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Untersuchung von Verstellsystemen hydraulischer Pumpen und deren Optimierung

Motivation

In hydraulischen Maschinen und Anlagen kommen an vielen Stellen hydraulische Pumpen mit verstellbaren Fördervolumen zum Einsatz. Dies ermöglicht, bedarfsgerecht hydraulische Leistung bereitzustellen. Somit können die auftretenden Verluste gegenüber Systemen mit Konstantpumpen stark verringert werden. Nachteilig ist jedoch, dass für das Stellsystem zusätzlich Leistung bereitgestellt werden muss. Bisherige Arbeiten haben sich ausschließlich mit Problemstellungen der Dynamik befasst. Untersuchungen zum Einfluss des Stellsystems auf den Wirkungsgrad wurden vor Durchführung dieses Projektes nicht durchgeführt.


Inhalte und Ziele des Forschungsprojekts

Die Regelung bzw. Steuerung der Verstellung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Häufig kommen in Pumpen Druckregelungen zum Einsatz, die unabhängig vom Volumenstrom in der Druckleitung einen voreingestellten Druck konstant halten. Eine weitere Art der Verstellung ist die Förderstromregelung, bei der durch die Rückführung des Schwenkwinkels ein elektrisches Ansteuersignal für die Verschwenkung der Pumpe vorgegeben werden kann. Komplexere Regelstrukturen, wie z.B. die Leistungsregelung, werden im aktuellen Projekt nicht betrachtet. Weiterhin kann bei allen Verstelleinheiten bezüglich der Versorgung mit Steueröl zwischen Selbstversorgern und Fremdversorgern unterschieden werden.

Um erste belastbare Hinweise auf die durch das Stellsystem auftretenden Verluste zu bekommen, wird ein Prüfstand aufgebaut. Dieser Prüfstand ähnelt im Aufbau einem konventionellen Wirkungsgradprüfstand. Zusätzlich wird ein Sensorblock zur Aufzeichnung des Reglervolumenstroms und des Stellkolbenkammerdrucks zwischen Pumpe und Regler montiert. Mit Hilfe dieser Messungen kann anschließend die vom Stellsystem aufgenommene hydraulische Leistung ermittelt werden.

Im Anschluss kann das Reglerverhalten in einer validierten Simulation abgebildet werden. Daraus können die Verlustmechanismen am Stellsystem abgeleitet und Potentiale zur Optimierung solcher Systeme aufgezeigt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen werden Konzepte zur effizienteren Gestaltung von Verstellsystemen ausgearbeitet. Weiterhin ist eine genauere Abbildung des Verlustverhaltens und der Dynamik von Verstellpumpen in hydraulischen Gesamtsystemsimulationen möglich.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Stephan Wegner

Ergebniszusammenfassung

Ergebniszusammenfassung 78Hy82 - Verstellsysteme
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