Elektromechanische Ansteuerungen großer Schaltventile in volumenstromgeregelten Hydrauliksystemen
Ventile großer Nenngröße benötigen große Schaltkräfte um betätigt zu werden. Derzeit werden diese über eine hydraulische Vorsteuerung erzeugt, dabei wird der Leistungsfluss durch ein kleineres Ventil, das Vorsteuerventil, kontrolliert. Dies bedeutet, jedoch einen vermehrten Komponentenaufwand. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer direkten elektromechanischen Ansteuerung großer Schaltventile, sodass die Vorsteuerstufe entfallen kann.
| Nutzen | Vorgehen |
|---|---|
| Beurteilung verschiedener Aktorkonzepte als Ansteuerung von Schaltventilen |
Ermitteln der Anforderungen an neue Aktorkonzepte |
| Reduktion der Anlagenkomponenten durch die Einsparung der Vorsteuerstufe |
Bestimmung der Eignung verschiedener Aktorkonzepte |
| Erhöhung der Anlagenrobustheit durch die Einsparung der Vorsteuerstufe | Entwicklung von Testmustern für die Ventilbetätigung |
|
Bewertung der Testmuster |
Kontakt
Name
Forschungsgruppe Hochleistungskomponenten
- E-Mail schreiben
Potentielle Aktoren
Für die elektromechanische Ansteuerung werden heutzutage verschiedene Aktoren, wie z.B. Schaltmagnete, Tauchspulen oder Linearmotoren eingesetzt. Neben diesen konventionellen Aktoren weisen auch die sogenannten unkonventionellen Aktoren ein großes Potential als mögliche Ansteuerung von Ventilen auf.
Zu den unkonventionellen Aktoren zählen neben Piezokristallen, welche sich durch die großen erreichbaren Kräfte und die hohe erreichbare Dynamik auszeichnen, auch elektro-/magnetorheologische Flüssigkeiten, sowie thermische Aktoren, z.B. Thermobimetalle.
Herausforderungen unkonventioneller Aktoren
Unkonventionelle Aktoren sind den konventionellen Aktoren in manchen Bereichen überlegen, jedoch weisen Sie auch entsprechende Nachteile auf. Piezokristalle besitzen Vorteile im Bezug der aufbringbaren Kraft oder der erreichbaren Dynamik. Dafür sind jedoch nur sehr kleine Bewegungen realisierbar. Bei der Verwendung von Aktoren ist sicherzustellen, dass diese alle Anforderungen in ausreichendem Maße erfüllen. Sollten einzelne Anforderungen nicht erfüllbar sein können die Aktoren untereinander oder mit Übertagungskomponenten kombiniert werden um alle Anforderungen in ausreichendem Maß zu erfüllen. Dies ist schematisch in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.
In der Abbildung ist dargestellt, wie ein Aktor mit einer Übertragungskomponente zu einem Aktorkonzept kombiniert wird. Rechts daneben werden die wichtigsten Anforderungen an das synthetisierte Konzept dargestellt. Aus Sicht der Ventilansteuerung sind besonders die Eigenschaften: erreichbare Stellkraft, realisierbare Hub und erreichbare Dynamik des neuen Konzeptes wichtig.
Entwicklung einer direkten elektromechanischen Ansteuerung
Nach der Entwicklung möglicher Aktorkonzepte ist die Eignung dieser zu verifizieren. Hierzu sollen die Konzepte als Funktionsmuster realisiert werden. Die gefertigten Funktionsmuster sind anschließend auf einem am ifas zu Verfügung stehendem Ventilprüfstand zu vermessen. Durch die Auswertung der Ergebnisse soll schlussendlich gezeigt werden, dass das neu entwickelte Aktorkonzept als Ventilantrieb geeignet ist.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 20084_N/1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. – FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.