3a_Drone Technology 2 - Aandrijvingssystemen.pdf

# Overzicht van aandrijvingssystemen in mobiele robotica Dit onderwerp biedt een gedetailleerd overzicht van de diverse aandrijvingssystemen die gebruikt worden in mobiele robotica, inclusief hun mechanische en elektrische eigenschappen, evenals hun respectievelijke voor- en nadelen. ### 1.1 Belang van aandrijving in mobiele robotica Het aandrijvingssysteem is cruciaal voor mobiele robots en bepaalt in grote mate hun functionaliteit en prestaties. De belangrijkste aspecten die door het aandrijvingssysteem worden beïnvloed zijn [4](#page=4): * **Energieverbruik en efficiëntie**: Hoe zuinig de robot omgaat met energie [4](#page=4). * **Snelheid en wendbaarheid**: Hoe snel en flexibel de robot kan bewegen [4](#page=4). * **Geschiktheid voor de omgeving**: Of het systeem bestand is tegen specifieke omstandigheden [4](#page=4). * **Autonomie en levensduur**: Hoe lang een robot operationeel kan blijven zonder bijvullen of opladen [4](#page=4). ### 1.2 Typen aandrijfsystemen en hun eigenschappen Er zijn verschillende categorieën aandrijfsystemen, elk met specifieke energiedragers, omzettingen en kenmerken. De belangrijkste zijn mechanisch, elektrisch, pneumatisch en hydraulisch [3](#page=3). #### 1.2.1 Mechanisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Assen, riemen, kettingen, stangen [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Geen directe omzetting nodig, aangezien de dragers zelf de mechanische componenten zijn [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Kracht ($F$), Snelheid ($v$), Koppel ($M$) [3](#page=3). * **Nauwkeurigheid bij positioneren**: Zeer goed [3](#page=3). * **Rendement**: Goed [3](#page=3). * **Sturing**: Complex, vaak met een nokkenautomaat [3](#page=3). * **Kostprijs**: Redelijk duur [3](#page=3). #### 1.2.2 Elektrisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Elektronen [3](#page=3). * **Typische energiebronnen**: Batterij, brandstofcel [7](#page=7). * **Omzetting naar mechanische energie**: Generator, elektrische motor, elektromagneten [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Spanning ($U$), Stroom ($I$) [3](#page=3). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 80–90% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Middel (150–250 Wh/kg) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Zeer goed, direct beschikbaar [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Uitstekend, nauwkeurig regelbaar [5](#page=5). * **Autonomie**: Beperkt (1–6 uur) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Laag [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Stil, emissievrij [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Binnen en buiten, matig bestand tegen vocht [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–10 jaar (batterijvervanging) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Logistiek, service-robots, lichte veldrobots [5](#page=5). * **Belangrijk nadeel**: Beperkte autonomie [7](#page=7). #### 1.2.3 Pneumatisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Lucht [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Compressor, motor, cilinder [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Druk ($p$), Debiet ($Q$) [3](#page=3). * **Rendement**: Minder goed (door 2x omzetting) [3](#page=3). * **Sturing**: Minder goed voor grote druk ($P$), Zeer goed voor kleine druk ($P$) [3](#page=3). * **Kostprijs**: Redelijk duur [3](#page=3). * **Belangrijk nadeel**: Lage kracht, inefficiënt [7](#page=7). #### 1.2.4 Hydraulisch aandrijfsysteem * **Energiedrager**: Olie [3](#page=3). * **Omzetting naar mechanische energie**: Pomp, motor, cilinder [3](#page=3). * **Kenmerkende grootte**: Druk ($p$), Debiet ($Q$) [3](#page=3). * **Rendement**: Minder goed (door 2x omzetting) [3](#page=3). * **Sturing**: Zeer goed (combinatie met elektronica) [3](#page=3). * **Kostprijs**: Duur: Afwerking, leidingnet [3](#page=3). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 10–20% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer hoog (afhankelijk van brandstof) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Hoog koppel, lage precisie [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Goed voor grove bewegingen, minder precies [5](#page=5). * **Autonomie**: Lang (afhankelijk van tank en druk) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Zeer hoog [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Luid, risico op lekkage [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Zware, natte en stoffige omgevingen [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–8 jaar (druk- en olieslijtage) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Bouw, redding, zware terreinrobots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Zeer hoge kracht, robuust [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Lage efficiëntie, lekkages [7](#page=7). #### 1.2.5 Solar aandrijfsysteem * **Typische energiebronnen**: Zonlicht (indirect elektrisch) [7](#page=7). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 10–25% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer laag [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Zwak, traag [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Beperkt [5](#page=5). * **Autonomie**: Onbeperkt bij zonlicht [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Laag [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Stil, emissievrij [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Alleen buiten, zonlicht vereist [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: >10 jaar (weinig slijtage) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Wetenschappelijke of agrarische robots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Duurzaam, gratis energie [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Lage vermogensdichtheid [7](#page=7). #### 1.2.6 Verbrandingsmotor aandrijfsysteem (vaak in combinatie met hydraulisch) * **Typische energiebronnen**: Benzine, diesel [7](#page=7). * **Energie-efficiëntie (totaal)**: 25–35% [5](#page=5). * **Energiedichtheid**: Zeer hoog (12.000–13.000 Wh/kg) [5](#page=5). * **Koppel & vermogensrespons**: Hoog, met vertraging [5](#page=5). * **Wendbaarheid & controle**: Matig [5](#page=5). * **Autonomie**: Lang (6–24 uur) [5](#page=5). * **Onderhoudsbehoefte**: Hoog [5](#page=5). * **Geluid & emissie**: Luid, CO₂- en NOₓ-uitstoot [5](#page=5). * **Omgevingsgeschiktheid**: Buiten, ruwe omgevingen [5](#page=5). * **Levensduur systeem**: 5–10 jaar (onderhoudsgevoelig) [5](#page=5). * **Toepassingsdomeinen**: Landbouw, terrein- en militaire robots [5](#page=5). * **Kenmerkend voordeel**: Grote autonomie [7](#page=7). * **Belangrijk nadeel**: Emissies, onderhoud [7](#page=7). #### 1.2.7 Hybride aandrijfsystemen * **Energiebronnen**: Combinatie/hybride. Dit kan een combinatie zijn van bijvoorbeeld een verbrandingsmotor met een elektrisch of hydraulisch systeem [8](#page=8). * **Sterke punten**: Een hybride systeem kan de sterke punten van verschillende systemen combineren, zoals de hoge energiedichtheid van een verbrandingsmotor met de precisie en efficiëntie van een elektrisch systeem [5](#page=5). ### 1.3 Beschrijvende parameters voor aandrijfsystemen Om aandrijfsystemen te evalueren en te vergelijken, worden diverse parameters gebruikt [6](#page=6). #### 1.3.1 Energie & efficiëntie * **Energieverbruik per km**: Gemeten in Wh/km of L/km, geeft aan hoe zuinig het systeem is [6](#page=6). * **Energie-efficiëntie**: Uitgedrukt in %, geeft aan hoeveel van de verbruikte energie nuttig wordt gebruikt [6](#page=6). #### 1.3.2 Prestaties * **Max. snelheid**: Gemeten in km/u, bepalend voor dynamische prestaties [6](#page=6). * **Koppel / trekkracht**: Gemeten in Nm, essentieel voor versnellen of duwen [6](#page=6). #### 1.3.3 Wendbaarheid & controle * **Responsietijd aandrijving**: Gemeten in seconden, toont de reactiesnelheid op stuurcommando's [6](#page=6). * **Precisie in snelheidsregeling**: Uitgedrukt als % afwijking, indicatief voor controleerbaarheid [6](#page=6). #### 1.3.4 Autonomie & duurzaamheid * **Operationele duur**: Gemeten in uren, geeft aan hoe lang de robot actief blijft [6](#page=6). * **Levensduur energiebron**: Gemeten in cycli of jaren, duidt op duurzaamheid [6](#page=6). #### 1.3.5 Omgeving & onderhoud * **Geschiktheid terrein**: Beoordeeld met een score van 1–5, toont aan hoe goed het systeem zich aanpast aan het terrein [6](#page=6). * **Onderhoudsfrequentie**: Gemeten in uren per onderhoudsbeurt, gerelateerd aan betrouwbaarheid [6](#page=6). * **Emissies / lawaai**: Gemeten in g CO₂/km of dB, geeft de milieubelasting en het gebruikscomfort aan [6](#page=6). ### 1.4 Keuze van het aandrijfsysteem De keuze voor een specifiek aandrijvingssysteem is afhankelijk van de specifieke toepassing en de vereiste vermogensvraag. Elk systeem heeft zijn eigen optimale toepassingsdomein, variërend van logistiek en service-robots tot zware terreinrobots en bouwwerkzaamheden [5](#page=5). > **Tip**: Bij de evaluatie van aandrijfsystemen is het belangrijk om niet alleen naar de directe kosten te kijken, maar ook naar de operationele kosten, onderhoudsbehoefte, levensduur en de impact op de totale efficiëntie van de robot. > **Voorbeeld**: Voor een autonome binnenhuisleveringsrobot is een elektrisch aandrijfsysteem met batterijen waarschijnlijk de beste keuze vanwege de stille werking, emissievrij karakter en nauwkeurige controle. Voor een zware robot die in ruwe buitenomstandigheden moet opereren, kan een hydraulisch systeem, eventueel aangedreven door een verbrandingsmotor, geschikter zijn vanwege de hoge krachtcapaciteit en robuustheid. --- # Batterijen als energiebron voor mobiele robots Batterijen vormen de ruggengraat van de autonomie van mobiele robots, waarbij de keuze van het batterijtype cruciaal is voor prestaties, duur en veiligheid. Dit deel behandelt de verschillende batterijtypes, hun karakteristieken zoals energiedichtheid en vermogensdichtheid, de inherente risico's en de benodigde veiligheidsmaatregelen, evenals hun specifieke toepassingen in de wereld van mobiele robotica [10](#page=10) [18](#page=18). ### 2.1 Energiedichtheid en vermogensdichtheid Het efficiënt opslaan en leveren van energie is fundamenteel voor mobiele robots. Twee sleutelparameters die dit beschrijven zijn energiedichtheid en vermogensdichtheid [11](#page=11). #### 2.1.1 Energiedichtheid * **Definitie:** De hoeveelheid energie die een batterij kan bevatten per eenheid massa of volume [11](#page=11). * **Eenheden:** * Per massa: Wattuur per kilogram (Wh/kg) [11](#page=11). * Per volume: Wattuur per liter (Wh/L) [11](#page=11). * **Betekenis:** Dit geeft aan hoe lang een robot kan opereren met een gegeven batterijcapaciteit, zonder dat de robot te zwaar wordt. Een hogere energiedichtheid betekent een langere autonomie voor hetzelfde gewicht of volume [11](#page=11). * **Voorbeeld:** Een Li-ion batterij met 200 Wh/kg kan theoretisch 200 Wh leveren per kilogram. Ter vergelijking, benzine heeft een veel hogere energiedichtheid (~12.000 Wh/kg) maar is minder praktisch voor kleine elektrische robots [11](#page=11). #### 2.1.2 Vermogensdichtheid * **Definitie:** De hoeveelheid energie die een batterij per tijdseenheid kan afgeven, gemeten per eenheid massa of volume [12](#page=12). * **Eenheid:** Watt per kilogram (W/kg) of Watt per liter (W/L) [12](#page=12). * **Betekenis:** Dit bepaalt hoe snel een robot energie kan leveren aan zijn actuatoren, wat essentieel is voor acceleratie, het beklimmen van hellingen of het verplaatsen van zware lasten [12](#page=12). * **Relatie met Energiedichtheid:** Een hoge energiedichtheid impliceert niet automatisch een hoge vermogensdichtheid. Sommige batterijen slaan veel energie op, maar kunnen deze slechts langzaam afgeven [12](#page=12). * **Voorbeeld:** Een Li-ion batterij met 200 Wh/kg en 300 W/kg kan korte pieken leveren, terwijl een LiPo batterij met dezelfde energiedichtheid maar 600 W/kg veel sneller energie kan leveren, wat ideaal is voor drones of snelle robots [12](#page=12). ### 2.2 Overzicht van Batterijtypes voor Mobiele Robots Verschillende batterijtechnologieën worden gebruikt in mobiele robots, elk met specifieke eigenschappen, voordelen en nadelen [10](#page=10). #### 2.2.1 Lithium-ion (Li-ion) Batterijen * **Typen en Samenstellingen:** Variëren van LiCoO₂, LiNiMnCoO₂ tot LiFePO₄ en Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) [10](#page=10). * **Algemene Kenmerken:** * Hoge energiedichtheid (150–250 Wh/kg voor standaard Li-ion, 90–140 Wh/kg voor LiFePO₄) [10](#page=10). * Relatief hoge vermogensdichtheid (250–340 W/kg voor standaard Li-ion, 200–400 W/kg voor LiFePO₄) [10](#page=10). * Levensduur varieert sterk, van 800–1500 cycli voor standaard Li-ion tot 2000–4000 cycli voor LiFePO₄ en zelfs 5000–10.000 cycli voor LTO [10](#page=10). * **Specifieke Li-ion Varianten:** * **Li-ion (standaard, bijv. NMC, NCA):** Ideaal voor service-, AGV- en veldrobots. Kenmerkend is een hoog risico op thermische runaway, wat een Battery Management System (BMS) en temperatuurbewaking noodzakelijk maakt [10](#page=10) [13](#page=13). * **LiFePO₄ (LFP):** Bekend om zijn veiligheid en lange levensduur (2000–4000 cycli). Lager energiedichtheid maar stabiele prestaties en lage kans op oververhitting. Geschikt voor industriële robots, landbouwrobots en veiligheidsrobots. Minder risico op thermische runaway vergeleken met andere Li-ion types [10](#page=10) [13](#page=13) [18](#page=18). * **LTO (Lithium-titanaat):** Uitstekende vermogensdichtheid (1000–3000 W/kg) en extreem lange levensduur (5000–10.000 cycli). Ideaal voor robots die zeer snel moeten laden, zoals in logistiek en openbaar vervoer. Relatief veilig chemisch systeem [10](#page=10) [13](#page=13). * **NMC (Lithium-nikkel-mangaan-kobalt):** 180–250 Wh/kg, 200–300 W/kg, 1000–2000 cycli. Veel gebruikt in drones, lichte robots en autonome voertuigen [10](#page=10). * **LiPo (Lithium-polymeer):** Een flexibele variant van Li-ion met hoge energiedichtheid (150–250 Wh/kg) en goede vermogensdichtheid (300–600 W/kg). Populair voor drones en kleine mobiele robots vanwege gewichtsbesparing. Zeer gevoelig voor mechanische schade en brandgevaar bij doorboring of overladen [10](#page=10) [13](#page=13). * **Specifieke Li-ion Kenmerken:** Geen geheugeneffect, hogere energiewaarde en lager gewicht dan NiMH, maar hogere kostprijs en vereisen gecontroleerd laden [30](#page=30). #### 2.2.2 Nikkel-metaalhydride (NiMH) Batterijen * **Kenmerken:** * Energiedichtheid: 60–120 Wh/kg [10](#page=10). * Vermogensdichtheid: 150–250 W/kg [10](#page=10). * Levensduur: 500–1000 cycli [10](#page=10). * **Toepassingen:** Vaak gebruikt in kleine educatieve of goedkopere robots [10](#page=10). * **Veiligheid:** Over het algemeen veiliger en goedkoper dan lithium-gebaseerde opties, maar zwaarder en met lagere energiedichtheid. Kans op lekkage van elektrolyt bij slecht onderhoud [15](#page=15) [19](#page=19). #### 2.2.3 Loodzuur Batterijen * **Kenmerken:** * Energiedichtheid: 30–50 Wh/kg [17](#page=17). * Vermogensdichtheid: 180–300 W/kg [17](#page=17). * Levensduur: 200–500 cycli [17](#page=17). * **Toepassingen:** Voornamelijk gebruikt in grotere, zware robots waar gewicht minder een probleem is, zoals bepaalde vorkheftrucks. Ook gebruikt voor auto's, UPS en noodstroom [17](#page=17) [19](#page=19). * **Nadelen:** Erg zwaar en hebben een lage energiedichtheid. Gevoelig voor sulfatering als ze diep worden ontladen; de lading moet idealiter tussen 80% en 100% blijven (State of Charge - SoC). Risico op zuur lek en explosie bij gasvorming [17](#page=17) [19](#page=19) [24](#page=24). * **Types:** * **Startbatterijen:** Ontworpen voor zeer korte perioden van hoge stroomafgifte, moeten snel bijgeladen worden [24](#page=24). * **Tractiebatterijen:** Gebouwd voor diepe ontlading/herlading over vele cycli, minder geschikt voor hoge startstromen [25](#page=25). * **Stationaire batterijen:** Gebruikt als back-up voor industriële installaties [26](#page=26). * **Natte accu's:** Met vloeibaar elektrolyt, vereisen controle van het elektrolytpeil en bijvullen met gedemineraliseerd water [29](#page=29). * **Onderhoudsvrije accu's:** Geen bijvullen van gedestilleerd water nodig onder normale omstandigheden. Bij te hoge laadspanning kan gasvorming optreden, afgevoerd via een overdrukventiel [35](#page=35). * **Gelaccu's:** Elektrolyt is een gelachtige massa (kiezelzuur toegevoegd), lekvrij, onderhoudsvrij, maar met slechte koude-starteigenschappen en hoge prijs [36](#page=36). * **AGM (Absorbent Glass Mat) loodzuur batterij:** Scheiding van platen door glasvezelmatten. Oorspronkelijk voor stationaire toepassingen, maar cyclisch vermogen hangt af van plaatconstructie. Gevoelig voor uitdroging en vereist specifieke AGM laadstand [37](#page=37). #### 2.2.4 Zink-lucht Batterijen * **Kenmerken:** * Hoge energiedichtheid (300–400 Wh/kg) [10](#page=10). * Lage vermogensdichtheid [10](#page=10). * Niet oplaadbaar [10](#page=10). * **Toepassingen:** Specifieke low-power robots en sensoren [10](#page=10). * **Risico's:** Lekkage van elektrolyt, gevaar bij kortsluiting door vocht [13](#page=13). #### 2.2.5 Solid-state Batterijen (in ontwikkeling) * **Kenmerken:** * Vaste elektrolyt in plaats van vloeibaar [53](#page=53). * Theoretische energiedichtheid >300 Wh/kg, potentieel tot 500 Wh/kg [10](#page=10) [53](#page=53). * Vermogensdichtheid: 300–600 W/kg vergelijkbaar met Li-ion [10](#page=10) [53](#page=53). * Verwachte levensduur >2000 cycli [10](#page=10). * **Voordelen:** Minder kans op brand/explosie, potentieel zeer veilig. Compact, lichtgewicht, hogere energiedichtheid en potentieel langere levensduur. Bredere temperatuurbereik [15](#page=15) [53](#page=53) [54](#page=54). * **Nadelen/Uitdagingen:** Hogere kosten per kWh, productie en materiaaltechnologie nog in ontwikkeling. Soms lagere ionische geleidbaarheid [54](#page=54). * **Toepassingen:** Opkomend voor compacte, veilige robots. Potentieel toekomstig alternatief voor conventionele Li-ion. Verwacht in elektrische voertuigen, drones en mobiele robots. Toyota streeft naar introductie rond 2027-2028 [10](#page=10) [15](#page=15) [54](#page=54) [55](#page=55). ### 2.3 Risico's en Veiligheidsmaatregelen Batterijen, met name lithium-gebaseerde, brengen inherente risico's met zich mee die nauwkeurig beheer vereisen [13](#page=13). #### 2.3.1 Belangrijkste Gevaren en Risico's * **Thermische Runaway:** Een ongecontroleerde temperatuurstijging die kan leiden tot brand of explosie. Dit is een significant risico bij Li-ion (NMC, NCA) en LiPo batterijen [13](#page=13). * **Brand- en Explosiegevaar:** Kan optreden bij kortsluiting, overladen of mechanische schade [13](#page=13). * **Mechanische Schade:** Punctie of compressie kan leiden tot interne kortsluitingen en thermische runaway. LiPo batterijen zijn hier bijzonder gevoelig voor [13](#page=13). * **Gevoeligheid voor Temperatuur:** Hoge temperaturen kunnen de levensduur en veiligheid negatief beïnvloeden. Lage temperaturen kunnen de prestaties beïnvloeden [13](#page=13) [40](#page=40). * **Lekkage van Elektrolyt:** Vooral bij loodzuur (zwavelzuur) en NiMH batterijen [13](#page=13). * **Zelfontlading:** Batterijen verliezen lading, zelfs wanneer ze niet in gebruik zijn [43](#page=43). * **Gasvorming:** Kan optreden bij overladen (vooral bij onderhoudsvrije loodzuuraccu's) of defecten [13](#page=13). #### 2.3.2 Essentiële Veiligheidsmaatregelen * **Battery Management System (BMS):** Verplicht voor alle lithiumtypes. Bewaakt celspanning, stroom, temperatuur en balans. Voorkomt overladen en diepontladen [15](#page=15) [16](#page=16). * **Mechanische Bescherming:** Een robuuste behuizing om de batterij te beschermen tegen fysieke impact, compressie en punctie [13](#page=13) [16](#page=16). * **Thermisch Management:** Actieve of passieve koeling bij hoge vermogens om oververhitting te voorkomen. Temperatuurmonitoring is cruciaal [13](#page=13) [16](#page=16). * **Brandveilig Ontwerp:** Plaatsing van batterijen in geïsoleerde compartimenten en gebruik van niet-brandbare materialen [16](#page=16). * **Correct Laadprotocol:** Gebruik specifieke laders die voldoen aan de specificaties van de batterij, met spanningslimieten. Vermijd overladen [13](#page=13). * **Certificering:** Voldoen aan normen zoals UN 38.3, IEC 62133, en CE-markering voor transport en gebruik [16](#page=16). * **Ventilatie:** Goede ventilatie is belangrijk, vooral bij NiMH batterijen, om opwarming en gasophoping te voorkomen [13](#page=13). > **Tip:** Temperatuur, mechanische schade en de laadstrategie worden beschouwd als de drie grootste risicofactoren voor batterijveiligheid [15](#page=15). ### 2.4 Toepassingen in Mobiele Robots De keuze van de batterij hangt sterk af van de specifieke vereisten van de robottoepassing [14](#page=14). * **Magazijn-AGV's:** Vereisen lange werktijd en frequent laden. Aanbevolen batterijtypen zijn LiFePO₄ of LTO [14](#page=14). * **Landbouwrobots:** Moeten robuust zijn, bestand tegen buitenomstandigheden en veilig. LiFePO₄ is een geschikte keuze [14](#page=14). * **Service-robots (binnen):** Moeten licht, compact en stil zijn. Standaard Li-ion (NMC) is hier vaak geschikt voor [14](#page=14). * **Dronerobots:** Vereisen een zeer laag gewicht en een hoge stroomafgifte. LiPo batterijen zijn hierdoor ideaal [14](#page=14). * **Autonome Terreinenrobots:** Hebben veel vermogen nodig, en moeten bestand zijn tegen kou en vocht. LiFePO₄ of hybride systemen met een verbrandingsmotor kunnen gebruikt worden [14](#page=14). * **Robots met snelle laadbehoefte (logistiek, openbaar vervoer):** LTO batterijen zijn hier zeer geschikt vanwege hun snelle laadcapaciteit en lange levensduur [10](#page=10). ### 2.5 Batterijspecificaties en Gedrag #### 2.5.1 Capaciteit * **Definitie:** De totale hoeveelheid elektriciteit die een batterij kan leveren bij normaal gebruik [22](#page=22). * **Eenheid:** Ampère-uren (Ah) [38](#page=38). * **Factoren die capaciteit beïnvloeden:** * **Ontlaadstroom:** Hoe hoger de ontlaadstroom, hoe lager de capaciteit [39](#page=39). * **Temperatuur:** Hogere temperaturen leiden tot snellere chemische reacties en dus een grotere capaciteit [40](#page=40). * **Relatie met Energie:** De leverbare energie (in Wattuur, Wh) wordt berekend door de capaciteit (Ah) te vermenigvuldigen met de spanning (V): $E = C \cdot U$ [38](#page=38). #### 2.5.2 Spanningsverloop Tijdens het ontladen daalt de accuspanning door twee oorzaken: de samenstelling van het zuur en de inwendige weerstand van de accu [41](#page=41). #### 2.5.3 Laadmethoden * **Bufferladen:** De lader en verbruiker zijn parallel op de accu aangesloten. De lader zorgt dat de accu constant volgeladen blijft met een constante spanning. Dit is de techniek die in voertuigen wordt toegepast [42](#page=42). * **Druppelladen:** Compensatie voor zelfontlading wanneer een accu vol is maar niet direct gebruikt wordt. De laadstroom is laag (ca. 0,1A per 100Ah). Ideaal voor voertuigen die lang stilstaan [43](#page=43). ### 2.6 Schadelijke Stoffen en Testen * **Schadelijke Stoffen:** Batterijen kunnen gevaarlijke stoffen bevatten zoals kwik, lood en zwavelzuur [48](#page=48). * **Testen en Diagnose:** * **Multimeter:** Kan gebruikt worden om de spanning van een accu te meten onder verschillende omstandigheden (onbelast, belast, bij starten, motor draaiend) [49](#page=49). * **Zuurweger:** Wordt gebruikt om de ladingstoestand van loodzuuraccu's te meten aan de hand van de dichtheid van het accuvloeistof (specifieke waarden voor vol, halfvol, ontladen) [50](#page=50). * **Capaciteitstesten:** Belastingtesters met weerstanden of conductance-accutesters kunnen de capaciteit meten. Een conductance tester wordt als effectiever beschouwd [51](#page=51). --- # Duurzame en alternatieve aandrijvingssystemen Dit gedeelte verkent diverse duurzame energiebronnen en geavanceerde technologieën voor aandrijvingssystemen, met een focus op hun toepassing en voordelen binnen de context van (landbouw)robots en voertuigen. ### 3.1 Zonne-energie aandrijvingssystemen Zonne-energie aandrijvingssystemen voor robots, zoals de FarmDroid FD20, volgen een basisstructuur die vergelijkbaar is met off-grid zonne-energiesystemen [56](#page=56). #### 3.1.1 Componenten van een zonne-energie systeem * **Zonnepanelen (PV-panelen):** Vangen zonlicht op en zetten dit om in gelijkstroom (DC). Ze vormen vaak het "dak" van de robot en zijn de primaire energiebron [56](#page=56). * **Laadregelaar/Omvormer:** Reguleert de stroom van de zonnepanelen en zet deze om naar een bruikbare spanning voor het efficiënt opladen van de batterijen [56](#page=56). * **Accupakket (Batterijbank):** Slaat de opgewekte energie op. Dit is essentieel om de robot te laten functioneren tijdens periodes zonder zonlicht, zoals 's nachts of op bewolkte dagen. De FarmDroid FD20 maakt bijvoorbeeld gebruik van vier gel-loodaccu's [56](#page=56). * **Elektrische Motoren:** Gebruiken de opgeslagen energie in de accu's om de robot aan te drijven. Dit omvat de wielaandrijving voor voortbeweging (laag vermogen, continue beweging), de werktuigen (zoals zaaien of wieden) en de elektronica (GPS, sensoren, besturingseenheid) [56](#page=56). #### 3.1.2 Specificaties en voordelen van de FarmDroid FD20 De FarmDroid FD20 illustreert de praktische toepassing van zonne-energie aandrijving [57](#page=57). * **Nominaal Vermogen Zonnepanelen:** 1,6 kilowatt (kW), verdeeld over vier panelen [57](#page=57). * **Dagelijkse Energieopbrengst:** Circa 20 kilowattuur (kWh) per dag [57](#page=57). * **Accucapaciteit:** 400 Ampère-uur (Ah), opgeslagen in vier gel-loodaccu's [57](#page=57). De opgewekte zonne-energie is voldoende voor de continue werking van de wielaandrijving [57](#page=57). * **CO₂-Neutraal:** De robot is volledig elektrisch en haalt zijn energie uit de zon, wat resulteert in 100% CO₂-neutraliteit [57](#page=57). * **Contrasterende Vereisten:** Het relatief lage gewicht (circa 900 kg) en de lage snelheid (tot 950 meter per uur) van de FD20 minimaliseren de energiebehoefte voor voortbeweging [57](#page=57). * **Continuïteit:** De hoge energie-efficiëntie, gecombineerd met de opgeslagen energie, maakt 24-uurs operatie mogelijk zonder externe acculading, afhankelijk van weersomstandigheden en de accuconditie [57](#page=57). #### 3.1.3 Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG) Een alternatieve, zij het meer gespecialiseerde, energiebron is de Radioisotope Thermoelectric Generator (RTG), gebruikt in de Perseverance rover [59](#page=59). * **Principe:** Kernsplijting van Plutonium-238 genereert warmte, die door thermokoppels wordt omgezet in elektriciteit [59](#page=59). * **Voordelen:** Onafhankelijk van zonlicht, continu vermogen, en zeer betrouwbaar [59](#page=59). * **Nadelen:** Complex, duur, en vereist strikte veiligheidsprocedures vanwege het gebruik van radioactief materiaal [59](#page=59). * **Vermogen:** Ongeveer 110 W elektrisch continu [59](#page=59). * **Autonomie:** Kan jarenlang functioneren zonder bijvullen van brandstof (bijvoorbeeld 17 jaar) [59](#page=59). ### 3.2 Aandrijving met brandstofcellen Brandstofcellen bieden een methode om elektrische energie te genereren via chemische reacties, met waterstof als primaire reactant [61](#page=61). #### 3.2.1 Werkingsprincipe Via een chemisch proces wordt waterstof omgezet in elektriciteit. Deze elektriciteit drijft vervolgens een elektromotor aan [61](#page=61). * **Energieopslag:** Een kleiner batterijpakket is voldoende voor energieopslag, wat een grotere actieradius mogelijk maakt (tot circa 600 km, afhankelijk van de hoeveelheid waterstof) [61](#page=61). * **Energieoverdracht:** De door de brandstofcel opgewekte energie wordt naar het batterijpakket gestuurd, dat op zijn beurt de elektromotor voedt. De directe voeding van de elektromotor vanuit de brandstofcel is niet altijd mogelijk vanwege onvoldoende stroomsterkte [61](#page=61). * **Remenergierecuperatie:** Het proces is niet omkeerbaar, dus remenergierecuperatie door de elektromotor kan geen waterstofgas vormen. De bij het remmen opgewekte elektrische energie kan echter wel worden opgenomen door het batterijpakket [61](#page=61). * **Omgekeerd proces:** De werking van een brandstofcel is het omgekeerde proces van waterelektrolyse [63](#page=63). #### 3.2.2 Voordelen van brandstofcellen Brandstofcellen bieden een goede efficiëntie en duurzaamheidskenmerken [64](#page=64). * **Hoge efficiëntie:** Een goede 'tank to wheel' efficiëntie wordt behaald [65](#page=65). * **Minimale schadelijke uitstoot:** CO₂-uitstoot is tot twee keer kleiner dan bij verbrandingsmotoren [65](#page=65). * **Duurzaamheid:** Een brandstofcel is 100% recycleerbaar en heeft een levensduur van circa 20 jaar [65](#page=65). #### 3.2.3 Nadelen van brandstofcellen Ondanks de voordelen zijn er ook significante nadelen verbonden aan brandstofceltechnologie [65](#page=65). * **Gewicht en kosten:** Brandstofcelsystemen zijn zwaarder en aanzienlijk duurder [65](#page=65). * **Starten bij vriestemperaturen:** Het starten van de motor is onmogelijk bij vriestemperaturen [65](#page=65). * **Waterstofopslag:** Waterstof moet vloeibaar worden opgeslagen bij zeer lage temperaturen (-253°C) [65](#page=65). * **Productiekosten waterstof:** De productie van waterstof is kostbaar, wat resulteert in een hoge prijs voor waterstofgas [65](#page=65). #### 3.2.4 Toepassingsvoorbeeld De Hyundai IX35 Fuel Cell is een voorbeeld van een voertuig dat gebruik maakt van brandstofceltechnologie [66](#page=66) [67](#page=67). ### 3.3 Supercondensatoren Supercondensatoren, ook wel ultracondensatoren genoemd, slaan energie elektrostatisch op en bieden specifieke voordelen voor energieopslagtoepassingen [68](#page=68). * **Voordelen:** * Zeer snelle opname en afgifte van grote hoeveelheden energie, ideaal voor piekmomenten [68](#page=68). * Veel langere levensduur dan batterijen, met miljoenen laad- en ontlaadcycli [68](#page=68). * **Nadelen:** * Veel lagere energiedichtheid dan batterijen, waardoor ze niet geschikt zijn als primaire energiebron voor langdurige operaties [68](#page=68). * Ze worden vaak gebruikt in combinatie met batterijen om pieken op te vangen en de levensduur van de batterij te verlengen [68](#page=68). ### 3.4 Powerpack Een Powerpack, zoals die aangeboden door Doosan Mobility, vertegenwoordigt een geïntegreerde oplossing voor energievoorziening. De specifieke technologie en toepassingen van dit product zijn niet verder gedetailleerd in de verstrekte tekst, maar het positioneert zich als een oplossing binnen het domein van draagbare en mogelijk duurzame energie [69](#page=69). --- # Verbrandingsmotoren in de context van mobiele robots Dit onderdeel analyseert het gebruik van verbrandingsmotoren in mobiele robots, met een focus op de werking, types (2-takt, 4-takt) en hun beperkingen vergeleken met elektrische aandrijvingen. ### 4.1 Algemene overwegingen en beperkingen Verbrandingsmotoren (ICE - Internal Combustion Engines) worden zelden direct gebruikt om mobiele robots aan te drijven. Hun toepassing wordt beperkt door verschillende factoren: ze zijn luidruchtig, produceren schadelijke uitlaatgassen en de stuurbaarheid en precisie van de aandrijving zijn minder dan die van elektromotoren [72](#page=72). ### 4.2 Werkingsprincipes van verbrandingsmotoren Verbrandingsmotoren zetten chemische energie om in mechanische energie door middel van gecontroleerde verbranding van brandstof binnen een cilinder. Er zijn twee hoofdtypen motoren gebaseerd op het aantal slagen per cyclus: 2-takt en 4-takt motoren [73](#page=73). #### 4.2.1 De 4-takt motor De 4-takt motor, ook bekend als de Otto-cyclus voor benzinemotoren en gebaseerd op compressieontsteking voor dieselmotoren, voltooit zijn werkingscyclus in vier afzonderlijke slagen van de zuiger [73](#page=73): 1. **Inlaat:** Een mengsel van lucht en brandstof (bij benzinemotoren) of alleen lucht (bij dieselmotoren) wordt in de cilinder gezogen [73](#page=73). 2. **Compressie:** De zuiger beweegt omhoog en comprimeert het gasmengsel of de lucht in de cilinder [73](#page=73). 3. **Arbeid (Verbranding):** Het gecomprimeerde mengsel wordt ontstoken door een bougie (benzinemotor) of door de hoge temperatuur en druk na compressie (dieselmotor), wat een expansie veroorzaakt die de zuiger naar beneden duwt. Dit is de slag die energie levert [73](#page=73). 4. **Uitlaat:** De zuiger beweegt weer omhoog om de verbrandingsgassen uit de cilinder te drijven [73](#page=73). #### 4.2.2 De 2-takt motor De 2-takt motor voltooit de gehele werkingscyclus in slechts twee slagen van de zuiger, wat resulteert in één arbeidsslag per omwenteling van de krukas [74](#page=74): * **Compressie en Arbeid:** Tijdens de opwaartse beweging van de zuiger wordt het brandstof-luchtmengsel samengeperst, terwijl de neerwaartse beweging na de ontsteking de zuiger naar beneden duwt en gelijktijdig het uitlaatproces op gang brengt en het nieuwe mengsel aanzuigt [74](#page=74). * **Uitlaat en Inlaat:** Terwijl de uitlaatgassen ontsnappen, wordt een nieuw mengsel van lucht en brandstof aangezogen door het openen van inlaatpoorten [74](#page=74). #### 4.2.3 Vergelijking tussen 2-takt en 4-takt motoren | Kenmerk | 2-takt motor | 4-takt motor | | :-------------------------- | :------------------------------------------- | :-------------------------------------------------- | | Arbeidsslag per omwenteling | 1 | 1 per 2 omwentelingen | | Vermogen per cc | Hoog (meer vermogen voor zelfde cilinderinhoud) | Lager | | Complexiteit | Eenvoudiger ontwerp, geen kleppen (poorten gebruikt) | Kleppen nodig, complexer | | Efficiëntie brandstof | Lager, meer verbruik | Hoger, zuiniger | | Smering | Olie vaak gemengd met brandstof | Olie in apart carter | | Levensduur | Korter door snellere slijtage | Langere levensduur | | Geluid | Luidruchtiger | Rustiger | | Toepassing | Kleine motoren, lichte robots, draagbare apparaten | Auto's, grotere robots, betrouwbaar werk | ### 4.3 Energie- en vermogensdichtheid Een cruciale factor bij het kiezen van een aandrijfsysteem voor mobiele robots is de energiedichtheid en vermogensdichtheid van de energiebronnen. Verbrandingsmotoren, gevoed door fossiele brandstoffen, blinken hierin uit vergeleken met batterijen [76](#page=76). #### 4.3.1 Energiedichtheid (Energy Density) Energiedichtheid geeft aan hoeveel energie een bron kan opslaan per massa (gravimetrisch) of per volume (volumetrisch). | Energiebron | Gravimetrisch (Wh/kg) | Volumetrisch (Wh/L) | Opmerkingen | | :--------------------- | :-------------------- | :------------------ | :----------------------------------------------------------------------- | | Benzine (gasoline) | ~12.000 | ~9.000 | Zeer hoog; kleine tank = veel energie. | | Diesel | ~13.000 | ~10.000 | Iets hoger dan benzine; zeer geschikt voor lange afstanden. | | Li-ion batterij | 150–250 | 250–700 | Veel lager dan fossiele brandstoffen; lichtgewicht voordeel. | | LiFePO4 batterij | 90–160 | 220–360 | Lager dan Li-ion, maar veiliger en langer levensduur. | | Brandstofcel (H2) | 33.000 (H2 gas) | 8.500–10.000 | Afhankelijk van opslagmethode; tanken is snel. | **Gravimetrische energiedichtheid (Wh/kg):** * Benzine: ~12.000 Wh/kg [79](#page=79). * Diesel: ~13.000 Wh/kg [79](#page=79). * Li-ion batterij: 150–250 Wh/kg [79](#page=79). * LiFePO4 batterij: 90–160 Wh/kg [79](#page=79). **Volumetrische energiedichtheid (Wh/L):** * Benzine: ~9.000 Wh/L [78](#page=78) [79](#page=79). * Diesel: ~10.000 Wh/L [78](#page=78) [79](#page=79). * Li-ion batterij: 250–700 Wh/L [78](#page=78). * LiFePO4 batterij: 220–360 Wh/L [78](#page=78). > **Tip:** De hoge energiedichtheid van fossiele brandstoffen maakt ze aantrekkelijk voor toepassingen die een lange operationele duur vereisen zonder frequent bijtanken, ondanks hun milieu-impact en andere nadelen. #### 4.3.2 Vermogensdichtheid (Power Density) Vermogensdichtheid geeft aan hoeveel vermogen een energiebron kan leveren per massa. | Energiebron | Vermogensdichtheid (W/kg) | Opmerkingen | | :--------------------- | :------------------------ | :------------------------------------------------------------------------- | | Benzine/diesel motor | 2.000–5.000 | Hoge piekvermogens mogelijk; continu gebruik efficiënt bij juiste belasting. | | Li-ion batterij | 250–3.000 | Kan hoge vermogens leveren, vooral LiPo varianten; snelle piek mogelijk. | | LiFePO4 batterij | 200–1.000 | Goed voor continu en piekvermogen; betrouwbaarder bij hoge temperaturen. | | Brandstofcel | 200–1.000 | Continue stroom geleverd; piekvermogen vaak lager dan batterij. | ### 4.4 Typen verbrandingsmotoren in detail #### 4.4.1 Benzine motor Benzinemotoren gebruiken benzine met een hoog octaangehalte, wat ze geschikt maakt voor hogere toerentallen. Ze hebben doorgaans een luchtoplading en gebruiken een bougie voor ontsteking. Het energiegehalte per liter is lager dan bij diesel [80](#page=80). * **Directe injectie (DI) benzine:** Brandstof wordt direct in de verbrandingskamer gespoten, wat leidt tot hogere efficiëntie, betere menging en meer controle over de verbranding [83](#page=83) [84](#page=84). * **Indirecte injectie benzine:** Brandstof wordt eerst in een voorverbrandingskamer gespoten. Dit ontwerp is eenvoudiger en resulteert in lagere piekdrukken [83](#page=83) [84](#page=84). #### 4.4.2 Diesel motor Dieselmotoren gebruiken dieselbrandstof, die een hogere energiedichtheid heeft dan benzine, wat resulteert in een betere brandstofefficiëntie. Ze kenmerken zich door spontane ontsteking onder hoge compressie (hoge compressieverhouding) en hebben geen bougie nodig [80](#page=80). * **Directe injectie (DI) diesel:** Brandstof wordt direct in de verbrandingskamer geïnjecteerd en ontbrandt spontaan door de hoge druk en temperatuur. Dit verhoogt de efficiëntie [83](#page=83) [85](#page=85). * **Indirecte injectie diesel:** Brandstof wordt eerst in een voorverbrandingskamer gespoten, waarna de verbranding plaatsvindt. Dit ontwerp is vaak eenvoudiger en wordt aangetroffen in oudere dieselmotoren [83](#page=83) [85](#page=85). ### 4.5 Voorbeeld van een robot met verbrandingsmotor Een notabel voorbeeld van een mobiele robot die een verbrandingsmotor gebruikt, is de LS3 van Boston Dynamics. Deze robot maakt gebruik van een 2-takt motor om aan zijn behoefte aan een compact, lichtgewicht en krachtig aandrijfsysteem te voldoen. De motor voedt hydraulische actuatoren en stelt de robot in staat om zware lasten te dragen over ruw terrein [86](#page=86). --- # Hydraulische aandrijvingssystemen Dit gedeelte introduceert de principes van hydraulische aandrijvingssystemen, hun componenten, voordelen, beperkingen en toepassingen. ## 5. Hydraulische aandrijfsystemen Hydrauliek is de techniek die zich bezighoudt met het overbrengen van energie met behulp van een vloeistof. Dit principe wordt toegepast in diverse systemen, van eenvoudige waterpompen en waterraderen tot complexe machines zoals mobiele machines en kranen [91](#page=91) [94](#page=94). ### 5.1 Wat is hydrauliek? Hydrauliek kan worden onderverdeeld in twee hoofdgebieden: * **Hydrostatica:** De studie van het evenwicht van in rust zijnde vloeistoffen, waarbij lage vloeistofsnelheden en hogere vloeistofdrukken kenmerkend zijn [92](#page=92). * **Hydrodynamica (hydrokinetica):** De studie van een vloeistof in beweging, met hoge vloeistofsnelheden en lagere vloeistofdrukken [92](#page=92). In de meeste hydraulische toepassingen, zoals aandrijfsystemen, is de vloeistofsnelheid relatief laag, wat betekent dat deze systemen voornamelijk gebaseerd zijn op hydrostatische principes [92](#page=92). #### 5.1.1 De hydrostatische aandrijving Een typische hydrostatische aandrijving bestaat uit verschillende hoofdcomponenten die samenwerken om mechanische energie te genereren uit hydraulische druk [93](#page=93): * **Verbruiksmotor (elektrisch of verbrandingsmotor):** De energiebron die de pomp aandrijft [93](#page=93) [98](#page=98). * **Pomp:** Zet mechanische energie om in hydraulische energie door de vloeistof onder druk te zetten en te transporteren [93](#page=93) [98](#page=98). * **Tank:** Bevat de hydraulische vloeistof en dient als opslag [93](#page=93) [98](#page=98). * **Hydromotor of Cilinder:** Zet de hydraulische energie weer om in mechanische energie (circulaire beweging voor hydromotoren, lineaire beweging voor cilinders) [93](#page=93) [98](#page=98). * **Besturingscomponenten (bv. stuurschuiven, regelkleppen):** Regelen de richting, snelheid en druk van de vloeistof [93](#page=93) [98](#page=98). * **Leidingen:** Verbinden de verschillende componenten en transporteren de hydraulische vloeistof [93](#page=93). Er wordt onderscheid gemaakt tussen de zuigleiding (van tank naar pomp) en de persleiding (van pomp naar het werkende element) [93](#page=93). ### 5.2 Toepassingen van hydraulische systemen Hydraulische systemen worden toegepast in een breed scala aan toepassingen, waaronder: * Potkrikken * Klievers * Tractoren * Hydraulische persen * Mobiele machines zoals graafmachines, wielladers (bv. Bobcat) en militaire voertuigen (bv. Milrem Robotics Themis) [94](#page=94). ### 5.3 Voordelen van hydraulische systemen Hydraulische systemen bieden diverse significante voordelen: * Mogelijkheid om grote krachten en vermogens te genereren met relatief kleine componenten [95](#page=95). * Nauwkeurig en traploos regelbare kracht, snelheid en verplaatsing [95](#page=95). * Eenvoudig omschakelen van belasting [95](#page=95). * Eenvoudige bescherming tegen overbelasting [95](#page=95). * Werken met constant vermogen, zelfs bij veranderlijke belastingen [95](#page=95). * Hoge levensduur van componenten [95](#page=95). * Weinig onderhoud vereist [95](#page=95). * Geschikt voor zowel lineaire als circulaire bewegingen [95](#page=95). ### 5.4 Beperkingen van hydraulische systemen Ondanks de voordelen hebben hydraulische systemen ook beperkingen: * Gevoeligheid voor temperatuurschommelingen en drukvariaties [96](#page=96). * Hydraulische vloeistof is samendrukbaar, wat een klein percentage per bar druk kan zijn (0,007 % per bar) [96](#page=96). * Vermogensverlies door interne lekken en smooreffecten [96](#page=96). * Noodzaak om de zuiverheid van de vloeistof te verzekeren [96](#page=96). * Drukpieken kunnen leiden tot breuken van componenten [96](#page=96). * Het leidingsnet kan kostbaar zijn [96](#page=96). * Herstellingen van componenten kunnen duur zijn [96](#page=96). * Lekkageproblemen kunnen milieu-, veiligheids- en gezondheidsrisico's met zich meebrengen [96](#page=96). ### 5.5 Basisopbouw van een hydraulische installatie Een hydraulische installatie kan worden onderverdeeld in vier hoofdgedeelten: * **Pompgedeelte:** Bevat de elektromotor of verbrandingsmotor die de pomp aandrijft, de pomp zelf, de tank en eventueel een accu [98](#page=98). * **Motorgedeelte:** Bestaat uit de hydromotor of cilinders die de mechanische beweging genereren [98](#page=98). * **Conditioneringsgedeelte:** Omvat componenten die de hydraulische vloeistof in optimale conditie houden, zoals filters, koelers en overdrukkleppen [98](#page=98). * **Besturingsgedeelte:** Bevat componenten zoals stuurschuiven, stroomregelkleppen en drukregelkleppen die de werking van het systeem regelen [98](#page=98). ### 5.6 Hydraulische schema's en normering Het lezen van hydraulische schema's is essentieel voor het begrijpen van de werking van hydraulische systemen. De normering ISO 1219 wordt hiervoor gebruikt [100](#page=100). #### 5.6.1 Symbolen in hydraulische schema's Verschillende symbolen worden gebruikt om componenten in hydraulische schema's weer te geven: * **Pompen:** Symbolen variëren afhankelijk van het type pomp (bv. vaste opbrengst, regelbare opbrengst) . * **Cilinders:** Symbolen geven het type cilinder aan (bv. enkelwerkend, dubbelwerkend) . * **Hydromotoren:** Symbolen vertegenwoordigen de rotatiemotor die op hydraulische druk werkt . * **Kleppen, schuiven en ventielen:** Symbolen geven de functie en bediening van regelkleppen weer . * **Leidingen en accu's:** Symbolen voor leidingen en opslagcomponenten zoals accumulatoren . * **Filters en koelers:** Symbolen die aangeven waar de vloeistof wordt gefilterd of gekoeld . #### 5.6.2 Schuiven en ventielen Schuiven en ventielen zijn cruciaal voor de besturing van hydraulische systemen. Ze regelen de stroomrichting en druk van de hydraulische vloeistof . * **Naamgeving:** Ventielen worden vaak aangeduid met een breuknotatie, zoals 'X/Y ventiel' . * **X:** Het aantal aansluitpoorten . * **Y:** Het aantal mogelijke posities van de schuif . * Voorbeelden: 4/3 ventiel, 2/2 ventiel, 5/2 ventiel . * **Aanduidingen van poorten:** * **A, B, C,...:** Cilinderaansluitingen. Cilinderbodem wordt vaak aangeduid met A, C, E, etc. . * **P:** Pers- of drukpoort . * **R of T:** Retour of tankpoort . * **L:** Lekoliepoort . * **Ls:** Load Sensing . * **Aansturing van ventielen:** Ventielen kunnen op verschillende manieren worden aangestuurd, bijvoorbeeld pneumatisch, mechanisch (hefboom, eindeloop) of elektrisch (drukknop) . * Veerbediende ventielen keren automatisch terug naar de middenstand wanneer de aansturing wegvalt . * **Voorbeelden van ventielen:** * **5/2 ventiel:** Vaak gebruikt voor dubbelwerkende cilinders, met 5 poorten en 2 posities . * **5/3 ventiel:** Heeft 3 posities, wat extra functionaliteit kan bieden, zoals een middenstand . * **4/3 ventiel:** Kan worden gebruikt voor regeling van bijvoorbeeld hydromotoren of als werkventiel met een middenstand . #### 5.6.3 Schemavoorbeelden De documentatie bevat diverse voorbeelden van hydraulische schema's die de toepassing van de symbolen en componenten illustreren, zoals voor het aandrijven van rijfuncties en andere functies in mobiele machines . > **Tip:** Maak een lijst van de meest voorkomende hydraulische componenten en hun symbolen, en oefen met het tekenen en lezen van eenvoudige hydraulische schema's om je begrip te versterken. ### 5.7 Praktijkvoorbeelden De documentatie toont diverse praktijkvoorbeelden van hydraulische toepassingen, waaronder: * **Bobcat wiellader:** Illustreert het gebruik van hydraulische systemen voor hef- en stuurbewegingen . * **Minigraver:** Toont een toepassing met CAN-ventielen (bv. PVG 16) voor elektronische aansturing van hydraulische functies, naast handmatige besturing . Een overzicht van componenten in een minigraver wordt ook gepresenteerd . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Aandrijvingssysteem | Een mechanisch of elektrisch systeem dat beweging genereert en overbrengt om een voertuig, machine of robot voort te bewegen of te besturen. | | Energieverbruik | De hoeveelheid energie die een systeem of apparaat verbruikt tijdens bedrijf, vaak gemeten in Wattuur (Wh) of kilowattuur (kWh). | | Wendbaarheid | Het vermogen van een robot om snel en nauwkeurig van richting te veranderen en obstakels te ontwijken, wat essentieel is voor navigatie in complexe omgevingen. | | Autonomie | Het vermogen van een robot om zelfstandig taken uit te voeren zonder constante menselijke tussenkomst, gebaseerd op sensordata en vooraf geprogrammeerde instructies. | | Energiedichtheid | De hoeveelheid energie die een opslagmedium (zoals een batterij of brandstof) kan bevatten per eenheid van massa (gravimetrisch, Wh/kg) of volume (volumetrisch, Wh/L). | | Vermogensdichtheid | De hoeveelheid energie die een systeem per tijdseenheid kan leveren, gemeten per eenheid van massa (W/kg) of volume (W/L). Dit bepaalt hoe snel een robot kan accelereren of zware lasten kan verplaatsen. | | Li-ion batterij | Een oplaadbare batterijtechnologie die lithiumionen gebruikt om elektrische lading te transporteren tussen de positieve en negatieve elektroden. Bekend om hoge energiedichtheid en relatief lange levensduur. | | LiFePO₄ batterij | Lithium-ijzerfosfaat batterij, een type Li-ion batterij dat bekend staat om zijn veiligheid, lange levensduur en stabiele prestaties, ondanks een iets lagere energiedichtheid dan standaard Li-ion. | | Solid-state batterij | Een batterij die een vast elektrolyt gebruikt in plaats van een vloeibaar of polymeer elektrolyt, wat resulteert in verhoogde veiligheid en potentieel hogere energiedichtheid. | | Verbrandingsmotor | Een motor die energie opwekt door de verbranding van brandstof in een gesloten ruimte, waarbij de expanderende gassen mechanische arbeid verrichten. | | Waterstof brandstofcel | Een elektrochemisch apparaat dat waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit, water en warmte, met zeer weinig uitstoot. | | Hydrauliek | Een techniek die gebruikmaakt van een vloeistof onder druk om energie over te brengen en mechanische beweging te genereren, vaak toegepast voor het leveren van grote krachten. | | Hydrostatica | Het onderdeel van de hydraulica dat zich bezighoudt met de studie van vloeistoffen in rust, met nadruk op drukverhoudingen en evenwicht. | | Hydrodynamica | Het onderdeel van de hydraulica dat zich bezighoudt met de studie van vloeistoffen in beweging, inclusief stroming, drukval en energieoverdracht. | | Supercondensator | Een energieopslagapparaat dat energie elektrostatisch opslaat, met de mogelijkheid om zeer snel grote hoeveelheden energie op te nemen en af te geven, ideaal voor piekbelastingen. | | BMS (Battery Management System) | Een elektronisch systeem dat de prestaties en veiligheid van een batterijpakket bewaakt, inclusief celspanning, temperatuur, stroom en laadstatus. | | Galvanische cel | Een elektrochemische cel die chemische energie omzet in elektrische energie door middel van spontane redoxreacties. | | Capaciteit (accu) | De totale hoeveelheid elektriciteit die een batterij kan leveren bij normaal gebruik, uitgedrukt in Ampère-uren (Ah). | | Ontlaadstroom | De stroom die door een batterij wordt geleverd aan een belasting, wat invloed heeft op de effectieve capaciteit van de batterij. | | Bufferladen | Een laadmethode waarbij de lader en de verbruiker parallel op de accu zijn aangesloten en de lader de accu continu op spanning houdt. | | Druppelladen | Een laadmethode die geschikt is voor langdurige opslag, waarbij een kleine stroom wordt geleverd om de zelfontlading van een volledig geladen accu te compenseren. | | Loodzuuraccu | Een veelgebruikte oplaadbare batterij die bestaat uit loodplaten ondergedompeld in een elektrolyt van zwavelzuur. | | Tractiebatterij | Een batterij die speciaal is ontworpen om diep ontladen en herladen te worden over vele cycli, vaak gebruikt in elektrische voertuigen en heftrucks. | | Startbatterij | Een batterij die ontworpen is om gedurende korte tijd een zeer hoge startstroom te leveren, voornamelijk gebruikt in voertuigen met verbrandingsmotoren. | | Werkingsprincipes 4-takt motor | Het proces waarbij een zuigermotor vier slagen (inlaat, compressie, arbeid, uitlaat) voltooit per cyclus van de krukas, gebruikelijk in de meeste benzinemotoren. | | Werkingsprincipes 2-takt motor | Het proces waarbij een zuigermotor twee slagen (inlaat/compressie en arbeid/uitlaat) voltooit per cyclus van de krukas, wat leidt tot meer vermogen per omwenteling maar minder efficiëntie. | | Directe injectie (DI) | Een brandstofinjectiesysteem waarbij de brandstof rechtstreeks in de verbrandingskamer wordt gespoten voor hogere efficiëntie en betere controle. | | Indirecte injectie (IDI) | Een brandstofinjectiesysteem waarbij de brandstof eerst in een voorverbrandingskamer wordt gespoten voordat het in de hoofdverbrandingskamer komt. | | RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) | Een nucleaire batterij die elektriciteit opwekt door de warmte van radioactief verval te gebruiken, vaak toegepast in ruimtesondes en afgelegen installaties. | | Zonnepaneel (PV-paneel) | Een apparaat dat zonlicht omzet in elektrische energie door middel van het fotovoltaïsche effect. | | Hydrostatische aandrijving | Een hydraulisch systeem dat druk en stroming van een vloeistof gebruikt om mechanische energie te leveren, waarbij de vloeistof nauwelijks in beweging is. | | Stuurschuif | Een klep die de richting en de hoeveelheid van de hydraulische vloeistof regelt die naar een actuator (zoals een cilinder of motor) wordt gestuurd. |