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O+P Fluidtechnik 1-2/2017

O+P Fluidtechnik 1-2/2017

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG STEUERUNGEN UND REGELUNGEN TITEL SIMULATIONSPROGRAMM ZUR STABILITÄTSANALYSE UND BETRIEBSPUNKT- BESTIMMUNG VON SENKBREMSVENTILEN Martin Zerres Senkbremsventile bremsen voreilende Lasten kontrolliert ab. Wie groß der Steuerdruck für einen bestimmten Volumenstrom sein muss oder ob die Schaltung stabil ist, hängt von vielen Faktoren ab und ist auch mit viel Erfahrung kaum vorherzusagen. SUN Hydraulik hat zur Beantwortung dieser Fragen ein Programm entwickelt, dass den Betriebspunkt genau berechnet und die Druckschwankungen simuliert. 36 O+P Fluidtechnik 1-2/2017

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN FUNKTION VON SENKBREMSVENTILEN Eine typische Schaltung mit Senkbremsventilen ist in Bild 01 zu sehen. In Ruhestellung hält das Senkbremsventil die Last leckagefrei in Position. Soll die Last in Kraftrichtung bewegt werden, erfolgt die Bewegung gegen die Ventileinstellung. Für das Wegeventil wird aus der nicht kontrollierbaren negativen Last eine kontrollierbare positive Last. In dem gezeigten Beispiel wird die Last durch Druck auf die Zylinderringseite (p₃) abgesenkt. Der Druck p₃ wirkt mit dem Zylinderflächenverhältnis gegen die Ventileinstellung. Um einen unnötig hohen Steuerdruck zu vermeiden, wird über den Aufsteueranschluss die Ventileinstellung abgesenkt. Ist der Zylinder in Bewegung, regelt das Senkbremsventil die Lastgeschwindigkeit. Bei einer zu schnellen Lastbewegung fällt der Druck p₃ ab. Mit fallendem Druck steigt die Ventileinstellungen an und die Last wird sanft abgebremst. Das Senkbremsventil verhindert so ein unkontrolliertes Zylinder- oder Motorenvoreilen. Die erläuterte Schaltung aus Bild 01 ist eine preiswerte und einfache Möglichkeit, eine Last kontrolliert zu bewegen und sicher in Position zu halten. Zusätzlich übernimmt ein Senkbremsventil auch die Druckbegrenzungsfunktion eines Verbraucher anschlusses [1][2]. Der Öffnungsdruck von einem Senkbremsventil kann mit der Formel: Volumenstrom auch der benötigte Steuerdruck ansteigt. Die Ursache für den Druckanstieg sind Strömungs-, Reib- und Federkräfte. Auf einen Zylinder wirkt in Ruhestellung nur der induzierte Lastdruck L. Wird zur Lastbewegung der Druck p₃ erhöht, steigt der Druck p₁ mit dem Zylinderflächenverhältnis an (Kräftegleichgewicht Z 1 ). Der Öffnungs- (OP) und der Betriebspunkt (BP) liegen an den Schnittpunkten der Kennlinien. Der erforderliche Druck für den gewünschten Volumenstrom kann aus dem Diagramm abgelesen werden. POINTIERT KONTROLLIERTE UND SICHERE LASTABSENKUNG SIMULATION DER STABILITÄT BETRIEBSPUNKTBESTIMMUNG S − L p3 = (1) PR + CR berechnet werden. Der Steuerdruck p₃ muss die Ventileinstellung S abzüglich des induzierten Lastdruckes L überwinden. Der Druck wirkt mit dem Aufsteuerverhältnis PR und dem Zylinderflächenverhältnis CR gegen die Federkraft im Ventil. Der so berechnete Öffnungspunkt ist für die meisten Anwendungen ausreichend genau. Mit seiner Hilfe kann aber keine Aussage über den notwendigen Druck für einen geplanten Volumenstrom gemacht werden. Dieser hängt neben den genannten Parametern auch vom Ventiltyp, z. B. gedrosselt oder nicht gedrosselt, ab. Die Frage nach dem benötigten Steuerdruck für einen bestimmten Volumenstrom kann also nicht einfach beantwortet werden. Außerdem wird im Zusammenhang mit der Anwendung von Senkbremsventilen auch häufig nach Informationen zu der Schaltungsstabilität gefragt. Ein System neigt eher zur Instabilität, wenn kleine Änderungen eine große Wirkung haben. Bei Senkbremsventilen können Instabilitäten auftreten, wenn bei kleinen Steuerdruckänderungen der Volumenstrom stark variiert. Das in diesem Artikel vorgestellte Simulationsprogramm beantwortet die zwei beschriebenen Fragestellungen. Anhand weniger Parameter bestimmt das Programm den genauen Betriebspunkt und simuliert die zu erwartenden Druckschwankungen. Die Programmoberfläche ist in Bild 02 zu sehen. BETRIEBSPUNKTBESTIMMUNG Der genaue Betriebspunkt einer Senkbremsventilschaltung mit Zylinder bzw. Motor kann in einem p₁-p₃-Diagramm ermittelt werden (Bild 03). Die Ventilkennlinien und das Kräftegleichgewicht am Zylinder können in dem Diagramm dargestellt werden. Ist der Steuerdruck p₃ gleich Null muss der Druck p₁ zur Ventilöffnung die Ventileinstellungen überschreiten. Mit steigendem Steuerdruck werden die Einstellungen reduziert und der Ventilöffnungsdruck wird kleiner. Der Unterschied zwischen den beiden Kennlinien Q MIN und Q NENN zeigt, dass mit zunehmendem 01 Verschaltung von Senkbremsventilen O+P Fluidtechnik 1-2/2017 37

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