component zoals een pomp, motor of cilinder stroomt. Dit volume is van fundamenteel belang voor het bepalen van de prestaties en het werkingsgedrag van hydraulische systemen.

Basisprincipes van het verdringingsvolume in de hydraulica

Het verdringingsvolume is een maat voor de hoeveelheid vloeistof die een verdringingseenheid per werkcyclus verplaatst. Bij pompen en motoren heeft dit doorgaans betrekking op het volume per omwenteling van de aandrijfas. Bij cilinders is het het volume dat per slag van de zuiger wordt verplaatst. Kennis van het verplaatsingsvolume is essentieel om het debiet van een pomp, het toerental van een motor of de snelheid van een cilinder te berekenen.

Definitie en eenheden

Het verdringingsvolume wordt meestal uitgedrukt in kubieke centimeters per omwenteling (cm³/rev) of kubieke meters per seconde (m³/s). Deze eenheden maken het verband met de beweging van het onderdeel duidelijk.

Geometrisch verdringingsvolume

Het geometrische verdringingsvolume is een theoretische waarde die uitsluitend voortvloeit uit de constructiematen van een component. Bij een hydraulische cilinder wordt het berekend door het zuigeroppervlak te vermenigvuldigen met de slaglengte. Bij pompen en motoren wordt het berekend op basis van de afmetingen van de verdringingselementen, zoals tandwielen, vleugels of zuigers. Deze waarde houdt geen rekening met interne lekkages of compressibiliteitseffecten van de vloeistof.

Theoretisch en effectief verdringingsvolume

Het theoretische verdringingsvolume is vaak iets groter dan het geometrische verdringingsvolume, omdat het uitgaat van ideale omstandigheden zonder verliezen. Het effectieve verdringingsvolume daarentegen is de daadwerkelijk gemeten waarde. Hierbij wordt rekening gehouden met interne lekkages en de samendrukbaarheid van de hydraulische vloeistof. Bij pompen is het effectieve verdringingsvolume het quotiënt van het werkelijke debiet en het toerental.

Betekenis van het verdringingsvolume voor hydraulische componenten

Het verdringingsvolume heeft een grote invloed op de prestatieparameters van hydraulische pompen, motoren en cilinders.

Hydraulische pompen

Bij hydraulische pompen bepaalt het verdringingsvolume in combinatie met het toerental het theoretische debiet. Een pomp met een groter verdringingsvolume verpompt bij hetzelfde toerental een grotere hoeveelheid vloeistof. Dit is bepalend voor de snelheid waarmee een actuator kan worden bewogen.

Hydraulische motoren

Voor hydraulische motoren is het verdringingsvolume een indicator voor het koppel dat de motor bij een bepaalde druk kan leveren. Een motor met een groter verdringingsvolume genereert bij dezelfde druk een hoger koppel, maar heeft ook een groter debiet nodig om een bepaald toerental te bereiken.

Hydraulische cilinders

Bij hydraulische cilinders is het verplaatsingsvolume recht evenredig met het zuigeroppervlak en de slag. Het bepaalt hoeveel vloeistof er nodig is om de zuiger over een bepaalde afstand te bewegen. Dit is relevant voor de berekening van de cilindersnelheid en het vloeistofverbruik.

Berekening van het verdringingsvolume

De berekening van het verplaatsingsvolume is afhankelijk van het type hydraulische component.

Voor hydraulische cilinders

De basisformule voor het verdringingsvolume van een enkelwerkende hydraulische cilinder is:

V = A * H

Hierbij is:

V = het verdringingsvolume
A = het zuigeroppervlak
H = de slaglengte

Bij dubbelwerkende cilinders moet het volume voor de zuigerstangzijde apart worden berekend, omdat het effectieve oppervlak door de zuigerstang wordt verkleind.

Voor hydraulische pompen en motoren

Bij verdringerpompen en -motoren is het verdringingsvolume het volume dat per omwenteling van de aandrijfas wordt verdrongen. Bij verstelbare pompen en motoren kan het verdringingsvolume variabel worden ingesteld. Dit wordt vaak uitgedrukt door een verstelhoek of een volume-instelling (α):

V_i = α * V_{i,max}

Hierbij is:

V_i = het huidige verdringingsvolume
α = de verstelbare factor (tussen 0 en 1)
V_{{i, max}} = het maximale verdringingsvolume

Invloedsfactoren en praktische toepassingen

Het verdringingsvolume is niet alleen een theoretische grootheid, maar heeft ook directe gevolgen voor het ontwerp en de werking van hydraulische installaties.

Compressibiliteit van de vloeistof

Hydraulische vloeistoffen zijn weliswaar vrijwel incompressibel, maar onder hoge druk kan er een geringe volumevermindering optreden. Dit extra volume, dat in de onder druk staande vloeistof wordt geperst, moet bij elke inschakeling van de aandrijving door de drukbron worden geleverd. Bij installaties met veel aandrijvingen en grote volumes kan deze compressievolumestroom niet worden verwaarloosd.

Lekken

Interne lekkages in pompen, motoren en cilinders leiden ertoe dat het effectieve verdringingsvolume kleiner is dan het geometrische volume. Deze lekkages zijn een belangrijke factor voor het rendement van hydraulische componenten.

Systeemontwerp

Bij het ontwerp van hydraulische systemen is het verdringingsvolume bepalend voor de keuze van de juiste componenten. Het beïnvloedt de haalbare snelheden, krachten en koppels, evenals het energieverbruik van het systeem. Een nauwkeurige afstemming van het verdringingsvolume van de pomp op de behoefte van de actuatoren is essentieel voor een efficiënte werking.

Wat is het verplaatsingsvolume en waarom is het belangrijk in hydrauliek?

Het verplaatsingsvolume, ook wel displacement of slagvolume genoemd, geeft aan hoeveel vloeistof een hydraulische component (pomp, motor, cilinder) verplaatst per eenheid van beweging (omwenteling, slag). Het is van cruciaal belang voor de prestaties, omdat het rechtstreeks van invloed is op het debiet, het koppel en de snelheid van hydraulische systemen.
Waarin verschilt het geometrische verplaatsingsvolume van het effectieve verplaatsingsvolume?

Het geometrisch verplaatsingsvolume is een theoretische waarde die alleen voortvloeit uit de ontwerpafmetingen van het onderdeel. Het effectieve verplaatsingsvolume is de werkelijk gemeten waarde en houdt rekening met verliezen zoals interne lekkage en de samendrukbaarheid van de vloeistof. Voor pompen is het het quotiënt van het werkelijke debiet en de snelheid.
Welke invloed heeft het verplaatsingsvolume op hydraulische pompen, motoren en cilinders?

Voor pompen bepaalt het verplaatsingsvolume samen met de snelheid het debiet en dus de snelheid van aandrijvingen. Voor motoren is het een indicator van het koppel bij een bepaalde druk. Voor cilinders heeft het een directe invloed op het vloeistofvolume dat nodig is voor een slag en dus op de snelheid en het verbruik.
Hoe wordt het verplaatsingsvolume voor hydraulische cilinders berekend?

Voor enkelwerkende hydraulische cilinders wordt het verplaatsingsvolume (V) berekend met de formule V = A * H, waarbij A het zuigeroppervlak en H de slaglengte is. Voor dubbelwerkende cilinders moet het volume voor de stangzijde apart worden berekend.
Hoe wordt het verplaatsingsvolume gespecificeerd voor hydraulische pompen en motoren met variabele verplaatsing?

Voor variabele verplaatsingscomponenten wordt het werkelijke verplaatsingsvolume (V_i) vaak gespecificeerd door een verplaatsingsfactor (α, tussen 0 en 1) vermenigvuldigd met het maximale verplaatsingsvolume (V_{i,max}): V_i = α * V_{i,max}.
Welke praktische factoren beïnvloeden het effectieve verplaatsingsvolume in een hydraulisch systeem?

Belangrijke invloedsfactoren zijn de samendrukbaarheid van de hydraulische vloeistof, die onder hoge druk tot volumevermindering kan leiden, en inwendige lekkages in de componenten. Deze factoren verminderen het effectieve verplaatsingsvolume ten opzichte van het geometrische volume en beïnvloeden de efficiëntie van het systeem.
Waarom is het zo belangrijk om het verplaatsingsvolume af te stemmen bij het ontwerpen van het systeem?

Het nauwkeurig afstemmen van het verplaatsingsvolume van de pomp op de vereisten van de actuatoren is cruciaal voor een efficiënte werking. Het heeft een directe invloed op de haalbare snelheden, krachten en koppels en het energieverbruik van het hele hydraulische systeem.