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O+P Fluidtechnik 7-8/2016

O+P Fluidtechnik 7-8/2016

VDMA Dipl.-Ing. Benjamin

VDMA Dipl.-Ing. Benjamin Beck FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Thema: Sicherheitskonzepte für mobilhydraulische Antriebsstrukturen mit getrennten Steuerkanten (Sicherheit getrennter Steuerkanten) Vortragender: Dipl.-Ing. Benjamin Beck Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 702910 Forschungsstelle: Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden 01 Steuerungskonzept und Fehlererkennungsalgorithmus Zielsetzung: Ziel dieses Forschungsprojekts war es, sicherheitstechnische Referenzlösungen für funktionale Grundstrukturen von Steuerungssystemen mit getrennten Steuerkanten in mobilen Arbeitsmaschinen zu entwickeln und zu erproben. Für sichere, zuverlässige und leistungsfähige Arbeitsmaschinen sind fehlertolerante Hardware, Software und Kommunikation sowie geeignete Entwicklungswerkzeuge notwendig. Die gefundenen Referenzlösungen sollten sich durch möglichst einfache Strukturen, einen geringen Komponentenumfang, eine hohe Robustheit und Verfügbarkeit sowie geringe Kosten auszeichnen. Aus den erzielten Ergebnissen waren Konsequenzen für die Weiterentwicklung der elektrohydraulischen Komponenten abzuleiten. Die entwickelten sicherheitstechnischen Referenzlösungen wurden beispielhaft an einem Demonstrator angewendet und getestet. Zusammenfassung und Ausblick: Systeme mit getrennten Steuerkanten stellen eine kommerziell günstige Lösung zur Energieeffizienzsteigerung und Verbesserung des dynamischen Verhaltens konventioneller ventilgesteuerter Systeme dar. Es existiert jedoch eine große Variantenvielfalt mit stark unterschiedlichen Systemeigenschaften. In diesem Forschungsvorhaben wurde gezeigt, dass durch eine gewichtete Punktbewertung diejenigen Systeme herausgefiltert werden können, die sich durch ein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis, die erforderliche Sicherheit und hohe Verfügbarkeit auszeichnen. Eine wichtige Voraussetzung für einen aussagekräftigen Bewertungsprozess sind objektive Bewertungsmaßstäbe. Bezogen auf die Kriterien Sicherheit und Verfügbarkeit wurden dazu die Ausfallwahrscheinlichkeiten der Sicherheits- und Arbeitsfunktion mittels Fehlerbaumanalyse ermittelt. Es wurde gezeigt, wie die Fehlerbäume bezüglich Sicherheit und Verfügbarkeit aufgebaut und was bei der quantitativen Auswertung mittels Boolescher Algebra berücksichtigt werden muss. Weiterhin wurde gezeigt, wie die Fehlerbäume der Sicherheit in ein Blockschaltbild umgewandelt werden können. Damit ist erstmalig auch eine Einordnung verschiedenster Strukturen mit getrennten Steuerkanten in die Kategorien nach ISO 13849 möglich. Durch Anwendung dieser Methodik auf die Beispielapplikation Kompaktbagger wurde eine Lösung für den Auslegerzylinder für einen PL r = d identifiziert. Für diese Vorzugslösung wurde ein Simulationsmodell aufgebaut, ein Steuerungskonzept entwickelt und der an Forschungsstelle vorhandene Prüfstand Baggerarm durch bereitgestellte Ventilblöcke auf die Vorzugslösung mit getrennten Steuerkanten erweitert. Mithilfe der Systemsimulation wurde ein Fehlererkennungsalgorithmus für das Heben und Senken des Auslegerzylinders im Normalmodus entwickelt (Bild 01). Messungen zeigen die gute Funktionalität der Fehlererkennung und der Sicherheitsfunktion. Ungewollte Fehlalarme werden im Normalmodus nicht gemeldet. Es kann mit der gewählten Vorzugslösung ein PL = e erreicht werden. 62 O+PFluidtechnik 7-8/2016

VDMA Dipl.-Ing. Jan Siebert Thema: Reduzierung systembedingter Energieverluste an Druckwaagen in Load-Sensing-Systemen durch Reihenschaltung eines Hydrospeichers Vortragender: Dipl.-Ing. Jan Siebert Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703050 Forschungsstelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Teilinstitut Mobile Arbeitsmaschinen Zielsetzung: Ziel des Projektes ist es, die systembedingten Energieverluste durch Drosselung in Load-Sensing-Systemen zu reduzieren und dadurch die Energieeffizienz bzw. den Gesamtwirkungsgrad dieser Systeme zu 02 Basiskonzept des Prüfstands steigern. Hierzu soll ein Hydrospeicher mit den lastniederen Verbrauchern gemäß deren individueller Belastungssituation über die Rücklaufleitungen in Reihe geschaltet werden. Die so rückgewonnene Energie kann dem System wieder zugeführt werden. Die hierfür notwendige Schaltung soll im Rahmen dieses Projektes entwickelt werden. Um ein vorhandenes System mit der entwickelten Schaltung auszurüsten, werden pro Sektion die entsprechenden Schaltungskomponenten sowie einmal pro Maschine ein hydraulischer Blasenspeicher sowie eine Vorrichtung zum Rückspeisen der Energie benötigt. Die Entwicklung letzterer ist nicht Teil des laufenden Forschungsprojekts. Zusammenfassung und Ausblick: Die Schaltung wurde bereits entwickelt und in der Simulation eingehend untersucht. Es stehen zwei Varianten der Schaltung zur Verfügung (adaptiv, konservativ), die je nach Belastungszyklus der entsprechenden Anwendung eingesetzt werden können. Die beiden Prinzipien unterscheiden sich auf der einen Seite in einer höheren Effizienzsteigerung, die auf der anderen Seite mit einer gesteigerten Komplexität einhergeht. Ein Funktionsprototyp des Tank-/Speicher-Logikventils wurde entwickelt und auf einem Prüfstand getestet (Bild 02). Die entsprechenden Messungen haben ergeben, dass der Prototyp funktioniert, allerdings noch hinsichtlich seiner Dynamik optimiert werden muss. Ein validiertes Simulationsmodell liegt vor. Als Prüfstand wurde in Abstimmung mit dem projektbegleitenden Ausschuss das Load-Sensing-System eines Hydraulikbaggers aufgebaut und in Betrieb genommen. Zusätzlich wurde dieses System als Simulationsmodell abgebildet. Das Modell wurde mit dem Prüfstand bereits verifiziert und validiert. Die abschließenden Messungen und der Vergleich mit den Daten aus der Simulation stehen noch aus. Der entsprechende Validierungszyklus liegt bereits vor. Die noch fehlenden Messungen sowie der Abgleich mit der Simulation wird voraussichtlich bis Ende Juni 2016 abgeschlossen sein. Die Untersuchung des Gesamtsystems erfolgt im Rahmen einer Zusammenführung der validierten Teilsimulationsmodelle des Prüfstands und des Tank-/Speicher- Logikventil-Prototyps. Für eine abschließende Bewertung der Effizienzsteigerung werden die Daten des Validierungszyklus mit dem Gesamtmodell untersucht und die Ergebnisse ausgewertet. Im Anschluss an die Auswertung wird der Abschlussbericht des Projektes geschrieben. O+PFluidtechnik 7-8/2016 63

Ausgabe

O+P Fluidtechnik 10/2018
O+P Fluidtechnik 9/2018
O+P Fluidtechnik 7-8/2018
O+P Fluidtechnik 6/2018
O+P Fluidtechnik 5/2018
O+P Fluidtechnik 4/2018
O+P Fluidtechnik 3/2018
O+P Fluidtechnik 1-2/2018
O+P Fluidtechnik REPORT 2017
O+P Fluidtechnik 11-12/2017
O+P Fluidtechnik 10/2017
O+P Fluidtechnik 9/2017
O+P Fluidtechnik 7-8/2017
O+P Fluidtechnik 6/2017
O+P Fluidtechnik 5/2017
O+P Fluidtechnik 4/2017
O+P Fluidtechnik 3/2017
O+P Fluidtechnik 1-2/2017
O+P Fluidtechnik 11/2016
O+P Fluidtechnik 10/2016
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O+P Fluidtechnik 7-8/2016
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O+P Fluidtechnik KJB 2016
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