HYDRAULIIKKA-ALAN KOULUTUSMATERIAALIN LAATIMINEN

HYDRAULIIKKA-ALAN KOULUTUSMATERIAALIN LAATIMINEN Atte Elkelä Opinnäytetyö Toukokuu 2012 Auto- ja kuljetustekniikka Auto- ja työkonetekniikan suuntautumisvaihtoehto

TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Auto- ja kuljetustekniikka Auto- ja työkonetekniikan suuntautumisvaihtoehto ELKELÄ, ATTE: Hydrauliikka-alan koulutusmateriaalin laatiminen Opinnäytetyö 83 sivua Toukokuu 2012 Työssä laadittiin hydraulitekniikkaa käsittelevä koulutusmateriaalipaketti hydrauli- ja pneumatiikkakomponentteihin erikoistuneen yrityksen käyttöön. Materiaalia tullaan hyödyntämään yrityksen tuotetietovarastona sekä koulutuskäytössä niin oman henkilöstön, sopimusyrittäjien kuin mahdollisten ulkopuolisen sidosryhmien kanssa. Materiaali esittelee yrityksen pääasialliset tuoteryhmät, näiden toimintaperiaatteet, käyttöön liittyvät perusteet sekä sovellusesimerkit. Tavoitteena oli luoda kokonaisuus joka koulutuskäytössä auttaisi koulutettavia sisäistämään komponentteihin ja niiden ominaisuuksiin liittyvät perusperiaatteet, jonka seurauksena he kykenisivät hyödyntämään tietoa sekä työn aikana tapahtuvassa oppimisessa että asiakaspalvelutilanteissa. Työnantajayrityksen toiveesta ja materiaalin suuresta määrästä johtuen sitä ei kuitenkaan liitetä opinnäytetyöhön sellaisenaan, mutta hydrauliikan teoria esitellään työn teoriaosassa, ja koulutusmateriaalin toteutusperiaatteet esimerkkeineen työn toteutus -osiossa. Varsinaisen koulutusmateriaalin lisäksi työssä laadittiin materiaalin kokoamiselle ja kehitykselle suuntaa-antavat osaamismääritteet sekä materiaalin käyttöä käsittelevä koulutussuunnitelma. Asiasanat: hydrauliikka, henkilöstökoulutus, oppimateriaali

ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Automotive Engineering Option of Automotive and Off-Road Vehicle Engineering ELKELÄ, ATTE: Compilation of hydraulic training material Bachelor's thesis 83 pages May 2012 Topic of this thesis was compilation of training material for company specialized in hydraulic and pneumatic technology. This set of training material will be utilized in training both company s own staff, as well as independent entrepreneurs who will be selling and representing their products. Material will also act as storage for product knowledge. Compiled material will introduce the main-products, their functioning principles, basics for using these products and examples of their applications. Main objective was to compile a set of material that would help trainees to internalize the basic knowledge of hydraulic components. This would allow trainees to understand the products and their underlying principles better, which would enable them to solve product-related problems and serve customers more efficiently. Due to large size of the material, and wish from the employer, the material will not be included in this thesis. Instead the theory of hydraulic components will be covered in theory -chapter, along with the principles used in compiling the material. In addition to actual training material, a training plan as well as key-competence definitions were created to guide material development. Key words: hydraulics, staff training, teaching material

4 ALKUSANAT Kiitokset Markku Muraselle, jonka asiantuntemus oli hankkeen onnistumisen edellytys. Kiitos myös Specma Oy:lle työn teettämisestä, sekä henkilöille jotka tavalla tai toisella edesauttoivat hankkeen onnistumista. Tampereella 31.5.2012 Atte Elkelä

5 SISÄLLYS 1 JOHDANTO... 7 2 TYÖN TAUSTA... 9 2.1 Specma Oy... 10 2.2 Specma Oy:n liiketoimintayksiköt... 11 2.3 HydroPiste... 12 3 TIEDONHALLINTA JA OSAAMISEN TEORIA... 13 3.1 Tiedonhallinta... 13 3.1.1 Tiedon tasot yksilön näkökulmasta... 14 3.1.2 Tiedon tasot organisaation näkökulmasta... 14 3.2 Oppimisen teoria... 15 3.2.1 Oppiminen yksilöllisenä prosessina... 15 3.3 Osaamismääritteet... 16 4 HYDRAULIIKKA TEHONSIIRTOMENETELMÄNÄ... 18 4.1 Hydromekaniikan perusteet... 20 4.2 Hydrostatiikka... 22 4.3 Hydrokinetiikka... 24 4.3.1 Virtaustyypit... 25 5 HYDRAULINESTEET... 29 5.1 Nesteiden ominaisuudet... 30 5.1.1 Viskositeetti... 30 5.1.2 Nesteen kokoonpuristuvuus... 31 5.1.3 Lämpötilan muutokset... 31 5.1.4 Kavitaatio... 32 5.1.5 Paineiskut... 32 5.2 Epäpuhtauksien vaikutus nesteessä... 33 5.2.1 Hydraulinesteiden puhtausluokitukset... 34 5.3 Nesteen valinta... 35 5.4 Nesteen käsittely... 35 6 HYDRAULIJÄRJESTELMÄT JA PIIRROSMERKIT... 36 6.1 Piirrosmerkit... 36 6.2 Hydraulijärjestelmät... 39 7 HYDRAULIKOMPONENTIT... 41 7.1 Pumput ja moottorit... 41 7.1.1 Aksiaalimäntäkoneet... 46 7.2 Sylinterit... 49 7.3 Venttiilit... 51

6 7.3.1 Suuntaventtiilit... 51 7.3.2 Virtaventtiilit... 56 7.4 Paineventtiilit... 61 7.5 Järjestelmän ylläpito... 66 8 TYÖN TULOKSET... 70 8.1 Koulutussuunnitelma... 71 8.2 Osaamismääritteet... 72 8.3 Koulutusmateriaali... 73 9 POHDINTA... 81 LÄHTEET... 83

7 1 JOHDANTO Työtehtävien onnistunut hoitaminen edellyttää henkilöstöltä tuotteita ja niiden toimintaa koskevaa tietämystä. Tämä pätee erityisesti laitteisiin ja ajoneuvoihin, jotka muodostuvat monimutkaisista osajärjestelmistä, ja jotka edelleen koostuvat lukuisista komponenteista. Toimiva järjestelmä edellyttää, että komponenteista kootaan saumaton kokonaisuus joka vastaa niin järjestelmälle asetettuihin suoritusvaatimuksiin kuin toimintaympäristön asettamiin haasteisiinkin. Tämä edellyttää komponenttien toiminnan ja siihen vaikuttavien ilmiöiden ymmärtämistä. Sama ymmärrys mahdollistaa myös järjestelmän toiminnan arvioinnin ja siihen liittyvien ongelmien ratkaisemisen. Ymmärrystä voidaan nimittää myös asiantuntemukseksi, mikä oikein kanavoituna antaa tuotteelle huomattavaa lisäarvoa. Asiantuntemus saavutetaan kuitenkin vasta pitkäkestoisen kokemuksen lopputuloksena. Tätä prosessia voidaan kuitenkin nopeuttaa oppimista ja tekemistä kannustavalla ilmapiirillä, sekä tarjoamalla aiheeseen liittyvää koulutusta ja materiaalia selkeänä ja tehokkaasti johdettuna kokonaisuutena. Avainasemassa on jo kertyneen tietämyksen ohjattu ja suunnitelmallinen jakaminen. Tämä edellyttää tiedon keräämistä ja jalostamista jakamisen mahdollistavaan konkreettiseen muotoon, sekä jalostetun tiedon käytön suunnittelua. Opinnäytetyön tarkoituksena on hydraulisteknisiä tuotteita käsittelevän digitaalisen koulutusmateriaalikokonaisuuden luominen, jota tullaan käyttämään yrityksen koulutuskäytössä. Tämän lisäksi materiaali tulee palvelemaan yrityksen tuotetietopankkina, jota voidaan nyt luotavan formaatin vuoksi päivittää tulevaisuudessa vaivattomasti. Tämän lisäksi laaditaan materiaalin käyttöä ohjaava koulutussuunnitelma, sekä materiaalin toteutusta ohjaavat osaamismääritteet. Tavoitteena on luoda selkeä ja helposti omaksuttava materiaalikokonaisuus, joka auttaa hydrauliikkaan perehtymättömiä henkilöitä saamaan peruskäsityksen järjestelmän ja komponenttien toiminnasta, sekä näiden käyttöön liittyvistä seikoista.

8 Materiaali on tarkoitettu läpikäytäväksi asiantuntevan kouluttajan opastuksella, eikä se siten sovellu itsenäiseen opiskeluun. Tavoitteena on myös kuvailla yleisimpien komponenttien toimintaa yksinkertaisella, aiheeseen tutustumista tukevalla tavalla, eikä materiaalia tämän vuoksi käsittele komponenttiryhmiä kovin yksityiskohtaisesti.

9 2 TYÖN TAUSTA Koulutusmateriaalin kehittämistarpeelle löydettiin yrityksessä useita syitä. Yrityksen koulutustehtävistä vastanneille avainhenkilöille oli työurien aikana kertynyt huomattava määrä alan kokemusta hiljaisen tiedon muodossa. Aikaisempi materiaali oli myös verrattain suppeaa, ja sen esittäminen ja käyttö nojasi vahvasti em. henkilöiden henkilökohtaiseen kokemukseen ja osaamiseen. Tämä osaaminen haluttiin muuttaa konkreettiseksi materiaalikokonaisuudeksi, ja siten saattaa se muunkin henkilöstön käyttöön. Kokonaan digitalisoitu materiaali olisi myös helposti ja nopeasti saatavilla eri yksiköiden välillä tarpeen vaatiessa, verrattuna fyysisessä muodossa olevaan materiaaliin. Tuotetiedon sisäisen liikkuvuuden parantamisen lisäksi materiaali mahdollistaisi myös kommunikaation parantamisen Specma Oy:n sidosryhmien kanssa. Lisäksi hankkeen tuloksena luotava malli digitaaliselle koulutusmateriaalille mahdollistaisi materiaalin edelleen kehittämisen ja laajentamisen tulevaisuudessa. Materiaalin pääasiallisena tavoitteena pidettiin kuitenkin tuotteisiin liittyvän tiedon välittämistä itsenäisille ketjuyrittäjille. Ketjuyrittäjillä on usein jonkinasteinen tekninen tausta ja ymmärrys hydraulitekniikasta, mutta edustettujen komponenttien valikoima on varsin laaja, ja komponenttiryhmien sisälläkin vallitsevat erot ovat usein huomattavia. Toiminnan taustalla vaikuttavien ilmiöiden ja toimintaperiaatteiden ymmärtäminen lisäisi yrittäjän tietoisuutta tuotteiden ominaisuuksista ja mahdollisuuksista. Tämä osaaminen välittyisi edelleen varsinaiseen myynti- ja asiakaspalvelutilanteeseen, mikä parantaisi asiakkaan saamaa palvelua.

10 2.1 Specma Oy Specma Oy on hydrauliikan ja pneumatiikan sovellusratkaisuihin erikoistunut yritys, joka myy ja maahantuo edellä mainittujen alojen komponentteja ja toteuttaa asiakkaille näihin liittyviä järjestelmäratkaisuja. Yritys perustettiin alunperin Ruotsissa Specialmaskinen AB:nä 1920-luvulla, ja se keskittyi tuolloin etupäässä kaupankäyntiin. Erikoistuminen hydrauliikkaan tapahtui asteittain 1900-luvun aikana, ja vuonna 1982 syntyi hydrauliikkaan, letkuihin ja suodattimiin keskittynyt Specma Dunlop Hydraulic. Toimintaa laajennettiin edelleen lukuisten yritysostojen kautta. Vuosina 1996-1998 yritykseen liitettiin mm. suomalaiset hydrauliikka-alan yritykset Hymat Oy sekä Kappa Hydro Oy. Tällöin yrityksen nimeksi tuli Specma Hydraulic. Vuosina 2004-2006 liiketoimintaa laajennettiin edelleen yritysostojen kautta pohjoismaisille OEM-, teollisuus-, marine- sekä jälkimarkkinaliiketoiminta-alueille. Konsernin tuotevalikoimaan kuuluvat mm. hydraulijärjestelmien suunnittelu ja toteutus kone- ja telakkateollisuuden tarpeisiin, sekä hydraulikomponenttien myynti ja maahantuonti. Toiminnot on edelleen jaettu omiin liiketoimintaryhmiinsä, joista huomattavimmat ovat OEM Division, System Division sekä Component Division. Yrityksen omistajana on ruotsalainen pääomasijoitusyhtiö Latour. KUVA 1. Specma Oy:n logo (lähde: Specma Oy)

11 2.2 Specma Oy:n liiketoimintayksiköt System Division on erikoistunut teollisuuden ja merenkulun hydraulisiin tehonsiirtoratkaisuihin. Tuotevalikoima kattaa hydraulikoneikot, johdinjärjestelmät sekä yksittäiset komponentit edellä mainituissa sovelluksissa. OEM Division toimittaa hydraulijärjestelmiä ajoneuvoteollisuuden tarpeisiin. OEM Divisionin yksiköitä on olemassa sekä itsenäisinä, että asiakasyrityksiä palvelevina yksikköinä. Viimeksi mainitut tunnetaan workshop -nimisinä, ja näitä on mm. Puolassa, Kiinassa, Brasiliassa ja Yhdysvalloissa asiakasyritysten kokoonpanolaitosten yhteydessä. Component Division on hydrauli- ja pneumatiikkakomponenttien myyntiin ja maahantuontiin erikoistunut liiketoimintayksikkö. Tuotevalikoimaan kuuluvat varaosien ja komponenttien lisäksi myös hydraulikoneikot, letkuasennuspalvelut sekä asiakastuki piirisuunnittelua ja mitoitusta koskevissa asioissa. HydroPiste -verkosto toimii kyseisen liiketoimintayksikön yhteydessä. KUVIO 1. Specma Oy:n organisaatiokaavio (lähde: Specma Oy)

12 2.3 HydroPiste HydroPiste toimii Suomessa Specma Oy:n myynti- ja asiakaspalvelupisteenä. Tähän kuuluvat niin Specma Oy:n omat toimipisteet kuin myös itsenäiset ketjuedustajat, joita vuoden 2012 alussa toimii Suomessa yli 40 paikkakunnalla. Muualla Pohjoismaissa Specma Groupin vastaavat toimipisteet tunnetaan Ruotsissa nimellä SlangSnabben, ja Tanskassa nimellä HydraulPunkten. Yleinen esimerkki on, että kone- ja korjaamoalan yrittäjä päättää lisätä tarjoamiaan palveluita ryhtymällä alueensa HydroPiste-edustajaksi. Tällöin yrittäjä saa käyttöönsä valmiin brändin ja tuotevalikoiman sekä toimivan tuotekonseptin. Lisäksi yrittäjä saa Specma Oy:n tuen edullisten hankintasopimusten ja koulutuspalveluiden kautta. HydroPisteiden asiakaskunta koostuu alueellisista koneurakoitsijoista, kuljetus- ja maatalousyrittäjistä, kunnista sekä hydraulilaitteita käyttävistä muista yrittäjistä. Tuotevalikoimaan kuuluvat hydrauliikka- ja pneumatiikkakomponentit, hydraulinesteet sekä työkalut. Olennainen osa tuotekonseptia on myös letkuasennuspalvelu, jossa asiakkaalle tehdään halutun mittainen hydrauliletku liittimineen paikan päällä. KUVA 2. HydroPisteen logo (lähde: Specma Oy)

13 3 TIEDONHALLINTA JA OSAAMISEN TEORIA 3.1 Tiedonhallinta Organisaation varastoitunutta tietoa voidaan käsitellä aineettomana pääomana, jota voidaan pitää arvokkaana siinä missä tuotemerkkiä tai yrityksen imagoa. Tiedonhallinnan tehtävänä voidaan pitää tavoitetta jalostaa organisaation järjestelemätöntä dataa ja informaatiota käyttökelpoiseen muotoon. Tietoa pyritään siis keräämään, luokittelemaan, jalostamaan ja jakamaan organisaation sisällä. Tiedonhallinta pyrkii käsittelemään niin eksplisiittistä kuin hiljaistakin tietoa, joista viimeksi mainitun osalta käsittely ja kerääminen on varsin hankalaa. Valtaosa organisaatioiden tiedonhallintaprosesseista on vielä epävirallisia tai määrittelemättömiä. (prof. Hannula 2004) Eräs tavoite tiedonhallinnassa voi olla yrityksen työntekijöiden tietämyksen ja ymmärryksen lisääminen, jolloin he olisivat paremmin selvillä liiketoimintaan vaikuttavista seikoista ja niiden välisistä suhteista. Alaan liittyvän tiedon ymmärtäminen johtaa kykyyn käsitellä ja soveltaa saatavilla olevaa tietoa. Tämä puolestaan vaikuttaa positiivisella tavalla työssä tehtäviin ratkaisuihin ja toimintatapoihin, mikä edelleen parantaisi yrityksen kilpailukykyä. (Hannula, 2004) Käytännön esimerkkinä voi olla tuotetietopankin luominen yrityksen tuotteista ja niiden ominaisuuksista henkilöstön käyttöön.

14 3.1.1 Tiedon tasot yksilön näkökulmasta Tieto voidaan yksilön näkökulmasta jakaa tasoihin sen mukaan, miten pitkälle se on ymmärretty. Alimpana tiedon tasoista on data, jolla tarkoitetaan yksittäisiä tiedonpalasia vailla merkitystä, kuten yksittäisiä lukuarvoja. Kun data käsitellään ja järjestetään merkitykselliseen muotoon, siitä tulee informaatiota. Esimerkkinä informaatiosta voidaan antaa yksittäisistä lukuarvoista koostettu taulukko ja kuvaaja, jotka kuvaavat jonkin asian ominaisuuksia (Hannula 2004). Tarpeeksi pitkälle viety ymmärrys mahdollistaa datan käsittelemisen sekä informaatioon liittyvien yhteyksien hahmottamisen. Mittalaitteen käytön hallitseva henkilö ymmärtää mitä tulokseksi saatu lukuarvo tarkoittaa. Tämä mahdollistaa myös mittaustuloksista koostetun kuvaajan ymmärtämisen ja siinä ilmenevän informaation tulkitsemisen. Tällöin henkilö saavuttanut kyvyn informaation analysointiin, sekä kyvyn soveltaa informaatiota ongelmanratkaisuun. 3.1.2 Tiedon tasot organisaation näkökulmasta Organisaatioihin varastoituu ajan myötä huomattavat määrät tuotteisiin ja prosesseihin liittyvää tietoa. Tämä tieto voidaan jakaa kahteen ryhmään, hiljaiseen tietoon ja eksplisiittiseen tietoon. Hiljainen tieto puolestaan on henkilöstön kokemukseen perustuvaa tietoa. Hiljaiselle tiedolle ominaista on hankala dokumentoitavuus ja monistettavuus. Hiljainen tieto voidaan kuvata henkilökohtaiseksi kokemukseksi ja tietyn asian osaamiseksi (Hannula 2004). Eksplisiittinen tieto on helposti tallennettavaa ja käsiteltävää tietoa. Eksplisiittistä tietoa ovat mm. tuotteiden teknisiin ominaisuuksiin liittyvät dokumentit tai yrityksen taloudellisesta tilasta kertovat selvitykset. Eksplisiittistä tietoa voidaan siis mitata, kuvailla selkeästi ja jakaa helposti. Verrattuna eksplisiittiseen tietoon joka voidaan jakaa yksinkertaisena dokumenttina, on hiljaisen tiedon siirtäminen henkilöltä toiselle hyvin vaikeaa ja aikaa vievää.

15 3.2 Oppimisen teoria Yksilön tiedon jalostuminen ymmärryksen tasolle vaatii oppimista. Työtehtävien monimutkaistuminen ja ongelmanratkaisutilanteisiin painottuminen vaatii työntekijöiltä tuotteisiin ja teknologiaan liittyvää ymmärrystä. Ideaalitapauksessa työntekijällä on valmiiksi täydellinen ymmärrys alaan ja työtehtäviin liittyvän tiedon suhteen. Tällöin on mahdollista tulkita ongelman taustalla vaikuttavia tekijöitä ja niiden välisiä yhteyksiä, ja tilanteeseen sopiva ratkaisumalli kyetään luomaan nopeasti ja vaivattomasti. Edellä kuvattu tilanne on kuitenkin harvinainen, ja koska tiedon suora siirto ymmärryksen tasolla on mahdotonta, on oppiminen pitkäkestoinen prosessi joka vaatii niin yksilöltä kuin organisaatiolta aikaa ja panostusta. Organisaation osalta on pyrittävä mahdollistamaan jäsenten oppiminen, sekä luomaan tätä tukeva ympäristö ja kulttuuri mukaan lukien asianmukaiset kannustimet. Nämä eivät kuitenkaan korvaa yksilön omaa motivaatiota, mikä on oppimisen kannalta välttämätön tekijä. Organisaation tuleekin pyrkiä vahvistamaan yksilön motivaatiota kannustamalla ja perustelemalla oppimisen hyödyt yksilölle itselleen (Viitala 2005). 3.2.1 Oppiminen yksilöllisenä prosessina Oppiminen on yksilöllinen prosessi, johon vaikuttavat henkilön tausta, persoonallisuus sekä aikaisemmat tietorakenteet. Nämä tekijät vaikuttavat siihen miten ja millaista informaatiota yksilö kykenee käsittelemään. Mikäli henkilöllä on aihepiiristä aikaisempaa kokemusta, ja hän kokee aiheen itselleen merkitykselliseksi, hän kykenee havaitsemaan ja sisäistämään esitettyä informaatiota paremmin kuin jos hänellä ei olisi mitään käsitystä aiheesta, eikä varsinaista motivaatiota asian oppimiseen (Viitala 2005) Tietorakenteen laajuus sanelee sen, miten yksityiskohtaista informaatiota henkilö kykenee käsittelemään. Käytännön esimerkkinä materiaalin lujuusominaisuuksien muutos voidaan selittää atomitasolla henkilölle jolla on tämän tasoisen tiedon käsittelemisen mahdollistava aikaisempi käsitys aiheesta, mutta asiaan perehtymätön henkilö kokisi kyseisen informaation hämmentäväksi.

16 Muita oppimiseen vaikuttavia tekijöitä ovat yksilön persoona, joka vaikuttaa osaltaan siihen millä tavalla yksilö oppii. Lisäksi oppimistilanteen laatu, kuten mukavuus ja häiriöttömyys vaikuttavat siihen miten hyvin yksilö kykenee sisäistämään informaatiota (Viitala 2005) 3.3 Osaamismääritteet Työntekijän kykyä suoriutua hyvin annetusta tehtävästä voidaan kuvata osaamiseksi. Viitalan (2005) mukaan suorituskyvyn johtamisen kannalta on tavoiteltavaa seurata tekijöitä joiden varassa osaaminen syntyy. Tähän tarkoitukseen voidaan laatia joukko tarkasti määriteltyjä mittareita, joilla voidaan seurata ja arvioida toiminnan kannalta keskeisiä asioita. Haluttujen asioiden seuraamisen lisäksi mittareiden tehtävänä on viestittää henkilöstölle yrityksen tavoitteista ja johdon arvojärjestyksestä. Mittarit siis kertovat siitä mitä asioita yrityksessä pidetään tärkeinä ja seuraamisen arvoisina. Mittareilla on myös oikein valittuna motivoiva vaikutus, sillä ne suuntaavat henkilöstön huomion ja panostuksen mitattaviin asioihin. Vaikutus on huomattavampi, mikäli arvosteluasteikko on rakentava ja positiivinen (Viitala 2005). Mittareiden valinnassa tulee pyrkiä selkeyteen ja johdonmukaisuuteen, oikeudenmukaisuuteen sekä kohtuulliseen määrään. Mittarit tulisi myös suunnata työsuorituksen kannalta olennaisiin asioihin. Arviointiasteikon osalta on hyvä myös noudattaa selkeää, johdonmukaista ja kohtuullista linjaa. Työntekijän suoritusta arvioitaessa asteikko on pidettävä positiivisena ja rohkaisevana. Arvioinnin olisi hyvä olla sanallinen ja selkeä, sillä numeerinen arvostelu saatetaan kokea niukaksi ja lannistavaksi. Sanallisen arviointiasteikon etuna numeeriseen verrattuna on, että se antaa työntekijälle selkeää palautetta tämän osaamisesta ja suoritustasosta. Oikein toteutettu asteikko rohkaisee työntekijää myös kehittämään osaamistaan ja parantamaan suoritustaan (Viitala 2005).

17 Mittarit voivat olla luonteeltaan joko kovia tai pehmeitä. Kovat mittarit pohjautuvat eksplisiittiseen tietoon, ja ne ovat selkeästi mitattavia arvoja. Kovia mittareita voivat olla myynnin määrä tietyssä toimipisteessä, tai henkilöstölle järjestettyjen koulutuspäivien määrä. Kovat mittarit perustuvat siis numeeriseen dataan ja ovat varsin yksiselitteisiä. Pehmeät mittarit puolestaan pohjautuvat sanallisiin arvioihin asioista, joiden mittaaminen on hankalaa. Pehmeät mittarit antavat tietoa asioista jotka kovia mittareita käytettäessä jäisivät pimentoon. Pehmeän mittarin esimerkkinä voi olla yrityksen työilmapiirin sanallinen arviointi.

18 4 HYDRAULIIKKA TEHONSIIRTOMENETELMÄNÄ Hydrauliikassa mekaaninen teho muutetaan pumpun avulla nesteen paineeksi ja virtaukseksi, joka johdetaan putkistoa pitkin toimilaitteelle, missä teho muutetaan jälleen mekaaniseksi. Tehoa välittävänä aineena toimii neste, jossa teho on paineen ja tilavuusvirran muodossa. Hydraulisen tehonsiirron etuna on lähes rajaton tehonsiirtoketjun muunneltavuus, joustavuus sekä komponenttien korkea teho-paino suhde, mikä mahdollistaa toimilaitteiden kokoon nähden suurten voimien tuottamisen. Hydrauliikan etuna on myös portaaton säädettävyys toimilaitteiden liikkeiden, voimien ja nopeuksien osalta. Tämä on edelleen parantunut elektronisen ohjauksen ja automaation tultua osaksi hydraulisia ohjausjärjestelmiä. Käytännön sovellusesimerkkinä voidaan esittää harvesteri, jossa puomiston liikuttelu tapahtuu hydraulisylintereiden ja kääntölaitteen avulla, ja missä hakkupään toiminnot on toteutettu hydraulisesti. Toimilaitteiden ja pumpun lisäksi järjestelmään kuuluvat lukuisat eri komponentit nestevirtojen ohjaukseen sekä järjestelmän ylläpitoon liittyen. Sovelluskohteesta riippuen hydrauliikalla kyetään vastaamaan hyvinkin erilaisiin vaatimuksiin. Haittapuolena hydrauliikassa ovat kohtalainen hyötysuhde, järjestelmien herkkyys epäpuhtauksille sekä tehonsiirrossa käytettyjen nesteiden haitallisuus ympäristölle.

19 KUVA 3. Esimerkkinä hydrauliikan sovelluksesta metsäkoneen puomi ja hakkupää (lähde: www.komatsuforest.fi)

20 4.1 Hydromekaniikan perusteet Voima Voima on vektorisuure (F), jolla on suuruus ja suunta, ja jonka yksikkönä SI-järjestelmässä on Newton (N). SI-järjestelmän perusyksiköillä ilmaistuna 1N = 1 kg m / s 2. Näin ollen yhden Newtonin suuruinen voima aiheuttaisi yhden kilogramman massaiseen kappaleeseen kiihtyvyyden 1 m / s 2. Tämä voiman, massan ja kiihtyvyyden välillä vallitseva yhteys ilmoitetaan Newtonin II laissa; F = m a (1) Käytännön esimerkkinä maan putoamiskiihtyvyyden ollessa 9,81 m/s 2, aiheuttaa yhden kilogramman massainen kappale 9,81 Newtonin suuruisen voiman maan pintaa vastaan.

21 Paine Paine on suure joka ilmaisee tietyn kokoista pintaa vastaan kohtisuoraan vaikuttavan voiman. Paineen yksikkönä SI-järjestelmässä on N/m 2, ja nimityksenä Pascal (Pa). Yhden Pascalin suuruinen paine vastaa yhden Newtonin suuruista voimaa neliömetrin alueella. Nesteillä painovoima vaikuttaa nestemassan kokonaispaineeseen sen mukaan, miten korkea nestepatsas on kyseessä. Tällöin korkean nestesäiliön yläosassa paine olisi hieman matalampi kuin säiliön alaosassa. Kyseessä on hydrostaattinen paine, jonka yhtälö on p = g h ρ (2) Koska merenpinnan tasolla ilmakehän paine on kuitenkin suuruudeltaan 100 000 Pascalia, puhutaan paineen kohdalla usein kuitenkin baareista. Yksi baari vastaa suuruudeltaan lähes normaalia ilmanpainetta, eli 1 bar 10 5 Pa.

22 4.2 Hydrostatiikka Stationääritilan ilmiöitä tarkasteltaessa puhutaan hydrostatiikasta. Hydrostatiikan lait pätevät kuitenkin vain ideaaliselle nesteelle, joka on massaton, kitkaton ja kokoon puristumaton. Tällöin on mahdollista mallintaa ideaalisten piirien toimintaa, vaikka todellisissa piireissä tapahtuukin häviöitä. Hydrostatiikka perustuu Pascalin lakiin: Stationääriseen nesteeseen kohdistuvan voiman vaikutus leviää joka suuntaan nesteessä. Paineen suuruus nesteessä on voima jaettuna pinta-alalla. Paine vaikuttaa aina suorassa kulmassa sitä rajoittavan säiliön pintoihin. KUVA 4. Paineen jakautuminen suljetussa säiliössä Tämä ulkoisen voiman aikaansaama paine on hydraulijärjestelmissä ainoa varsinaisesti merkittävä tekijä, sillä järjestelmän paineet ovat tavanomaisissa sovelluksissa niin suuria ja nesteen korkeus matala, ettei painovoiman aiheuttamalla paineella ole järjestelmän käytännön toimivuuden kannalta merkitystä.

23 Nesteen paineen tasainen jakautuminen on hydrauliikan toiminnan kannalta olennainen tekijä. Mikäli kuvan 4 esittämään säiliöön lisätään toinen mäntä, kohdistuisi paine myös tähän. Toinen mäntä liikkuisi, mikäli paineen aiheuttama voima männän pinta-alalla ylittäisi liikettä vastustavat voimat. KUVA 5. Mäntämekanismi Kuvassa 5 esitetään häviöttömäksi oletettu järjestelmä, jossa mäntään 1 kohdistetaan voima F 1, joka pinta-alan A 1 perusteella saa nesteessä aikaan paineen p. p = F 1 / A 1 (3) Paine jakaantuu säiliössä tasaisesti, ja vaikuttaa myös männän 2 pinta-alalle A 2. Tällöin mäntään 2 kohdistuu voima F 2. F 2 = p A 2 (4) Mäntien kokoerosta johtuen niiden siirtymät eroavat toisistaan, sillä suurempi mäntä syrjäyttää samalla siirtymällä enemmän nestettä. Siirtymät s 1 ja s 2 riippuvat mäntien pinta-aloista seuraavalla tavalla: s 1 /s 2 = A 2 /A 1 (5)

24 Mäntien tekemät työt vastaavat kuitenkin toisiaan, jolloin W 1 = W 2 (6) W n = F n s n (7) Mikäli F 1 voisi kasvaa rajattomasti, nesteen paine nousisi kunnes mäntä 2 liikkuisi voiman F 2 voitettua sitä vastustavat voimat tai säiliö repeäisi. 4.3 Hydrokinetiikka Hydrokinetiikka tarkastelee nesteen virtauksista aiheutuvia voimia ja kykenee siten osaltaan selittämään hydraulisissa Hydrokinetiikka tarkastelee nesteen virtauksista aiheutuvia voimia ja kykenee siten osaltaan selittämään hydraulisissa järjestelmissä tapahtuvia ilmiöitä. Mikäli nesteen sisäisiä kitkoja ei oteta huomioon, puhutaan vapaasta tai ideaalisesta virtauksesta. Virtauslain perusteella putken jokaisessa kohdassa kulkee sama tilavuusvirta läpimitan muutoksista riippumatta. KUVA 6. Virtaus putkiston halkaisijan muuttuessa Olennainen suure on tilavuusvirta Q, joka on nesteen tilavuus V jaettuna virtaukseen kuluneella ajalla t. Q = V / t (8) Tilavuus puolestaan saadaan kertomalla putken pituus sen poikkileikkauksen alalla. V = A l (9)

Toinen vaihtoehto tilavuusvirran laskemiselle on putken poikkileikkauksen alan A kertominen nesteen nopeudella v. 25 Q = A v (10) Kuten edellä todettiin, kulkee virtauskanavan kaikissa kohdissa sama tilavuusvirta. Q 1 = Q n (11) Q 1 = A 1 v 1 (12) Q n = A n v n (13) Tällöin nopeuden on muututtava virtauskanavan koon mukaan. Nopeuden kasvaessa kapeammissa kohdissa nesteen liike-energia siis kasvaa. Energian säilymisen lain mukaan nesteen kokonaisenergia pysyy kuitenkin vakiona, mikä käytännössä tarkoittaa staattisen paineen alenemista virtauskanavan kapeissa kohdissa. 4.3.1 Virtaustyypit Nesteen virtaustyyppi kuvaa nesteen käyttäytymistä sen virtauksen aikana. Virtaustyyppejä on kahdenlaisia. Näitä ovat laminaarinen virtaus sekä turbulenttinen virtaus. Virtaustyypillä on merkitystä järjestelmän toimivuuden ja hyötysuhteen kannalta. KUVA 7. Nestepartikkeleiden liike eri virtaustyypeillä

26 Virtaustyyppi riippuu nesteen nopeudesta. Matalilla nopeuksilla nesteen virtaus on laminaarista, jolloin nestepartikkeleiden liike on suoraviivaista. Neste liikkuu hyvin hitaasti virtauskanavan seinämän läheisyydessä, kun virtauskanavan keskellä liike on nopeinta. Kun nopeus ylittää kriittiseksi arvoksi kutsutun nopeuden, nesteen virtaus muuttuu turbulenttiseksi ja nestepartikkelien liike muuttuu pyörteileväksi. Tällöin osa nesteen liikkeestä suuntautuu väärään suuntaan ja tehonhäviöt järjestelmässä kasvavat. Kriittisen nopeuden ylittämistä pyritäänkin yleensä välttämään hydraulijärjestelmissä. Kriittinen nopeus ei kuitenkaan ole vakio, vaan se riippuu mm. virtauskanavan koosta ja nesteen viskositeetista. Virtaustyyppi voidaan kuitenkin arvioida laskennallisesti Reyonoldsin luvun (R e ) avulla, jonka suuruuteen vaikuttavat mm. virtauskanavan tyyppi, nesteen kinemaattinen viskositeetti ja virtausnopeus.

27 Neste toimii hydrauliikassa tehoa välittävänä aineena, ja sen ominaisuuksien ja käytöksen ymmärtäminen on avainasemassa järjestelmien toimintaa käsiteltäessä. Tehonvälittämisen lisäksi neste myös huoltaa ja ylläpitää järjestelmää. Nesteille asetetaan sovelluskohteiden mukaan toisistaan suuresti eroavia vaatimuksia. Esimerkkinä voivat olla nesteen myrkyttömyys, palamattomuus tai suurten lämpötilavaihteluiden kesto. Elintarvikehydrauliikassa vaaditaan myrkyttömiä nesteitä, kun taas terästehtailla edellytyksinä voivat olla palamattomuus ja korkeiden lämpötilojen kesto. Tässä yhteydessä keskitytään tavanomaisiin teollisuus- ja mobilesovelluksiin. Nestetyypit voidaan jakaa perusnesteen mukaan mm. mineraaliöljypohjaisiin nesteisiin, mutta myös ominaisuuksiensa perusteella biologisesti nopeasti hajoaviin nesteisiin, elintarvikehydrauliikan nesteisiin ja vaikeasti syttyviin nesteisiin. Nesteen tehtäviin kuuluvat tehonvälittämisen lisäksi järjestelmän jäähdytys, korroosion esto, komponenttien voitelu, epäpuhtauksien poistaminen sekä järjestelmän tiivistys. Usein pelkkä perusneste on ominaisuuksiltaan riittämätön vastaamaan kaikkiin sille asetettuihin vaatimuksiin, ja usein nesteet lisäaineistetaan ominaisuuksien parantamiseksi. Lisäaineistuksella on kuitenkin myös haittavaikutuksensa, sillä kemiallinen yhteensovittaminen pakottaa tekemään kompromisseja muiden ominaisuuksien suhteen, ja lisäaineet ovat usein myös myrkyllisiä tai muuten haitallisia. Tämän vuoksi myös biologisesti nopeasti hajoavat öljyt ovat myös haitallisia ympäristölle, vaikkakin vähemmässä määrin kuin tavalliset mineraaliöljypohjaiset nesteet. Hydraulinesteiden luokittelu on standardoitu, ja tällaisia standardeja ovat mm. DIN 51 502 ja ISO 6743/4. Hydrauliikassa teho on tilavuusvirran Q ja paineen p tulo. P = Q p (14) Johtuen todellisissa järjestelmissä tapahtuvista tehonhäviöistä, jää hydraulijärjestelmän hyötysuhde alle yhden. Tähän vaikuttavat osaltaan itse nesteen virtaushäviöt, kuin myös komponenteissa tapahtuvat häviöt. Hydraulikomponenteissa muodostuvat häviöt koostuvat vuotohäviöistä, hydraulisista kitkahäviöistä sekä mekaanisista kitkahäviöistä.

Järjestelmän kokonaishyötysuhdetta voidaan kuvata otto- ja antotehojen osamäärällä, missä antoteho on toimilaitteelta saatu teho, ja ottoteho on järjestelmään tuotu teho. 28 = antoteho / ottoteho (16) Järjestelmien hyötysuhdetta tarkasteltaessa on kuitenkin huomioitava, että hydraulisen laitteen työkierrossa on monia vaiheita joissa osassa ei saada antotehoa lainkaan. Tällöin hyötysuhde putoaa hetkellisesti nollaan. Tällainen tilanne syntyy esim. silloin kun työkone lakkaa työskentelemästä moottorin ja hydraulipumpun yhä käydessä. Hyötysuhdetta pyritäänkin parantamaan vähentämällä ottotehoa, johon eräs keino on pumpun vapaakierrolle päästäminen. Tällöin pumpun tuottama tilavuusvirta ohjataan suoraan tankille.

29 5 HYDRAULINESTEET Neste toimii hydrauliikassa tehoa välittävänä aineena, ja sen ominaisuuksien ja käytöksen ymmärtäminen on avainasemassa järjestelmien toimintaa käsiteltäessä. Tehonvälittämisen lisäksi neste myös huoltaa ja ylläpitää järjestelmää. Nesteille asetetaan sovelluskohteiden mukaan toisistaan suuresti eroavia vaatimuksia. Esimerkkinä voivat olla nesteen myrkyttömyys, palamattomuus tai suurten lämpötilavaihteluiden kesto. Elintarvikehydrauliikassa vaaditaan myrkyttömiä nesteitä, kun taas terästehtailla edellytyksinä voivat olla palamattomuus ja korkeiden lämpötilojen kesto. Tässä yhteydessä keskitytään tavanomaisiin teollisuus- ja mobilesovelluksiin. Nestetyypit voidaan jakaa perusnesteen mukaan mm. mineraaliöljypohjaisiin nesteisiin, mutta myös ominaisuuksiensa perusteella biologisesti nopeasti hajoaviin nesteisiin, elintarvikehydrauliikan nesteisiin ja vaikeasti syttyviin nesteisiin. Nesteen tehtäviin kuuluvat tehon välittämisen lisäksi järjestelmän jäähdytys, korroosion esto, komponenttien voitelu, epäpuhtauksien poistaminen sekä järjestelmän tiivistys. Usein pelkkä perusneste on ominaisuuksiltaan riittämätön vastaamaan kaikkiin sille asetettuihin vaatimuksiin, ja usein nesteet lisäaineistetaan ominaisuuksien parantamiseksi. Lisäaineistuksella on kuitenkin myös haittavaikutuksensa, sillä kemiallinen yhteensovittaminen pakottaa tekemään kompromisseja muiden ominaisuuksien suhteen, ja lisäaineet ovat usein myös myrkyllisiä tai muuten haitallisia. Tämän vuoksi myös biologisesti nopeasti hajoavat öljyt ovat myös haitallisia ympäristölle, vaikkakin vähemmässä määrin kuin tavalliset mineraaliöljypohjaiset nesteet. Hydraulinesteiden luokittelu on standardoitu, ja tällaisia standardeja ovat mm. DIN 51 502 ja ISO 6743/4.

30 5.1 Nesteiden ominaisuudet 5.1.1 Viskositeetti Viskositeetilla tarkoitetaan nesteen kykyä vastustaa virtausta. Viskositeetti on hydraulinesteen osalta tärkeä parametri, ja se kuvaa nesteen käytöstä tietyissä lämpötiloissa. Käytännössä tämä tarkoittaa nesteen virtaus-, voitelu- ja tiivistysominaisuuksia. Liian jäykkä neste virtaisi huonosti, eikä kykenisi muodostamaan voitelukalvoja komponenttien ahtaisiin välyksiin. Liian jäykkä neste aiheuttaa myös pumpun kavitaatiovaara. Liian ohut neste puolestaan vuotaisi komponenttien välysten kautta ulos järjestelmästä, eikä myöskään kykenisi muodostamaan tarvittavaa voitelukalvoa. Kinemaattisen viskositeetin yksikkönä käytetään senttistokea cst (mm 2 /s) Viskositeetti vaihtelee lämpötilan mukaan, mutta hydraulinesteissä tällainen vaihtelu tulisi pysyä pienenä. Nesteen taipumusta viskositeetin muutokseen lämpötilan muutoksissa kuvataan viskositeetti-indeksillä, joka on määritelty DIN ISO 2909 -standardissa. Nesteen viskositeetti riippuu myös paineesta, ja tämä tulee huomioida yli 200 baarin järjestelmissä. Painetason kasvaessa nesteen viskositeetti kasvaa, mutta muutos on lämpötilan vaihteluista aiheutuvia muutoksia pienempi. Lämpötilan osalta viskositeetti kasvaa lämpötilan laskiessa, ja lämpötilalla on huomattava vaikutus nesteen viskositeettiin. Paineen osalta viskositeetti nousee paineen mukana. Paineen vaikutus viskositeettiin on kuitenkin vähäinen verrattuna lämpötilan vaikutukseen. Nesteet jaetaan ISO 3448 -standardin mukaisiin viskositeettiluokkiin sen mukaan, mikä niiden kinemaattinen viskositeetti on +40 C lämpötilassa 10 % vaihtelulla. Viskositeettiluokka ilmoittaa nesteen keskiviskositeetin sekä viskositeetin ala- ja ylärajat. TAULUKKO 1. Viskositeettiluokat 10, 15 ja 22 ISO 3448 mukaan

31 5.1.2 Nesteen kokoonpuristuvuus Hydrauliikassa tavoitteena on että nesteen kokoonpuristuvuus jäisi minimaaliseksi, sillä se vaikuttaa toimilaitteiden tarkkuuteen. Neste kuitenkin puristuu paineen vaikutuksesta aina hieman, mineraaliöljyillä kokoonpuristuvuus on luokkaa 0,7 % jokaiselle 100 baarille. Järjestelmässä kiertävän nesteen kokoonpuristuvuus riippuu siten nesteen määrästä, sekä järjestelmän painetasosta. Kokoon puristuvuus kasvaa kuitenkin huomattavasti, mikäli nesteessä esiintyy ilmakuplia, sillä kaasujen kokoonpuristuvuus on nesteisiin verrattuna huomattavan suuri. Lisäksi toimilaitteiden ja putkistojen laajeneminen vaikuttavaa osaltaan siihen, miten tehokkaasti paine saadaan välitettyä toimilaitteelle. Nesteen kokoonpuristuvuudesta ja komponenttien ei-toivotusta tilavuuksien muutoksesta käytetään nimitystä jousto. Sen haitallisuus ja merkitys riippuu sovelluskohteesta. Suuria liiketarkkuuksia vaativissa työstökoneissa jousto on hyvin haitallinen ilmiö, mutta esimerkiksi maansiirtokoneen toiminta ei häiriydy pienistä joustoista. 5.1.3 Lämpötilan muutokset Nesteen lämpötila saattaa muuttua huomattavasti toiminnan aikana. Etenkin työkoneissa ulkolämpötila voi laskea jopa -35 C alapuolelle, ja työskentelyn aikana nesteen lämpötila saattaa joissain tapauksissa nousta +80 C lukemiin. Nesteen lämpötila pyrkii nousemaan virtaushäviöistä johtuen, sillä nämä muuttuvat lämmöksi. Valtaosa lämmöstä varastoituu nesteeseen, mutta sitä siirtyy myös komponentteihin ja putkistoihin ja sitä kautta edelleen ympäröivään ilmaan. Järjestelmässä virtaavan nesteen lämpötila on toiminnan kannalta tärkeä tekijä, sillä nesteen viskositeetti muuttuu lämpötilan mukaan. Lämpötila pyritäänkin pitämään halutulla tasolla lisäämällä järjestelmään lämmönvaihtimia, yleisimmin jäähdyttimiä.

32 5.1.4 Kavitaatio Kavitaatio on hydrauliikan ei-toivottu ilmiö, joka liittyy hyvin läheisesti viskositeettiin ja virtausnopeuteen. Kavitaatiossa nesteen virtaus muuttuu liian nopeaksi, ja paine laskee niin matalaksi että nesteeseen alkaa muodostua ilmakuplia. Mikäli paine edelleen laskee, neste saavuttaa oman höyrystymispaineensa, jolloin siihen muodostuu myös höyrykuplia. Ilmiö voi tapahtua pumpun imukanavassa, mikäli nestettä imetään sen viskositeettiin nähden liian suurella nopeudella. Pumppuun päädyttyään nesteeseen kohdistuu äkillinen paineen nousu, jolloin ilmakuplat romahtavat kasaan aiheuttaen paineiskuja. Lisäksi saattaa ilmetä ns. mikrodiesel-ilmiö, jossa kuplien paine nousee niin korkeaksi että ne syttyvät palamaan. Kavitaatio vahingoittaa komponentteja, sillä lähellä pintaa tapahtuvat paineiskut kuluttavat osien pintoja ja tekevät niistä pitemmän altistumisen jälkeen epäkuntoisia. 5.1.5 Paineiskut Venttiilin nopea sulkeutuminen tai toimilaitteen törmääminen aiheuttavat virtausnopeuden äkillisen muutoksen. Tästä seuraa paineisku, joka saattaa vaurioittaa järjestelmää. Järjestelmä voidaan kuitenkin suojata paineiskuilta oikealla mitoituksella, kun järjestelmään jätetään ylimääräistä painekapasiteettia voimakkaiden iskujen varalta. Paineiskuja voidaan myös vähentää hidastamalla venttiilien sulkeutumisnopeutta, jarruttamalla toimilaitteen liikettä ennen päätyasennon saavuttamista tai lisäämällä järjestelmään paineiskuja vaimentavia paineakkuja.

33 5.2 Epäpuhtauksien vaikutus nesteessä Hydraulinesteen puhtaus vaikuttaa suuresti järjestelmän toimintaan. Arviolta 70-80% hydraulijärjestelmien toimintahäiriöistä johtuu likaisesta nesteestä. Hydraulikomponenteissa välykset ovat hyvin pieniä, ja ne mitataan mikrometreissä. Tämän vuoksi verrattain pienetkin hiukkaset voivat vioittaa järjestelmää ja haitata sen toimintaa. Epäpuhtauksiksi voidaan luokitella kaikki järjestelmään kuulumaton aines. Tämä käsittää niin kiinteät partikkelit kuin nesteet (etupäässä vesi) ja kaasut (ilma). Epäpuhtauksia päätyy järjestelmään sekä sisäisesti että ulkoisesti. Komponenttien kulumisesta vapautuu pieniä metallipartikkeleita, joista osa jää aina järjestelmän kiertoon lisäten siten kulumista entisestään. Ulkoiset epäpuhtaudet puolestaan tulevat järjestelmän ulkopuolelta, varhaisimmassa vaiheessa jo tehtaalla asennuksen aikana, jolloin järjestelmään päätyy pölyjä ja mahdollisesti metallilastuja. Myös komponenttien asennuksen ja varastoinnin aikana niihin on saattanut jäädä likaa, joka asennuksen yhteydessä päätyy järjestelmään. Myöhemmin järjestelmän varsinaisen käytön aikana siihen siirtyy tiivisteistä huolimatta kosteutta ja ulkoisia likapartikkeleita. Myös huoltotoimista siirtyy järjestelmään aina likaa. Kiinteiden epäpuhtauksien osalta komponenttien välyksiin nähden suurikokoiset partikkelit saattavat tukkia virtauskanavia, mikä heikentää komponenttien toimintaa. Partikkelit saattavat aiheuttaa myös äkillisiä toimintahäiriöitä, sillä suurikokoisemmat partikkelit saattavat jumittaa venttiilien karoja kiilautuessaan karan ja rungon väliin.välyksiä pienemmät partikkelit puolestaan aiheuttavat komponenttien kulumista. Ajan myötä kuluminen johtaa välysten kasvuun ja venttiilin ohjaustarkkuuden heikentymiseen. Nesteistä yleisin epäpuhtaus on vesi, joka on liukenemattomana haitallista. Vesi aiheuttaa metallipinnoilla korroosiota ja kulumista, sekä vanhentaa nestettä ennenaikaisesti aiheuttaessaan ei-toivottuja kemiallisia reaktioita. Nesteeseen jääneet ilmakuplat aiheuttavat nesteen hapettumista ja edesauttavat siten sen vanhenemista. Nesteen mukana kulkevalla ilmalla on myös kavitaation riskiä lisäävä vaikutus. Järjestelmään päätynyt ilma lisää myös nesteen kokoonpuristuvuutta ja heikentää siten toiminnan tarkkuutta.

34 5.2.1 Hydraulinesteiden puhtausluokitukset Hydraulijärjestelmien herkkyys epäpuhtauksille riippuu käytettyjen komponenttien välysten ja virtauskanavien koosta. Epäpuhtaushiukkasia on kuitenkin usean kokoisia, jolloin pelkkä hiukkasten määrästä puhuminen ei anna tarpeeksi selkeää kuvaa nesteen puhtaudesta. Tämän vuoksi järjestelmien puhtautta kuvataan hiukkaskokojakaumilla, joiden pohjalta järjestelmille on laadittu standardeihin perustuvat (ISO 1638 ja NAS 1638) puhtausluokitukset. ISO 1638 -standardin mukainen puhtausluokitus perustuu hiukkasten määrään kolmessa eri kokoluokassa; >4µm, >6µm ja >14µm. Puhtausluokan sallimat hiukkaspitoisuudet näissä luokissa ilmoitetaan kolmena lukuna, esim. 18/16/13, mikä ilmoittaa em. hiukkaskokojen määrän 1 ml nestemäärässä vastaavan taulukkoarvon mukaan. Luku ei siis suoraan tarkoita että näyte sisältäisi 18 kpl >4 µm hiukkasta. NAS 1638 puolestaan käsittää 12 puhtausluokkaa joilla jokaisella on oma sallittu hiukkasmäärä kullekin hiukkaskoolle 100 ml nestemäärää kohden. Usein puhtausluokka määräytyy pienimmän hiukkaskoon mukaan, sillä näitä on nesteessä eniten. TAULUKKO 2. Erikokoisten likapartikkeleiden määrä NAS 1638 puhtausluokassa 5.

35 5.3 Nesteen valinta Nesteen valinta vaikuttaa suuresti järjestelmän toimivuuteen, ja siihen onkin kiinnitettävä erityistä huomiota. Valintaan vaikuttavat sekä järjestelmältä toivotut ominaisuudet että järjestelmän käyttöympäristön sanelemat vaatimukset. Huomioitavia seikkoja voivat olla käyttöympäristön lämpötila ja sen vaihtelut, ympäristöseikat, järjestelmän käyttöpaine ja -aika, erityisvaatimukset kuten myrkyttömyys tai palamattomuus sekä nesteen hinta. Hinnan osalta ei voida puhua ainoastaan nesteen hankintahinnasta, vaan myös käyttökustannuksista. Nesteen vanhenemisnopeus vaikuttaa suoraan huoltoväleihin ja siten huoltokustannuksiin. Lisäksi on huomioitava nesteen mahdollinen vaikutus järjestelmässä käytettyihin materiaaleihin ja tiivisteisiin. 5.4 Nesteen käsittely Nesteen käsittelyssä on huomioitava sen herkkyys epäpuhtauksille. Oikein käsitelty ja varastoitu neste pidentää sekä nesteen että järjestelmän käyttöikää. Osana nesteen käsittelyä ovat varastoinnin lisäksi järjestelmän suodatuksen toimivuudesta huolehtiminen, sekä ohjeiden mukainen näytteenotto nesteen kunnon valvomiseksi. Myös nesteen vaihdossa on huolehdittava järjestelmän asianmukaisesta huuhtelusta epäpuhtauksien poistamiseksi, sekä nestetyyppien yhteensopivuudesta mikäli nestettä joudutaan lisäämään järjestelmään. Vääränlaisten nesteiden sekoittuminen johtaa nestesekoituksen huonoihin ominaisuuksiin, ja mahdolliseen sakan muodostumiseen järjestelmässä. Viimeisenä asiana nesteen käsittelyn suhteen on asianmukainen hävittäminen, sillä hydraulinesteet luokitellaan ongelmajätteeksi.

36 6 HYDRAULIJÄRJESTELMÄT JA PIIRROSMERKIT 6.1 Piirrosmerkit Hydraulipiirien rakenne ilmaistaan standardoituihin piirrosmerkkeihin pohjautuvissa kaavioissa. ISO 1219 -standardi määrittelee komponentteja kuvaavien symboleiden muodot, ja lähestulkoon kaikki hydraulikomponentit voidaan ilmaista näihin pohjautuvien valmiiden symbolien avulla. Piirikaaviot esittävät järjestelmän komponentit sekä niiden väliset kytkennät. Kaavio ei kuitenkaan kuvaa komponenttien sijoittelua todellisessa järjestelmässä, vaan siihen käytetään erillistä kokoonpanopiirustusta. Myös komponenttien tarkemmat tiedot löytyvät erillisestä osaluettelosta, vaikka joitakin olennaisia tietoja voidaan merkitä myös hydraulikaavioon, kuten huollossa huomioitavat kohteet ja varoitukset. Myös ohjauspiiri voidaan esittää omana kaavionaan, etenkin paljon elektroniikkaa sisältävien järjestelmien osalta. KUVA 8. Yksinkertaistettu esimerkki hydraulikaaviosta

KUVA 9. ISO 1219-standardiin perustuvia piirrosmerkkejä 37

KUVA 10. Yleisiä hydraulikaavioissa esiintyviä piirrosmerkkejä (lähde: ISO 1219) 38

39 6.2 Hydraulijärjestelmät Avoin järjestelmä Avoimen järjestelmän tunnusomainen piirre on erillinen nestesäiliö josta neste imetään pumpulle, ja johon neste palaa toimilaitteilta. Avointa järjestelmää käytetään teollisuushydrauliikassa sekä sylinterikäyttöjen yhteydessä, joissa toimilaitteisiin kulloinkin varastoituneen nesteen määrä voi vaihdella huomattavasti. KUVA 11. Esimerkki avoimesta järjestelmästä

40 Suljettu järjestelmä Avoimen järjestelmän vastakohtana voidaan pitää suljettua järjestelmää jossa ei ole varsinaista nestesäiliötä, vaan neste palaa toimilaitteelta suoraan pumpun imupuolelle ja sieltä uudelleen kiertoon. Tällaisia järjestelmä käytetään mm. moottorikäyttöjen yhteydessä, jolloin hydraulinesteellä pyöritetään vakiotilavuuksista moottoria. Suljettu järjestelmä pitää kuitenkin sisällään myös pienen säiliön jonka yhteydessä voidaan toteuttaa mm. nesteen suodatus. KUVA 12. Yksinkertaistettu esimerkki suljetusta järjestelmästä Puoliavoin järjestelmä Kahden edellä mainitun järjestelmän välimuotona on puoliavoin järjestelmä, joka nimensä mukaisesti pitää sisällään molempien järjestelmien piirteitä. Esimerkiksi työkoneissa puoliavoimessa järjestelmässä on oma piirinsä ajomoottoreille, mutta myös erillinen piiri sylintereille ja työlaitteille.

41 7 HYDRAULIKOMPONENTIT 7.1 Pumput ja moottorit Pumput Pumppujen tehtävänä on mekaanisen energian muuttaminen hydrauliseksi. Hydrauliikassa pumput toimivat syrjäytysperiaatteella, eli ne sulkevat nesteen tiivistettyihin kammioihin ja puristavat sen kammiosta painekanavaan. Kammioiden suuri painekuormituskesto mahdollistaa suurienkin paineiden tuottamisen. Syrjäytysperiaatteella toimiva pumppu ei kuitenkaan paineista nestettä ennen kuin nesteen virtausta aletaan vastustaa. Täysin vapaasti virratessa pumppu vain siirtäisi nestettä eteenpäin. Pumppujen toimintaperiaate on kaikissa tapauksissa sama, mutta kammioiden erilaisilla rakenteilla saadaan aikaan hyvinkin erilaisia ominaisuuksia järjestelmän vaatimuksista riippuen. Useimmiten pumput vaativat pyörivää liikettä toimiakseen (akseli), mutta liike voi olla myös lineaarista käsipumppujen tapauksessa. Yleisiä pumpputyyppejä ovat hammaspyöräpumput, ruuvipumput, siipipumput ja mäntäpumput. Tässä yhteydessä mukaan luetaan myös aksiaalimäntäpumput. Pumppujen piirrossymbolit koostuvat ISO 1219 -standardin mukaisesti energian muuntamisyksikköä kuvaavasta ympyrästä sekä pumpun toimintasuuntaa kuvaavasta kolmiosta, ja mahdollisesta säätötilavuusominaisuutta osoittavasta nuolesta. KUVA 13. Pumppujen piirrosmerkkejä

42 Moottorit Moottorit vastaavat rakenteeltaan pumppuja, ja niissä on paljon samankaltaisuuksia. Tämä mahdollistaa pumppujen tavoin erilaisiin vaatimuksiin vastaamisen mm. säädettävyyden, pyörimissuunnan, pyörimisnopeuden ja momentin osalta. Moottorit voidaan jakaa siipi-, hammaspyörä- ja mäntämoottoreihin niiden rakenteen perusteella. Lisäksi moottorit ryhmitellään usein niiden nopeusalueen mukaisiin luokkiin. Pumppujen tavoin jotkin moottorit mahdollistavat myös niiden läpi kulkevan tilavuusvirran säädön. Moottorit esitetään kaavioissa pumppujen tapaan energian muuntamisyksikköinä, mutta erona on toimintasuuntaa osoittavan merkin suunta. KUVA 14. Moottoreiden piirrosmerkkejä Hydraulimoottoreilla kyetään toteuttamaan pyörimisliikettä vaativia sovelluksia, kuten lakaisukoneen harjan pyörittäminen, sekoittimen pyöritys tai harvesterin hakkuupään syöttörullat. Lisäksi hydraulimoottoreilla voidaan toteuttaa työkoneiden ajovoimansiirto tapauksissa joissa mekaaninen voimansiirto on mahdoton tai muutoin hankala toteuttaa.

43 Ulkohammaspyörärakenne Ulkohammaspyörämallisessa rakenteessa kotelon sisällä pyörivä hammaspyöräpari toteuttaa syrjäytysprosessin. Syrjäytyskammiot muodostuvat hammaspyörien ja rungon väliin. KUVA 15. Ulkohammaspyörärakenne Pumppujen tapauksessa hammaspyörät kuljettavat öljyä imupuolelta painepuolelle, missä öljy puristuu hammaspyörien välistä painelinjaan. Tämä aiheuttaa imupuolelle alipaineen ja siten jatkuvan öljyvirran. Hammaspyöräpumput ovat vakiotilavuuksisia pumppuja, mutta niiden tuottoa voidaan säädellä pyörintänopeuden kautta. Pumppumalli on hyvin yleinen edullisen hintansa, laajan kierrosalueensa ja helpon muunneltavuutensa vuoksi. Hammaspyörämoottorien toimintaperiaate on päinvastainen. Tällöin paineliitäntään tuleva öljy pyrkii paine-eron vaikutuksesta siirtymään matalapainepuolelle, mikä alkaa liikuttaa hammaspyöräparia. Hammaspyörämoottoreiden painetaso yltää 200 baarin tasolle. Kierrosnopeudeltaan hammaspyörämoottorit saavuttavat parhaan hyötysuhteen alueella 600-4000 1/min, ja ne kuuluvat nopeakäyntisten moottoreiden ryhmään. Sovellusesimerkkejä ulkohammaspyörämoottorin käytöstä ovat erilaiset pienikokoiset sahauslaitteet sekä tuulettimen pyörittäminen työkoneiden jäähdyttimissä.

44 Siipirakenne Siipipumppujen ja -moottorien rakenne koostuu staattorin sisällä pyörivään roottoriin upotettuihin siipiin, jotka muodostavat syrjäytyskammiot painautuessaan staattorin seinämää vasten. Staattorin muodon vuoksi sen seinämän etäisyys roottorin pinnasta muuttuu roottorin kulma-asemasta riippuen, mikä puolestaan muuttaa syrjäytyskammion tilavuutta kierroksen aikana. KUVA 16. Yksikammioinen siipirakenne Siipipumput voivat olla vakio- tai säätötilavuuksisia. Siipipumppujen kierrosalue on välillä 600-2500 1/min ja sallitut käyttöpaineet välillä 70-180 bar. Monikammioisten siipipumppujen toiminta-arvot ovat kuitenkin edellä mainittuja parempia, ja niiden käyttöpaine voidaan nostaa 280 baariin asti. Siipimoottorit vastaavat rakenteeltaan hyvin pitkälle vastaavia pumppuja. Kyseessä on nopeakäyntinen moottori, joka voi olla vakio- tai säätötilavuuksinen sovelluksesta riippuen. Tavanomainen siipimoottorin kierrosalue on 100-4000 1/min. ja maksimipaineet 80-210 baarin välillä. Yleisiä siipimoottoreiden käyttökohteita ovat hydrauliset puhaltimet ja muut sovellukset joissa moottorilta vaaditaan korkeaa kierroslukua.

45 Gerotor-rakenne Gerotor-rakenne koostuu ulommasta hammasrenkaasta, sekä sisemmästä hammaspyörästä, eli geroottorista. Sekä geroottori että hammasrengas pyörivät samaan suuntaan, ja syrjäytyskammiot muodostuvat näiden väliin jäävään tilaan. Rakenteelle on tyypillistä kokoon nähden suuri kierrostilavuus. KUVA 17. Gerotor-rakenne Gerotor-pumput tuottavat tasaisen tilavuusvirran ja omaavat alhaisen melutason. Moottorit puolestaan omaavat suuren kierrostilavuutensa vuoksi huomattavan vääntömomentin jo matalilla kierroksilla. Gerotor-moottorien yleinen käyntialue on 5-500 1/min, ja painetaso 100-200 bar. Moottorille ominaista on myös mahdollisuus pyöriä molempiin suuntiin, sekä edullinen hinta. Gerotor-moottoreita käytetään mm. ajoneuvojen vetävissä pyörissä ja kuljettimien vetoteloissa.

46 7.1.1 Aksiaalimäntäkoneet Vinolevytyyppisessä aksiaalimäntäpumpussa öljyn siirtäminen perustuu mäntien edestakaiseen liikkeeseen, jota ohjataan pumpun vinolevyn asennon avulla. Akselin mukana pyörivän sylinteriryhmän (5) mäntien (1) iskun pituus määräytyy vinolevyn (2) kulma-aseman mukaan. Vinolevyn kulma-aseman muuttamiseen käytetään säätömäntää (3), joka toimii jousta (4) vastaan. Tällöin pumppu on säätötilavuuksinen, ja sen tuottoa voidaan säätää kierrosnopeudesta riippumatta. Mikäli vinolevyn kulma akseliin nähden olisi 90, eivät männät liikkuisi lainkaan ja pumpun tuotto olisi nolla. KUVA 18. Vinolevytyyppinen aksiaalimäntäpumppu (lähde: Atos)

47 Vinolevytyyppisen aksiaalimäntäpumpun säätö tapahtuu erityisellä säätimellä, joka annostelee säätömännälle tulevan paineistetun öljyn. Säätimen avulla pumpun tuotto voidaan valita tilanteen ja tarkoituksen mukaan järjestelmästä riippuen. Vakiopainejärjestelmissä säätimellä voidaan asettaa järjestelmälle tietty painetaso, jonka alapuolelle jäätäessä pumppu tuottaa järjestelmään painetta. Kuormantuntevissa järjestelmissä säätimellä voidaan ohjata pumpun toimintaa kulloisenkin kuormituksen mukaan. Tämä kuitenkin vaatii käyttöventtiililtä erityistä LS (load sensing) -kanavaa, jonka kautta käyttöliittymän paine johdetaan säätimelle. Vinolevytyyppinen aksiaalimäntäpumppu on hyvin yleinen ratkaisu juuri niissä sovelluksissa, missä vaaditaan pumpun säädettävyyttä ja korkeaa painetasoa. Pumpputyypillä kyetään tuottamaan tarvittaessa, ja mallista riippuen, yli 300 baarin paineita. Säädettävyys tuo pumpun elinkaaren ajalle säästöjä järjestelmän käyttökustannuksissa, mutta pumpun korkea hankintahinta nostaa järjestelmän valmistuskustannuksia. Lisäksi pumpun rakenteesta johtuvat lukuisat liukupinnat ja hydrostaattisen voitelun välttämättömyys tekevät siitä herkän epäpuhtauksille. Tästä huolimatta pumpputyyppi on yleisesti käytössä liikkuvan kaluston sovelluksissa, kuten maansiirto- ja metsäkoneissa.

48 Kulmatyyppinen aksiaalimäntämoottori Kulmatyyppisen aksiaalimäntämoottorin toiminta perustuu käyttöakselin mukana pyörivien mäntien tekemään edestakaiseen liikkeeseen. Vinolevyrakenteesta poiketen, kulmatyyppisellä rakenteella käyttöakseli on vinossa mäntiin nähden. Tällöin sylinterikammiolle johdettu paineistettu öljy pyrkii työntämään mäntää ulospäin, mikä puolestaan kääntää moottorin käyttöakselia. KUVA 19. Kulmatyyppinen aksiaalimoottori (lähde: Hawe) Kulmatyyppinen aksiaalimäntämoottori kykenee tuottamaan huomattavan suuria tehoja, sekä 400 baariin yltäviä paineita. Kyseessä on nopeakäyntinen moottorityyppi, joka on korkeasta hinnastaan huolimatta yleinen sekä teollisuus- että mobilehydrauliikassa. Esimerkkinä moottorityypin käyttökohteesta voidaan antaa metsäkoneen hakkuupään ketjusahan pyörittäminen.

49 7.2 Sylinterit Sylinterit toteuttavat lineaarista liikettä. Toimintaperiaatteena on, että kammioon virtaava neste työntää mäntää eteenpäin. Sylinterit voidaan jakaa yksi- ja kaksisuuntaisiin sylintereihin. Yksisuuntaisissa sylintereissä saadaan aikaan ainoastaan toisen suunnan liike, jolloin palautus tapahtuu joko painovoiman tai jousen avulla. Kaksisuuntaisissa sylintereissä liike voidaan toteuttaa molempiin suuntiin. Tällöin on kuitenkin muistettava, että kammion koko ja männän tehollinen pinta-ala eroavat toisistaan sylinterivarren vuoksi. Mikäli sylinterin plus-puolelle tuodaan tilavuusvirta Q, liikkuu mäntä ulospäin hitaammin kuin sisäänpäin, sillä männänvarren puolella kammion tilavuus on pienempi. Männänvarren puolella männän tehollinen pinta-ala on myös pienempi, joten samalla paineella saatava voima jää alhaisemmaksi. KUVA 20. männän pinta-alat Sylinterit voidaan liikesuuntiensa lisäksi luokitella rakenteensa mukaan. Tavanomaisten 1- ja 2-toimisten sylintereiden lisäksi valmistetaan mm. teleskooppisylintereitä, joissa kokoon painettuna lyhyestä sylinteristä saadaan sen kokoon nähden hyvin pitkä liike. Eräs toinen sylinterimalli on kaksipuoleisella männänvarrella varustettu sylinteri, joka kykenee tekemään lineaarista liikettä molempiin suuntiin. Tällaisella sylinterillä voidaan toteuttaa esim. ajoneuvon pyörien kääntö hammastanko-ohjauksen sijaan. Sylinterille ominainen riski hydraulijärjestelmissä on nurjahdus. Tällöin ylikuormitetun sylinterin männänvarsi taipuu sivulle. Nurjahdusherkkyys riippuu sylinterin kiinnitystavasta, sekä tästä ja iskun pituudesta lasketusta redusoidusta iskun pituudesta.

50 Rakenteensa vuoksi sylinteri saattaa myös "törmätä" iskunsa lopussa, mistä aiheutuisi ylimääräisiä rasituksia järjestelmälle. Tätä ilmiötä voidaan vähentää lisäämällä sylinteriin päätyvaimennus, joka kuristaa virtausta liikkeen loppuvaiheessa. Tällöin sylinterin liike hidastuu hieman ennen ääriasennon saavuttamista. KUVA 21. Eri sylinterityyppien piirrosmerkkejä KUVA 22. Sylinterin nurjahdus kahdella eri tuentatavalla

51 7.3 Venttiilit Venttiilien tehtävänä on ohjata ja säätää nesteen painetta ja tilavuusvirtaa sekä tilavuusvirran suuntaa. Tehtävänsä mukaan venttiilit ryhmitellään paineventtiileihin, virtaventtiileihin ja suuntaventtiileihin. Näiden lisäksi on olemassa myös proportionaaliventtiileitä, servoventtiileitä ja patruunaventtiileitä, jotka kykenevät suorittamaan kaikki edellisten ryhmien tehtävät. Venttiilien toiminta perustuu sen rungossa liikkuvan sulkukappaleen toimintaan, joka venttiilityypistä riippuen rajoittaa tai suuntaa virtausta. 7.3.1 Suuntaventtiilit Suuntaventtiilien tehtävänä on nimensä mukaan ohjata virtauksen suuntaa. Yksinkertaisimmillaan kyse voi olla sulku- tai vastaventtiilistä jotka joko estävät virtauksen kokonaan tai sallivat sen ainoastaan toiseen suuntaan. Suuntaventtiileihin kuuluvat myös varsinaiset suuntaventtiilit, joilla ohjataan toimilaitteelle menevän ja sieltä palaavan nesteen virtaussuuntaa. Sulkuventtiilit Sulkuventtiilit ovat yksinkertaisia hanoja, joilla voidaan joko estää virtaus kokonaan tai vaihtoehtoisesti rajoittaa virtausta muuttamalla virtauskanavan kokoa. Sulkuventtiilin avulla voidaan mm. sulkea tietty osa järjestelmästä virtauksen ulkopuolelle. KUVA 23. Sulkuventtiilin piirrosmerkki

52 Vastaventtiili Vastaventtiilit sallivat virtauksen vain toiseen suuntaan. Toimintaperiaate näkyy hyvin piirrosmerkistä, missä pallon mallinen sulkukappale painautuu pesäänsä ja estää virtauksen toisesta suunnasta. Sallitusta suunnasta virtaus puolestaan työntää sulkukappaleen ulos pesästään ja neste pääsee virtaamaan suhteellisen vapaasti. KUVA 24. Vastaventtiilien piirrosmerkkejä Vastaventtiili voi olla jousikuormitteinen, jolloin läpivirtaus vaatii jousen voiman ylittämisen. Myös kuormittamattomia vastaventtiileitä on, joissa sulkukappale painuu pesäänsä painovoiman vaikutuksesta. Vastaventtiilejä on myös ohjattuna, joissa venttiilin avautumista tai sulkeutumista voidaan ohjata halutulla tavalla. Venttiiliä käytetään mm. pumpun suojaamiseen väärän suuntaiselta virtaukselta, toimilaitteiden lukitsemiseen sekä eräiden komponenttien kohdalla ohivirtauskanavana. Venttiilistä on olemassa myös versio, joka suuntaa virtauksen kahdesta painelinjasta korkeapaineisemmalle. Tätä kutsutaan vaihtovastaventtiiliksi.

53 Letkurikkoventtiili Letkurikkoventtiilin tehtävänä on estää toimilaitteen ja taakan hallitsematon putoaminen letkun tai putken hajoamisen yhteydessä. Venttiili muistuttaa toimintaperiaatteeltaan jousikuormitteista vastaventtiiliä, mutta erona on sulkukappaleen levymäinen muoto, sekä virtauksen salliminen molempiin suuntiin normaalitilanteissa. KUVA 25. Venttiilin sulkukappale on lautasen mallinen, ja se voidaan säätää halutulle etäisyydelle vastakappaleestaan. Normaalissa tilanteessa sulkukappale on erillään vastakappaleesta, jolloin virtaus läpäisee venttiilin molempiin suuntiin. Letkurikon yhteydessä virtaus toimilaitteelta kasvaa huomattavasti, jolloin lautanen painuu vastakappaleeseen ja venttiili sulkeutuu. Venttiilin toiminnan kannalta on tärkeää mitoittaa sekä venttiili että käytettävä hydraulineste käyttölämpötilaan sopivaksi, sillä kylmissä olosuhteissa väärin mitoitettu venttiili voi sulkeutua normaalinkin toimilaitteen käytön aikana. Lisäksi venttiilin toiminnan kannalta on olennaista sijoittaa se lähelle toimilaitetta, jolloin venttiilin ja toimilaitteen välinen etäisyys jäisi pieneksi. Tällöin venttiili suojaa pitempää osaa järjestelmästä ja mahdollisuus letkun rikkoutumiseen ennen venttiiliä minimoidaan.

54 Suuntaventtiilit Toimilaitteiden suunnan vaihtaminen tai niiden lukitseminen edellyttää, että liikesuuntaa muutettaessa tulee toimilaitteelle menevän virtauksen suunnan muuttua. Tämä suunnanmuutos saadaan aikaan varsinaisilla suuntaventtiileillä. Tässä yhteydessä käsiteltävillä ON/OFF -venttiileillä voidaan ainoastaan muuttaa nesteen virtaussuuntaa, eikä niissä ole yleensä mahdollisuutta virtauksen säätöön. Nykyään yleistyneet proportionaali- ja servotekniikka mahdollistavat kuitenkin myös tilavuusvirran portaattoman säätämisen. Suuntaventtiilin toiminta perustuu venttiilin rungossa liikkuvaan karaan koneistettuihin virtausuriin, jotka karan asemasta riippuen ohjaavat nesteen tiettyyn virtauskanavaan. Pienemmissä venttiileissä käytetään karan sijasta istukkarakennetta. Suuntaventtiilit luokitellaan niiden sisältämien kytkentäasentojen ja liitäntöjen määrän mukaan. 2/2-venttiilissä on kaksi liitäntää (ensimmäinen numero) ja kaksi venttiilin asentoa (jälkimmäinen numero). Vastaavasti 4/3-venttiilissä on neljä liitäntää ja kolme venttiilin asentoa. KUVA 26: Esimerkkejä suuntaventtiilien piirrosmerkeistä Piirrosmerkeissä karan asennot ilmaistaan neliöinä, joiden sisällä on virtauskanavien suuntaa kuvaava symboli. Liitäntöjen viereen on usein kirjoitettu tunnus P pumpulta tulevalle kanavalle, T tankkiin palaavalle kanavalle sekä A ja B venttiilinjälkeisille kanaville.

55 Keskiasennon osalta (yleensä karan neutraaliasento) voidaan mm. toteuttaa nesteen kierto takaisin tankille (P T) toimilaitteen ollessa lukittuna. Toinen esimerkki voi olla toimilaitteen vapaa kellunta pumpun jäädessä vapaakierrolle. Suuntaventtiileillä voidaan soveltaa monia ohjaustapoja. Yksinkertainen esimerkki on suora käsivipuohjaus, jota käytetään mm. puutavaranostureissa. Tällöin käyttäjä ohjaa venttiilin toimintaa suoraan lihasvoimalla ja ohjaustapahtumaan saadaan hyvä tuntuma. Tämän vuoksi pienimuotoinen tilavuusvirran säätö on mahdollista käyttäjän hallitessa suoraan karan asentoa. Suuremmilla tilavuusvirroilla ja kehittyneemmissä järjestelmissä venttiilin suoraohjaus käy kuitenkin hankalaksi. Virtausten kasvaessa karan liikuttamiseen vaadittava voima kasvaa, jolloin venttiilin ohjausosan pitäisi olla myös suurempi. Tämä on epäkäytännöllistä, joten isommissa kokoluokissa suuntaventtiilit ovat esiohjattuja. Tällöin käyttäjä ohjaa ainoastaan pienikokoista ohjausventtiiliä, joka vuorostaan ohjaa varsinaista suuntaventtiiliä. Suuntaventtiilit jaetaan kokoluokkiin niiden läpäisykyvyn mukaan. Pienimmät NS 6 - luokan venttiilit toimivat 0-20 l/min virtauksilla, kun NS 25 -luokan venttiili toimii 100-500 l/min virtauksilla ja kykenee enimmillään läpäisemään 700 litraa minuutissa. Raja esiohjauksen käyttämiselle on n. 100 l/min, jonka jälkeen virtausvoimat alkavat kasvaa ja karan siirtäminen käy raskaammaksi. KUVA 27. Suuntaventtiilin eri ohjaustapoja

56 7.3.2 Virtaventtiilit Toimilaitteiden liikenopeus riippuu niille tuotavasta tilavuusvirrasta. Virtaventtiileillä kyetään säätelemään niiden läpi kulkevaa tilavuusvirtaa, ja siten rajoittamaan toimilaitteen nopeus halutulle tasolle. Vastusventtiili Vastusventtiili on yksinkertainen kuristin, joka säätää virtauskanavan poikkipinta-alaa molempiin suuntiin. Usein virtauskanavan säätö tapahtuu venttiilin kartioneulaa säätämällä, jonka etäisyys venttiilin kuristusreunasta määrää virtauskanavan poikkipintaalan. Säätäminen tapahtuu kiertämällä sulkukappaletta, jolloin kuristuksen säätö on portaaton. Kuristimen käytön yhteydessä on huomioitava, että kuristettu toimilaite liikkuu kuormituksen alaisena hitaammin. KUVA 28.

57 Vastusvastaventtiili Vastusvastaventtiili on toimintaperiaatteeltaan kuristin, jossa on lisäksi vastaventtiilitoiminto. Tämä sallii virtauksen kuristamisen pelkästään toiseen suuntaan. Venttiiliä voidaan käyttää mm. toimilaitteen liikenopeuksien suuntakohtaiseen säätöön. KUVA 29.

58 Painekompensoitu 2-tievirransäätöventtiili Painekompensoidulla 2-tievirransäätöventtiilillä vaikutetaan kanavan läpi kulkevaan tilavuusvirtaan, mutta vastusventtiileistä poiketen venttiili pitää virtauksen samana toimilaitteen kuormituksesta riippumatta. Tällöin myös toimilaitteen liikenopeus pysyy lähestulkoon muuttumattomana. KUVA 30. Venttiilin toiminta perustuu kuristimeen ja tätä edeltävään painekompensaattoriin. Painekompensaattorin asema määräytyy kuristimen yli vaikuttavan paine-eron perusteella. Toimilaitteen kuormituksen kasvaessa paine kuristimen jälkeen kasvaa, ja tämä muuttaa kompensaattorin asemaa niin että painetasapaino saavutetaan uudestaan. Kuormituksen laskiessa painekompensaattorin asema palaa takaisin kuormitusta edeltäneeseen paikkaan.

59 Painekompensoitu 3-tievirransäätöventtiili Painekompensoidun 3-tievirransäätöventtiilin toiminta muistuttaa 2-tievirransäätöventtiilin toimintaa painekompensaattorin osalta. Erona kuitenkin on, että kuristimelta ylijäävä öljy ohjataan takaisin tankkiin. Toimilaitteen kuormituksen kasvaessa virtauskanava tankille pienenee painekompensaattorin aseman muuttuessa, ja suurempi määrä öljyä ohjataan kuristimelle. Painekompensoitua 3-tievirransäätöventtiiliä käytetään 2-tievirransäätöventtiilin tapaan sovelluksissa joissa toimilaitteen liikenopeuden halutaan pysyvän vakiona kuormitusvaihteluista riippumatta. KUVA 31.

60 Virtauksenjakoventtiili Virtauksenjakoventtiili mahdollistaa tulevan virtauksen tasaisen jakamisen kahteen kanavaan näiden välisestä paine-erosta riippumatta. Virtauksenjakoventtiilillä voidaan myös yhdistää kaksi virtausta päinvastaiseen suuntaan. KUVA 32. Venttiilin toiminta perustuu kahden ulostulokanavan välillä toimivaan karayhdistelmään, joka alkaa kuristaa matalapaineisemman kanavan virtausta. Tällöin virtausvastus molempiin kanaviin pysyy samana huolimatta esim. kanaviin yhdistettyjen toimilaitteiden kuormituseroista. Tämä mahdollistaa kahden mekaanisesti toisiinsa kytkemättömän toimilaitteen liikenopeuden yhteensovittamisen. Toimilaitteiden lisäksi venttiilillä voidaan myös toteuttaa kaksi erillistä järjestelmää yhdellä pumpulla.

61 7.4 Paineventtiilit Hydraulijärjestelmissä paine määrää toimilaitteelta saatavan voiman tai momentin. Paineventtiileillä voidaan myös ohjata järjestelmän toimintaa mm. toimilaitteiden liikejärjestystä ohjaamalla. Paineventtiilit voidaankin jakaa säätäviin ja ohjaaviin venttiileihin. Säätäviin venttiileihin kuuluvat paineenrajoitusventtiilit ja paineenalennusventtiilit. Ohjaavia venttiileitä puolestaan ovat kevennysventtiilit, vastapaineventtiilit ja paineohjausventtiilit. Paineventtiilien toiminta perustuu sen yli vaikuttavaan paine-eroon. Kun kriittinen arvo ylitetään, venttiili aktivoituu. Tällöin venttiili voi joko avautua tai sulkeutua, riippuen siitä onko kyseessä normaalisti avoin vai normaalisti suljettu venttiili. Suoraohjattu paineenrajoitusventtiili Suoraohjattu paineenrajoitusventtiili rajoittaa järjestelmän maksimipaineen tietylle tasolle. Normaalisti suljettu venttiili aukeaa kun järjestelmän paine nousee liian korkeaksi, ja laskee pumpun tuoton suoraan tankille. Tämä suojaa järjestelmää ylipaineen aiheuttamilta vaurioilta. Paineenrajoitusventtiilin piirrosmerkistä nähdään, että venttiili on normaalisti sulkeutunut, sillä venttiilin läpi kulkeva nuoli ei ole samassa linjassa virtauskanavan kanssa. Lisäksi nähdään, että venttiilin toiminta perustuu säädettävään jousivastukseen. Kun ohjauslinjan kautta vaikuttava paine ylittää jousivoiman, voidaan ajatella että nuoli siirtyy samaan linjaan virtauskanavan kanssa ja venttiili aukeaa. KUVA 33.

62 Kevennysventtiili Kevennysventtiilillä voidaan päästää pumppu vapaakierrolle kun haluttu painetaso on saavutettu. Tällainen tilanne tulee vastaan järjestelmissä, joissa toimilaitteelta halutaan suuri liikenopeus ja voima, mutta järjestelmän käyttövoima on rajoitettu Kevennysventtiilillä kyetään ohjaamaan kahden pumpun tuotto kuormittamattomalle toimilaitteelle, mutta voidaan ohjata toisen pumpun tuotto takaisin tankille kun toimilaitteen kuormitustaso nousee tarpeeksi. KUVA 34. Kuvassa 34 on kuvattu kevennysventtiilin piirrosmerkki, josta ilmenee myös venttiilin toimintaperiaate. Kahdella pumpulla tuotetaan linjoihin A ja B paine, joka ohjataan venttiilin kautta toimilaitteelle. Kun toimilaitteen kuormitus kasvaa, paine kasvaa linjoissa A ja B. Linjasta A otettu ohjauspaine aktivoi tällöin venttiilin 1, ja linjaan B liitetyn pumpun tuotto ohjautuu tankille T. Linjaan A liitetty pumppu on edelleen toiminnassa, ja sen tuottaman tilavuusvirran pääseminen venttiilille 1 on estetty vastaventtiilillä (3). Kun toimilaitteen kuormitus edelleen kasvaa, aktivoituu myös venttiili 2 ja päästää linjaan A kytketyn pumpun tuottaman tilavuusvirran tankille. Venttiili 2 toimii tällöin myös järjestelmän päävaroventtiilinä.

63 Paineenalennusventtiili Paineenalennusventtiilit rajoittavat toimilaitteen käyttöpaineen riippumatta pumpun ja paineenrajoitusventtiilin säätöarvoista. Tällöin tietyn toimilaitteen paine, tai useampien toimilaitteiden paineet, voidaan säätää muuta järjestelmää alemmalle tasolle. KUVA 35. Paineenalennusventtiilin toiminta perustuu siihen että se alkaa kuristaa toimilaitteelle menevää virtausta, mikäli järjestelmän paine nousee venttiilin säätöarvoa korkeammaksi. Tämä puolestaan laskee toimilaitteella vaikuttavaa painetta pitäen sen ennalta säädetyssä arvossa. Mikäli muun järjestelmän paine jatkaa nousuaan, sulkeutuisi venttiili lopulta kokonaan. Luonnollisesti toimilaitteelle vaikuttavan paineen ylläpitäminen vaatii että järjestelmän paine pysyy paineenalennusventtiilille asetettua arvoa korkeampana. Paineenalennusventtiilin käyttösovelluksena voi olla esim. toimilaitteelta saatavan voiman rajoittaminen.

64 Paineojausventtiili Paineohjausventtiilit tunnetaan myös sekvenssiventtiileinä. Niiden tehtävänä on toteuttaa tietty toimilaitteiden toimintajärjestys. Kukin toimilaite tai -ryhmä vaatii oman venttiilinsä. Toimintaperiaatteena on että venttiili aktivoituu kun ohjauslinjan paine ylittää jousen avautumiseen vaaditun paineen. KUVA 36. Latausventtiili Latausventtiiliä käytetään vakiotilavuuspumpulla toimivissa paineakkujärjestelmissä. Latausventtiilin ohjauspaine otetaan paineakun puolelta, ja kun paineakun paine laskee alle halutun arvon, venttiili sulkeutuu ja pumpun tuottama tilavuusvirta suuntautuu säiliön sijaan paineakulle. Kun paineakun haluttu lataus (paine) on saavutettu, ohjauspiirin paine avaa venttiilin ja pumppu siirtyy vapaakierrolle. Latausventtiilin toiminta muistuttaa suoraohjattua paineenrajoitusventtiiliä, mutta tässä tapauksessa ohjauspaine otetaan paineakulta. KUVA 37.

65 Kuormanlaskuventtiili Kuormanlaskuventtiili on luonteeltaan vastapaineventtiili. Nimensä mukaisesti se tuottaa vastapaineen jota hyödynnetään mm. taakkojen hallittuun laskuun. Mikäli esim. sylinterin plus-liike nostaisi taakkaa, riippuisi sylinterin liikenopeus sille tuotavasta tilavuusvirrasta. Kuormaa laskettaessa pyrkisi painovoima kuitenkin puristamaan sylinterin hallitsemattomasti kokoon, ja kuorman lasku muistuttaisi vapaata putoamista. Kuormanlaskuventtiilillä rajoitetaan taakan ajamaa nesteen poistumista toimilaitteelta siten, että liike on laskusuuntaankin hallittavissa. KUVA 38. Kuormanlaskuventtiilin toiminta perustuu sekä paine- että paluulinjojen paineiden valvomiseen. Venttiili ei aukea, mikäli esim. sylinterin toisen kammion paine laskee liian alhaiseksi. Tämä tekee kuorman hallitsemattoman putoamisen mahdottomaksi, sillä molemmissa linjoissa on vallittava tietyn suuruinen paine. Tämä estää toimilaitetta liikkumasta pumpun tuottoa nopeammin. Sen sijaan toiseen suuntaan kuormaa nostettaessa, jolloin kuorma ei pyri "viemään" toimilaitetta, venttiili sallii virtauksen normaalisti sen yhteydessä olevan vastaventtiilitoiminnon kautta.

66 7.5 Järjestelmän ylläpito Hydraulijärjestelmän ylläpitoon kuuluviksi tehtäviksi voidaan luokitella nesteen lämpötilan pitäminen halutulla tasolla lämmönvaihtimien avulla, nesteen suodatus epäpuhtauksien poistamiseksi sekä nesteen varastointi. Tähän komponenttiryhmään voidaan lukea suodattimet, jäähdyttimet sekä nestesäiliöt. Säiliö Säiliön tehtäviin nesteen varastoimisen lisäksi kuuluvat järjestelmän jäähdyttäminen ja epäpuhtauksien erottaminen, sekä komponenttien asennusalustana toimiminen. Säiliön koon tulee vastata avoimessa järjestelmässä komponenttien tilavuusvirtojen eroja. Etenkin paljon suuria sylintereitä sisältävissä järjestelmissä voi järjestelmässä olla huomattavan erilainen määrä nestettä työkierron vaiheesta ja toimilaitteiden asennoista riippuen. Epäpuhtauksien erottelussa säiliö voidaan varustaa väliseinillä ja verkolla, joiden tarkoituksena on estää suurempien partikkeleiden päätyminen imupuolelle. Tämän lisäksi säiliössä nesteen tulisi vaahdota hyvin vähän, ja ilmakuplilla tulisi olla mahdollisuus nousta nesteen pinnalle. Vesi puolestaan vajoaa hydraulinestettä raskaampana säiliön pohjalle, mistä se voidaan laskea pois tarkoitukseen varatun tyhjennysaukon kautta. Lämmönsiirtimet Hydraulinesteen ominaisuuksien, etenkin viskositeetin, riippuessa suuresti nesteen lämpötilasta, pyritään lämpötila pitämään järjestelmissä tietyllä tasolla. Yleisin lämmönsiirrin on jäähdytin joka siirtää nesteeseen varastoitunutta lämpöä ympäristöön. Joissain tapauksissa järjestelmä voidaan varustaa myös lämmittimellä, mikäli toimintaolosuhteet ovat poikkeuksellisen kylmiä.

67 KUVA 39. Suodattimet Suodattimien tehtävänä on järjestelmässä kiertävän hydraulinesteen suodattaminen epäpuhtauksien poistamiseksi. Tehtävä on merkittävä, sillä suuri osa järjestelmien toimintahäiriöistä johtuu likaisesta nesteestä. KUVA 40 Suodattimien toimintaperiaate voidaan jakaa pintasuodatukseen ja syväsuodatukseen. Näillä tarkoitetaan suodattimen tapaa erottaa likapartikkelit nesteestä. Pintasuodatuksesta esimerkkinä käy siivilä, jonka pinnalle tietyn kokoiset partikkelit jäävät. Syväsuodatuksessa neste puolestaan virtaa suodattimen läpi ja partikkelit jäävät suodatinaineksen pinnalle ja sen sisälle. Pintasuodattimet ovat usein puhdistuksen jälkeen uudelleen käytettäviä, mutta niiden suodatusteho on jokseenkin karkea. Syväsuodattimet puolestaan tulee vaihtaa aina tietyn ajan jälkeen, ja niiden suodatuskyky on parempi.

68 Suodattimen rakenne koostuu suodatinpanoksesta, rungosta sekä runkoon mahdollisesti kytketyistä lisälaitteista, kuten ohivirtausventtiileistä tai tukkeumanilmaisimista. Suodatus tapahtuu suodatinpatruunassa joka on sijoitettu sitä suojaavaan runkoon. Runko toimii siis suodattimen suojuksena, lisälaitteiden kiinnitysalustana sekä suodattimen yhdistäjänä järjestelmään. Tämän vuoksi rungon on kestettävä järjestelmän paine sen sijoituskohdassa, mikä luonnollisesti koskee myös suodattimen muita komponentteja. Suodattimen paineenkeston lisäksi suodattimista on hyvä tietää niiden suodatussuhde. Tällä tarkoitetaan tiettyä kokoa olevien hiukkasten määrää nesteessä ennen ja jälkeen suodatuksen. Suodattimet voidaan tehtävänsä mukaan työ- ja suojasuodattimiin. Työsuodattimien tehtävänä on suodattaa järjestelmän neste, kun taas suojasuodattimet suojaavat vain tiettyä komponenttia tai järjestelmän osaa. Esimerkkinä suojasuodattimesta on pumpun imusuodatin, joka kavitaatiovaaran vuoksi vastustaa sen läpi kulkevaa virtausta mahdollisimman vähän, ja kykenee siten erottelemaan vain karkeita epäpuhtauksia. Varsinainen työsuodatin sijaitsee varsinkin suuremmissa järjestelmissä omassa sivuvirtasuodatuspiirissään, joka toimii erillään varsinaisesta hydraulipiiristä. Etuna tällaisessa järjestelyssä on, että suodattimelle kulkee jatkuvasti tasainen nestevirta. Toinen paikka työsuodattimelle voi olla järjestelmän paluulinjassa, jossa se suodattaa kaiken säiliölle palaavan nesteen.

KUVA 41. Suodatinten sijoitusvaihtoehtoja 69

70 8 TYÖN TULOKSET Työn toteutus Hankkeen perustana oli tavoite toteuttaa uudenlainen koulutusmateriaalikokonaisuus, joka palvelisi yrityksen koulutuskäytössä, mutta myös tuotteita ja niiden ominaisuuksia käsittelevänä tietopankkina. Toteuttaminen alkoi rajaamalla ensivaiheen toteutus koskemaan yrityksen pääasiallisia tuoteryhmiä. Tämän jälkeen alkoi materiaalin kerääminen kyseisistä tuotteista, sekä materiaalin rajaaminen ja siirtäminen digitaaliseen muotoon. Ennen tätä materiaalille luotiin kuitenkin yrityksen muuta, jo olemassa olevaa materiaalia mukaileva visuaalinen ilme, sekä yhdenmukainen asettelutapa jota tultaisiin noudattamaan kaikissa osaesityksissä joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta. Tämän lisäksi materiaalin kehitystä ja kokoamista ohjaamaan luotiin suuntaa-antavat osaamismääritteet, sekä koulutussuunnitelma. Pääosa materiaalin laatimisen periaatteista tehtiin kuitenkin materiaalia käyttävien henkilöiden palautteen pohjalta, sillä heillä oli vankka kokemus koulutustehtävistä, ja selkeä toive siitä, millaista materiaalia tarvittaisiin. Työn ajallisesti pitkäkestoisin osa oli materiaalin sovittaminen digitaaliseen muotoon. Lisäksi materiaalin tarkastus ennen käyttöönottoa oli aikaa vievä prosessi, kuten myös puutteiden korjaaminen ja näiden uudelleen tarkastaminen.

71 8.1 Koulutussuunnitelma Koulutusmateriaalin laatimisen tueksi laadittiin suuntaa-antava koulutussuunnitelma. Suunnitelman avulla pyrittiin määrittelemään kenelle materiaalia esitetään, mitä asioita materiaali sisältää, ja miten koulutustilaisuus järjestetään. Suunnitelma siis määritteli materiaalin kokoamista ohjaavat tavoitteet. Koulutusmateriaalin hyödyntämiskohteiksi katsotaan ensimmäisenä yrityksen ketjuedustajien koulutus. Toinen käyttömahdollisuus on yrityksen oman henkilöstön koulutus, ja kolmantena mahdollisten ulkoisten sidosryhmien koulutus. Koulutustilaisuuksien toteutus ja järjestäminen aiotaan pitää yrityksessä ennallaan, sillä järjestelmä on toimiva, eikä prosessin muuttamisella saavutettaisi mitään käytännön etuja. Koulutustapahtumalle varataan osallistuvan henkilömäärän mukainen tila välineineen, ja varsinaisesta koulutustapahtumasta vastaa yritystä edustava asiantunteva henkilö, jonka tehtävänä on koulutusmateriaalin esittäminen. Koulutusmateriaali palvelee myös yrityksen tuotetietovarastona, johon voidaan tulevaisuudessa kerätä lisää tietoa tuotteiden ominaisuuksista. Erona varsinaisiin tuotteiden teknisistä ominaisuuksista kertoviin dokumentteihin on, että koulutusmateriaali pyrkii esittämään tuotteiden ominaisuuksia käytännön kannalta mm. antamalla esimerkkejä tuotekohtaisista sovelluksista. Koulutusmateriaalin pyrittäisiin siten sisällyttämään kuhunkin komponenttiryhmään erikoistuneen asiantuntijan kokemukseen perustuvia tietoja, joiden hahmottaminen muutoin olisi vaikeaa, aikaa vievää tai mahdotonta. Toisin sanoen koulutusmateriaali pyrkii keräämään myös yritykseen varastoitunutta hiljaista tietoa konkreettiseksi ja helpommin jaettavaksi materiaaliksi. Koulutusmateriaalin kehittämisestä ja ylläpitämisestä tulevat vastaavaan siinä kerrotuista asioista perillä olevat henkilöt. Materiaalin jakamisen osalta se asetetaan yrityksen sisäisessä verkossa henkilöstön saataville, mutta sitä ei tulla jakamaan vapaasti ulkopuolisten henkilöiden kanssa muuten kuin kouluttajan esittämänä.

72 8.2 Osaamismääritteet Osaamismääritteiden laatimisen tarkoituksena oli ohjata kehitettävän materiaalin sisältöä ja määritellä tavoite johon koulutuksella, ja siten materiaalin sisällöllä pyrittäisiin. Tavoitteena oli keskittyä ensisijaisen kohderyhmän, eli ketjuyrittäjien koulutustarpeisiin vastaamiseen. Yrittäjien yhtenä pääasiallisena tehtävänä on komponenttien myyminen ja tämän luonnollisena osana asiantunteva palvelu. Tavoitteena oli siten nimetä ne hydraulitekniikkaan liittyvät tekijät, joiden hallitseminen mahdollistaisi asiantuntevan palvelun. Valitut osaamismääritteet 1. komponentin tunnistaminen ja sen käyttötarkoituksen ymmärtäminen 2. komponentin toimintaperiaatteen ymmärtäminen 3. komponentin toimintaan vaikuttavien seikkojen ymmärtäminen 4. komponentin asennukseen, käyttöön ja turvallisuuteen liittyvien asioiden ymmärtäminen Tässä yhteydessä numeroinnilla ei kuvata mainittujen tekijöiden tärkeysjärjestystä, vaan tasoja jotka henkilö saavuttaa komponenttiin liittyvän tietämyksen osalta. Ensimmäinen taso on luonnollisesti komponentin tunnistaminen. Tämän jälkeen voidaan ymmärtää komponentin toimintaa, ja sen jälkeen edelleen toiminnan taustalla vaikuttavia yhteyksiä. Tämä johtaa nopeaan ja varmaan toimintaan asiakaspalvelutilanteessa, sekä toimivien ratkaisumallien löytämiseen. Tämä puolestaan johtaa asiakkaan saaman lisäarvon kasvamiseen ja siten yrityksen kilpailukyvyn paranemiseen.

73 8.3 Koulutusmateriaali Materiaalin toteutus ja sisältö Materiaali jaettiin hakemistoihin komponenttiryhmien mukaan kuvan 42 osoittamalla tavalla. KUVIO 2. koulutusmateriaalin hakemistorakenne Kukin pääkomponenttiryhmä on erotettu omaksi kokonaisuudekseen, jonka alle jokainen (yrityksen valikoimista löytyvä) ryhmään kuuluva komponentti saa oman tiedostonsa. Materiaali koostuukin yksittäisistä, komponenttikohtaisista tiedostoista, jotka voidaan esitystilanteessa valita hieman kuvaa n muistuttavasta valikosta sen mukaan, mitä komponenttia tai komponenttiryhmää halutaan käsitellä. Tämänkaltainen rakenne sallii myös uusien komponenttien ja -ryhmien lisäämisen materiaalipakettiin.

74 Esityskohtainen rakenne Kukin komponenttikohtainen esitys noudattaa kuvan n mukaista kaavaa. Poikkeuksen muodostavat tiettyjä komponenttiryhmiä kokonaisuutena esittelevät yleisluontoiset esitykset, jollainen tehtiin mm. pumppujen ominaisuuksista. Yleisilmeeltään materiaali pyrittiin pitämään ilmavana ja visuaalisesti selkeänä. Tekstin määrä pyrittiin pitämään pienenä ja rakenne helppolukuisena. Lisäksi ilmettä pyrittiin elävöittämään liittämällä kuhunkin diaan aiheeseen liittyvää ja havainnollistavaa kuvamateriaalia komponenteista, piirrosmerkeistä, kaavioista sekä todellisista järjestelmistä ja niiden sovelluksista. Diakohtaisesti esityksissä pyrittiin noudattamaan selkeää asettelua, jossa tekstille oli rajattu tila dian oikealta puolelta. Tästä kuitenkin poikettiin tapauksissa, joissa komponentin tai kaavion esittäminen oli selkeämpää vaakatasoon asetetulla kuvalla. Materiaalin yksinkertaistamiseksi ja seuraamisen helpottamiseksi diakohtainen tekstimäärä pyrittiin pitämään kahdessa lauseessa. Tällöin yleisö kykenisi omaksumaan kussakin diassa esitetyt asiat kouluttajan haluamassa tahdissa, eikä asia katoasi liialliseen tekstimäärään. KUVIO 3. esityksen rakenne

75 Tehtävä Esityksen tehtävä -osiossa komponentti nimetään ja sen tehtävä hydraulijärjestelmässä kuvaillaan lyhyesti. Tämän lisäksi komponentin piirrosmerkki ja valokuva esitetään samassa osiossa tunnistamisen helpottamiseksi. Tarkoituksena on, että yleisö saa välittömästi käsityksen komponentin käytännön merkityksestä, jolloin toimintaperiaatteen ja rakenteen esittäminen saavat selkeän pohjan. Kuva 44 antaa esimerkin tehtävä -osion ulkonäöstä. On kuitenkin huomioitava ettei kuva täysin vastaa projektin tuloksena laadittua varsinaista koulutusmateriaalia. Varsinaisen koulutusmateriaalin sisältö vastaa kuitenkin esimerkkikuvissa esitettyä. KUVA 42. esimerkki koulutusmateriaalin ulkonäöstä

76 Toimintaperiaate ja rakenne Osiossa esitellään yleisluontoisesti komponentin rakenne ja toimintaperiaate sekä toimintaperiaatteen taustalla vaikuttavat ilmiöt. Tässäkin kohtaa pyritään kuitenkin käytännönläheisyyteen, eikä esim. venttiilien sisällä vaikuttavia virtausilmiöitä käsitellä, elleivät ne vaikuta venttiilin toimintaan jollain selkeästi havaittavalla tavalla. Tälle vaiheelle tunnusomaista on komponentin leikkauskuvan esittäminen, sekä komponentin sisällä tapahtuvien virtausten ja paine-erojen kuvaaminen. Tavoitteena on että opiskelija kykenee muodostamaan käsityksen komponentin todellisesta toiminnasta osana järjestelmää. Tällöin hän kykenee ymmärtämään esim. mitä paine-eron muutos komponentin yli aiheuttaa sen toiminnassa, ja miten komponentin mahdollisesti viallinen toiminta ilmenee käytännössä. Usein toimintaperiaatteen yhteydessä esitettiin myös yksinkertaistettu kaavioesimerkki venttiilin toimintaan ja sijoitukseen liittyen. KUVA 43. virtauksenjakoventtiilin rakennetta havainnollistava leikkauskuva

77 Esimerkkinä voidaan kuvata virtauksenjakoventtiilin toiminta hydraulipiirissä. Osiossa esitetään kuvasarja, joka kuvaa venttiilin käytöstä kun kanavien U1 ja U2 paineet vaihtelevat. Tällöin virtaus pyrkisi kanavaan jossa sitä vastustava paine on matalampi, mutta venttiilin kararakenne alkaa kuristaa matalamman virtausvastuksen kanavaa, jolloin tilavuusvirran ero kanavien välillä ei pääse kasvamaan. Kuvissa 44 ja 45 näkyy, miten paineen laskeminen kanavassa U1 aiheuttaa karayhdistelmän siirtymän, sekä siirtymän vaikutukset paineeseen. KUVA 44. paine-erojen kuvaus virtauksenjakoventtiilin sisällä KUVA 45. karojen siirtymä ja paine-erojen muutos venttiilin toiminnan aikana

78 Ominaisuudet Tässä osiossa kerrotaan komponentin teknisistä ominaisuuksista, kuten kokoluokista, näiden kapasiteettieroista sekä rajoituksista. Osion tarkoituksena on tuoda ilmi tärkeimmät komponentin valintaan ja mitoitukseen vaikuttavat seikat. Ominaisuuksissa pyritään pitäytymään käytännönläheisissä asioissa, mutta tarvittaessa voidaan olennaisia mitoituskäyriä ja -taulukoita esittää kouluttajan selittämänä. KUVA 46. esimerkki ominaisuudet -osiossa esitetystä informaatiosta

79 Käyttökohteet Käyttökohteet -osiossa esitettiin erilaisia hydraulijärjestelmien sovelluksia, missä kyseisen komponentin toiminta oli olennaisessa osassa. Tavoitteena on, että yleisö saisi selkeän ja käytännöllisen käsityksen komponentin käyttömahdollisuuksista todellisissa järjestelmissä ja komponenttien toiminnan merkityksestä. Esimerkkien yhteydessä pyritään esittämään sovellukseen liittyvä kuvaesimerkki, sekä lyhyt sanallinen kuvaus siitä millaisen ominaisuuden komponentin käyttö tuo järjestelmään. Esimerkkikuvassa esitetään kuormanlaskuventtiilin toimintaperiaate lyhyesti, listataan joitakin sovellusesimerkkejä ja näihin liittyvää kuvamateriaalia. KUVA 47. esimerkki kuormanlaskuventtiilin käyttökohteet -sivusta

80 Tuotteet ja tekniset tiedot Esityksen loppuun liitettiin lista yrityksen tuotteista kyseisessä komponenttiryhmässä. Tuotteet jaoteltiin asennustavan ja valmistajan mukaisiin ryhmiin, ja jokaisesta tuotteesta luotiin linkki erilliseen tuote-esitteeseen, josta käyvät ilmi kyseisen komponentin tarkat tekniset tiedot. Ratkaisu mahdollistaa komponenttikohtaisen esityksen pitämisen linkityksen kautta käsittelemään komponenttikohtaisesti yksityiskohtaisiakin teknisiä tietoja. Lisäksi komponenttikohtainen tuoteluettelo mahdollistaa uusien tuotteiden ja tuotemerkkien lisäämisen tulevaisuudessa. KUVA 48. esimerkki komponenttikohtaisesta tuoteluettelosta

81 9 POHDINTA Modernin liiketoiminnan yhtenä perustana on varsinaisen tuotteen lisäksi asiakkaan ja käyttäjän tukeminen tuotteen käytössä, usein koko tuotteen elinkaaren ajan. Tämä muuttuu yhä tärkeämmäksi kun tuotteen hinta, käyttöikä ja monimutkaisuus kasvavat. Avainasemassa on osaava henkilöstö, joka toimii vuorovaikutuspinnassa asiakkaan ja yrityksen välillä, ja kykenee tarjoamaan nopeita ja tehokkaita ratkaisuja asiakkaan kohtaamiin ongelmiin. Tämä edellyttää henkilöstöltä hyvää tuotetuntemusta, ja osaamistason nostaminen on hyvä keino parantaa tuotteen lopullisen käyttäjän saamaa vastinetta investoinnilleen. Tässä tapauksessa tuotetuntemusta lähdettiin nostamaan kehittämällä uusi, digitaaliseen esitystekniikkaan pohjautuva materiaalikokonaisuus, jonka yhtenä päätavoitteena oli kokemuksen kautta kertyneen asiantuntijatiedon siirtäminen ja jakaminen. Hankkeen tuloksena syntyi noin 800 sivua komponentteihin ja niiden toimintaan liittyvää materiaalia. Suurimpana haasteena oli hydraulitekniikkaan liittyvä suuri tietomäärä, jonka rajaaminen koulutusmateriaalin tarkoitusta ja käyttötapaa silmälläpitäen oli hyvin vaikeaa. Kuhunkin komponenttiin liittyy huomattava määrä toiminnan kannalta olennaista tietoa, jonka suhteen on kuitenkin tehtävä tiettyjä rajauksia, mikäli materiaali halutaan pitää helposti omaksuttavana. Oman haasteensa muodosti myös laajan materiaalin pilkkominen dioihin sopiviksi palasiksi, sekä näiden uudelleensovittaminen eheäksi kokonaisuudeksi. Tässä vaiheessa materiaali kattaa Specma Oy:n pääasialliset tuoteryhmät, ja materiaalia tullaan jatkossa edelleen lisäämään ja kehittämään. Materiaali on myös asetettu yrityksen sisäiseen verkkoon henkilöstön saataville, ja se on valmis ensimmäisiin varsinaisiin koulutuskäyttöihin. Materiaali ei kuitenkaan ole kokonaisuutena valmis, vaan sen kehittäminen vaatii laajentamisen lisäksi myös sisällön aktiivista parantamista, missä käyttäjiltä saatava palaute on avainasemassa.

82 Materiaalin laatiminen on ollut haastava tehtävä, ja kiitettävällä tavalla toimivan lopputuloksen saavuttaminen vaatii tekijöiltä aikaa, panostusta ja asiantuntemusta. Haasteen vastapainona on kuitenkin lopputuloksen palkitsevuus, minkä lisäksi työ on tarjonnut hyvän tilaisuuden tutustua hydraulitekniikkaan ja alan liiketoimintaan. Työn aikana on käynyt myös selväksi, että alasta riippumatta, siihen liittyvän tietomäärän hallitseminen on suoraan verrannollinen yksilön kykyyn suoriutua työtehtävistään. Osaamisen kehittämistä ei voida siten pitää vain yrityksen intressinä, vaan sen tulisi olla myös yksi kunkin ammattilaisen perusarvoista.

83 LÄHTEET kirjallisuus Exner, H & Freitag, R, & Geis, H, & Lang, R, & Oppolzer, P, & Schwab, P, & Sumpf, E, & Ostendorf, U, & Reik, M. 1997. Hydraulitekniikan perusteet ja komponentit osa 1. Lohr am Main: Mannesmann Rexroth AG Kauranne, H & Kajaste, J & Vilenius, M. 2008. Hydraulitekniikka. Helsinki: WSOY Manring, N. 2005. Hydraulic control systems. USA: Wiley&Sons Viitala, R. 2005. Johda osaamista! Osaamisen johtaminen teoriasta käytäntöön. Keuruu: Otava Hannula, M. 2004. Liiketoimintatiedon hallinta - tietoa vai osaamista? Teoksessa Juuti, P.(toim.) Suomalainen yritys - henkilöstön tärkein voimavara. Keuruu: Otava www-sivustot Specma Oy - historia ja liiketoiminta-alueet. 2012. Luettu 10.3.2012 www.specmahydraulic.se/finnish/index.aspx Hawe M60N aksiaalimäntämoottori. 2012. Luettu 14.4.2012 http://www.hawe.de/fileadmin/content/typeman/catalog/pdf/7/9/d7960m-en.pdf Vinolevytyyppinen aksiaalimäntäpumppu Atos pvpc. 2012. Luettu 12.4.2012 http://www.atos.com/english/technical_tables/english/a160.pdf Komatsu 911.5 harvesteri. 2012. Luettu 5.4.2012 http://www.komatsuforest.fi/default.aspx?id=13724