O+P Fluidtechnik 6/2019

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG SIMULATION DRUCKSCHWINGUNGSANALYSE HYDROSTATISCHER ANTRIEBSSTRÄNGE Heiko Baum Druckschwingungen in hydrostatischen Antriebssträngen können Geräusche und Bauteilschädigungen verursachen und beeinträchtigen die Funktion und die Zuverlässigkeit. Eine Analyse der Druckschwingungssituation kann nur im Gesamtsystem erfolgen, da Leitungsverzweigungen und die Hydrostaten selbst Einfluss auf die Resonanzfrequenzen und die Schwingungsformen ausüben. Eine Visualisierung der Schwingungsform hilft, die Wirkzusammenhänge im hydrostatischen Antriebsstrang zu verdeutlichen und ist eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung von Abhilfemaßnahmen. In diesem Beitrag wird die Vorgehensweise einer simulativen Druckschwingungsanalyse am Beispiel eines hydraulischen Antriebsstrangs mit drei individuell verstellbaren Hydrostaten präsentiert. 36 O+P Fluidtechnik 6/2019

SIMULATION EINLEITUNG Gesteigerte Anforderungen der Kunden nach reduziertem Verbrauch, verbessertem Komfort und erhöhter Leistungsfähigkeit sowie gesetzliche Vorgaben bezüglich der maximal zulässigen Schadstoffemissionen haben zur Folge, dass ein moderner Antriebsstrang immer komplexer wird. Für den Fahrantrieb mobiler Arbeitsmaschinen haben sich in den letzten Jahrzehnten teil- und vollhydrostatische Antriebsstrangkonzepte in vielen Anwendungen etabliert, wobei jedoch unterschiedliche Belastungsprofile angepasste Lösungen für den Antriebsstrang und die Getriebesteuerung erforderlich machen [1]. Die Mehrzahl der hydrostatischen Antriebsstränge (Bild 01) besitzt mindestens eine Fahrpumpe und in der Regel mehrere Fahrmotoren. Verbunden sind die Hydrostaten des Getriebes durch ein Leitungssystem, das sich abhängig von der Topologie des gesamten Fahrzeugs in mehrere Leitungen unterschiedlicher Länge verzweigt. Die Hydrostaten werden individuell verstellt, um den Antriebsstrang im optimalen Wirkungsgradbereich zu betreiben oder um spezielle Betriebsbedingungen, wie z. B. bei großen Maschinen eine enge Kurvenfahrt, zu ermöglichen. PROBLEMSTELLUNG Die geforderte Flexibilität moderner Antriebsstränge stellt nicht nur besondere Anforderungen an die Steuerung der Hydrostaten, auch hinsichtlich des Druckschwingungsverhaltens der Leitungen stehen die Entwickler immer wieder vor neuen Herausforderungen. Mit modernen fluidtechnischen 1D-Simulationswerkzeugen [2] ist heute jedoch eine Vorhersage möglich, bei welchen Betriebsbedingungen (stationärer Druck, dynamische Druckamplitude, Frequenz der Pulsation) der Antriebsstrang druckschwingungsmäßig auffällig ist. Grundsätzlich gilt, dass jedes Hydrauliksystem, auch ein hydrostatischer Antriebsstrang, mehrere Eigenfrequenzen besitzt. Dies bedeutet aber noch nicht, dass im System auch Resonanzprobleme auftreten, denn dazu müssen die Eigenfrequenzen zunächst einmal angeregt werden. Im Antriebsstrang erfolgt die 01 Schemata und Anwendungsbeispiele unterschiedlicher Antriebsstrangkonzepte [1] 02 Druckpulsausbreitung in einem einfachen hydrostatischen Antriebsstrang mit ausreichender Systemdämpfung O+P Fluidtechnik 6/2019 37