Aufrufe
vor 1 Jahr

O+P Fluidtechnik 7-8/2017

O+P Fluidtechnik 7-8/2017

Modellbildung

Modellbildung Flussdichte B FEM Simulation VDMA SENSORGERECHTE KONSTRUKTION ELEKTROMAGNETISCHER VENTILAKTOREN Dipl.-Ing. Thomas Kramer, Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi); Nr. 19093 BR/1 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist die Verbesserung der sensorlosen Positionsbestimmung von elektromagnetischen Ventilaktoren durch die gezielte Anpassung der Magnetgestaltung und der Ansteuerung. Der Informationsgehalt soll erhöht werden, indem der Arbeitsbereich bzw. die Genauigkeit der Positionsbeobachtung maximiert wird. 07 Aktuelle Aktuelle Arbeiten Arbeiten zur Modellbildung zur Modellbildung und FEM-Simulation und FEM Simulation Beispielaktoren • elektrische Leitfähigkeit κ • Magnetkennlinien B (H) Parametrierung 3D 3D Feldstärke H 2D 2D Zusammenfassung und Ausblick: Der Entwicklungsstand elektromagnetischer Aktoren ist bereits auf einem hohen Stand, jedoch noch nicht vollständig ausgeschöpft. Für die stetig steigenden Anforderungen bezüglich Sicherheit, Verfügbarkeit, Lebensdauer und Komfort rückt die sensorische Erfassung von charakteristischen Ventilgrößen zunehmend in den Fokus. Um gleichzeitig der Miniaturisierung und Robustheit Rechnung zu tragen, kann über die inhärenten Zusammenhänge eines Elektromagneten beispielsweise die Ankerposition mit einfacher Strom- und Spannungsmessung beobachtet werden. Elektromagnetische Ventilaktoren sind derzeit vorrangig für deren Aktorfähigkeit ausgelegt. Die gezielte Ausprägung der inhärenten Zusammenhänge in Form der Sensorfähigkeit blieb bisher unberücksichtigt. Nur mit der gezielten Weiterentwicklung kann das Potenzial von Ventilaktoren weiter ausgeschöpft werden. Der Fokus des Projekts ist die gezielte Weiterentwicklung elektromagnetischer Ventilaktoren hinsichtlich ihrer Sensorfähigkeit. Dazu wird exemplarisch an zwei Beispielaktoren, die für die Fluidtechnik repräsentativ sind, eine systematische Verbesserung der Sensoreigenschaften gezeigt. Aktuell werden zu zwei ausgewählten Beispielaktoren FEM-Simulationsmodelle aufgebaut, die die relevanten Einflüsse von Sättigung, magnetischer Materialhysterese und Wirbelstrom abbilden (Bild 7). Problemstellen, die zu einer unzureichenden Positionsbeobachtung führen, werden anschließend identifiziert. Im Folgenden werden Lösungen aufgezeigt, um den Arbeitsbereich der Positionsbeobachtung zu erhöhen sowie um parasitäre Effekte, die zu Mehrdeutigkeiten der Positionsbeobachtung führen, zu reduzieren. Die Lösungen werden gezielt Kennfelder des induktiven Verhaltens an den Problemstellen der Beispielaktoren angewandt und simulationsgestützt untersucht. Dazu werden Gestaltungsmaßnahmen und Werkzeuge entwickelt, um das Vorgehen an anderen elektromagnetischen Ventilaktoren zielorientiert anwenden zu können. Das erreichte Verbesserungspotenzial der Sensorfähigkeit wird mit Hilfe eines aufzubauenden Demonstrators validiert. Die Ansteuer- und Auswertealgorithmen werden bezüglich der verbesserten Positionsbeobachtung mit dem Fokus einer praxistauglichen industrienahen Nutzung weiterentwickelt. Im Ergebnis steht sowohl das Verbesserungspotenzial beispielhaft dargestellt an zwei ausgewählten repräsentativen Ventilaktoren als auch eine Methodik, die eine einfache Übertragung an weitere Aktoren zulässt. Darüber hinaus werden weitere Anwendungsgebiete unter Nutzung der verbesserten Positionsbeobachtbarkeit erschlossen. 52 O+P Fluidtechnik 7-8/2017

VDMA ENERGIEEFFIZIENTE KONZEPTE ZUR DRUCKWANDLUNG IN DER PNEUMATIK M. Sc. Elvira Rakova, Institut für Fluidtechnik (IFD) der TU Dresden M. Sc. Stephan Merkelbach, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen Förderung: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA; FKM-Nr. 703461/703462 Zielsetzung: Pneumatische Antriebe kommen in großen Stückzahlen für den automatisierten Betrieb heutiger Produktionsanlagen zum Einsatz, wobei sie Antriebsaufgaben mit sehr unterschiedlichen Anforderungen und Parametern lösen. Im Vergleich zu anderen Antriebstechnologien zeichnen sie sich durch eine hohe Robustheit und niedrige Anschaffungskosten, Wartungsfreundlichkeit und einen geringen Installationsaufwand aus.. Zusammenfassung und Ausblick: Im Rahmen des Projekts werden durch Ausnutzung von Analogien zur Hydraulik und Elektrotechnik neuartige Konzepte zur energieeffizienten Druckwandlung in der Pneumatik entwickelt und untersucht. Die Entwicklungsstrategie zielt auf die Überführung bestehender, energieeffizienter Konzepte aus den Bereichen der elektrotechnischen Schaltwandler und hydraulischen Transformatoren in pneumatische Systeme ab. Zur Erfüllung der Zielstellung werden verschiedene für die Übertragung geeignete Konzepte simulationstechnisch analysiert und bewertet. Die Lösungsvarianten werden hinsichtlich ihrer funktionalen Eignung und ihres Potenzials zur Effizienzsteigerung gegenüber konventionellen Systemen untersucht. Jeweils ein Konzept zur Druckerhöhung und -reduzierung wird als Demonstrator aufgebaut und vermessen. Im Ergebnis soll das Potenzial zur Weiterentwicklung und wirtschaftlichen Verwertbarkeit der Konzepte beurteilt werden. Ziel des vorgestellten Projekts ist es, durch Übertragung von Wandlungsprinzipien aus der Elektrotechnik und der Hydraulik auf die Pneumatik die Effizienz der lokalen Druckanpassung gegenüber den derzeit genutzten Druckminderern und -boostern zu erhöhen. Das IFAS untersucht die Übertragung von Hydrotransformatorkonzepten aus der Hydraulik in die Pneumatik. Diese nutzen jeweils einen Kompressor und einen Druckluftmotor, welche auf einer gemeinsamen Welle laufen (Bild 8). Sie bieten die Möglichkeit eines erhöhten Massestroms bei abgesenktem Druck oder aber einer Druckerhöhung bei geringerem Massestrom hinter dem Transformator. Am IFD wurde die Umsetzung elektrischer Schaltwandlerprinzipien in die Pneumatik untersucht. Durch die Simulation verschiedener zur Druckerhöhung bzw. zur Druckabsenkung geeigneter Schaltwandlerkonzepte wurden funktionsfähige Schaltungen sowie Konstruktions- und Befüllparameter identifiziert. Auf Basis der Simulations- und Optimierungsergebnisse wurden im dritten Arbeitspaket an beiden Instituten jeweils Funktionsmuster aufgebaut, anhand derer die Umsetzbarkeit der Prinzipien für die Nutzung in realen Druckluftsystemen dargestellt wurde. 08 Schematische Schematische Darstellung Darstellung des Konzepts des aus Konzepts getrennten aus Einheiten getrennten Einheiten p Vers p Umg p Vers p Umg SV M,ein SV M,aus Variation des Schaltpunkts CV K,ein CV K,aus V M,OT V M,UT V K,OT V K,UT p Ziel p Vers p Ziel p Vers Variation des Schaltpunkts O+P Fluidtechnik 7-8/2017 53

Ausgabe

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
O+P Fluidtechnik 9/2016
O+P Fluidtechnik 7-8/2016
O+P Fluidtechnik 6/2016
O+P Fluidtechnik 5/2016
O+P Fluidtechnik 4/2016
O+P Fluidtechnik 3/2016
O+P Fluidtechnik 1-2/2016
O+P Fluidtechnik KJB 2016
© 2018 by Vereinigte Fachverlage GmbH. Alle Rechte vorbehalten.