Aufrufe
vor 5 Monaten

O+P Fluidtechnik 6/2019

O+P Fluidtechnik 6/2019

SIMULATION FORSCHUNG UND

SIMULATION FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 03 04 Druckleitung eines verzweigten hydrostatischen Antriebsstrangs mit beginnendem Druckpulsationsproblem Simulationsmodell des hydrostatischen Beispielantriebsstrangs Anregung durch Volumenstrompulsation, die durch prinzipbedingte kinematische Ungleichförmigkeiten und Umsteuervorgänge in den Hydrostaten entsteht. Die Volumenstromwellen induzieren Druckwellen, die als Anregung durch das gesamte hydraulische System laufen. Aufgrund der variablen Drehzahl der Hydrostaten wird das Hydrauliksystem durch die Druckpulsation in einem breiten Frequenzspektrum angeregt, was unglücklicherweise die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Systemresonanz „getroffen“ wird. Im nachfolgenden Beispiel wird zunächst vereinfachend allein die Anregung durch die Grundfrequenz f eines Hydrostaten (f=n∙z) betrachtet. Die reale Anregung durch einen Hydrostaten ist deutlich komplexer, was bei der Analyse der Druckschwingungssituation thematisiert wird. Ob es im Resonanzfall im hydrostatischen Antriebsstrang zu einem Druckschwingungsproblem kommt, hängt von der Höhe der Druckpulsation und von der Systemdämpfung ab. In Bild 02 ist dies idealisiert für einen charakteristischen Druckpuls der Quelle (Pumpe) dargestellt, wobei die Aussagen prinzipiell auch für einen Druckpuls des Verbrauchers (Motor) gültig sind. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Systemresonanz getroffen wird, erhöht sich mit jedem Hydrostaten, der seine Drehzahl ändert. Der Druckpuls der Quelle in Bild 02 „läuft“ zunächst als Druckwelle durch das Leitungssystem in Richtung Verbraucher. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle hängt dabei vom Druckniveau, der Temperatur und von der Steifigkeit der Rohr- oder Schlauchwand ab [3]. Dämpfung erfährt die Druckwelle dabei durch die interne Reibung im Fluid und vor allem durch das viskoelastische Verhalten eventuell im Leitungssystem verbauter Schläuche [4], die mit der Druckwelle interagieren. Die Energie der Druckwelle wird in Wärme umgewandelt (dissipiert). Am Verbraucher angekommen, läuft die Druckwelle in diesen ein, wird in diesem weiter gedämpft und durch diesen reflektiert. Was von der Druckwelle jetzt noch übrig ist, läuft durch das Leitungssystem zurück in Richtung Quelle, wobei wiederum Energie dissipiert wird. Im Idealfall wird eine von der Quelle ins System eingebrachte Druckwelle auf ihrem Weg durch das System und zurück zur Quelle komplett dissipiert. Selbst wenn die Resonanz „getroffen“ wird, kommt es dann zu keinem Druckpulsationsproblem. Bei hydrostatischen Antriebssträngen größerer Leistung ist nicht die kinematische, sondern die kompressionsbedingte Pulsation die dominierende Anregung. In der Regel ist die kompressionsbedingte Druckpulsation so groß, dass die erzeugte Druckwelle nicht komplett dissipiert wird. Salopp ausgedrückt bleibt von der Druckwelle auf ihrem Weg durch das Leitungssystem immer noch so viel „übrig“, dass sie es bis zur Quelle zurückschafft. Im Resonanzfall (Bild 03) trifft die rücklaufende Druckwelle genau dann auf die Quelle, wenn von dieser eine neue Druckwelle erzeugt wird. Durch die Überlagerung der beiden Druckwellen ergibt sich eine Druckwelle mit etwas größerer Amplitude. Von dieser zweiten Druckwelle bleibt bei ihrer Rückkehr zur Quelle 38 O+P Fluidtechnik 6/2019

SIMULATION noch mehr erhalten als von der ersten, sodass die dritte Druckwelle eine noch größere Amplitude besitzt, usw. Das Druckpulsationsproblem ist entstanden. Bild 03 visualisiert die Resonanzsituation in einem verzweigten hydrostatischen Antriebsstrang und verdeutlicht, dass mit jedem zusätzlichen im Antriebsstrang enthaltenen Hydrostaten die Gefahr weiter steigt, dass eine Systemresonanz „getroffen“ wird. Resonanzen und die daran gekoppelten Schwingungsformen bilden sich nämlich nicht nur zwischen der Quelle und den Verbrauchern, sondern auch zwischen den Verbrauchern selbst. Der Beispielantriebsstrang aus Bild 03 hat drei unterschiedliche Leitungslängen, von der jede einzelne durch die beiden angeschlossenen Hydrostaten angeregt wird. In Summe ergeben sich hieraus für den Antriebsstrang 3 (Leitungslängen) × 2 (Hydrosta- 05 Zeitsignal und FFT-Spektrum der Drücke am Hydrostatenflansch 06 Spektrogramme der Drucksignale bei simultaner Verstellung der Hydrostaten O+P Fluidtechnik 6/2019 39

Ausgabe

© 2018 by Vereinigte Fachverlage GmbH. Alle Rechte vorbehalten.