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O+P Fluidtechnik 9/2018

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FORSCHUNGSFONDS

FORSCHUNGSFONDS FLUIDTECHNIK NACHWEIS DER FUNKTIONSFÄHIGKEIT EINES FLACHSCHIEBERVENTILS MIT KERAMIKKOMPONENTEN FÜR DIE HYDRAULIK Dr.-Ing. Christian Schleihs, Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme, ifas, der RWTH Aachen Förderung: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF) aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi); Nr. 19576 N/1 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG ZIELSETZUNG Das Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Funktionsmusters eines Flachschieberventils, bestehend aus Keramikkomponenten in der Ventilstufe (Schieber und Steuer- / Kompensationsplatten) und handelsüblichen Ventilkomponenten zur Betätigung (Aktoren, Positionssensoren und Regelelektronik) sowie der Peripherie (Gehäuse und Deckel). Mit diesem Funktionsmuster sollen zum einen relevante statische und dynamische Kenngrößen der Hydraulik ermittelt werden, mit denen die Funktionsfähigkeit des Flachschieberventils nachgewiesen werden kann. Zum anderen soll der Versuchsaufbau genutzt werden, um die Eignung und die Zuverlässigkeit der kera mischen Werkstoffe in Hydraulikmedien zu erproben. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Funktionsmusters eines Flachschieberventils, welches in der Ventilstufe (Schieber und Steuer-/Kompensationsplatten), aus Keramikkom ponenten besteht. Dabei soll die Funktions fähigkeit des Flachschieberventils nach gewiesen werden und die Eignung und Zuverlässigkeit von keramischen Werkstoffen in hydraulischen Anlagen erprobt werden. Am ifas wird die hydraulische Stufe konstruiert und ausgelegt, während das IWM die Werkstoffauswahl, Charakterisierung und Auslegung der Keramikkomponenten durchführt. Zunächst wurden die Anforderungen an das Ventil von beiden Forschungsstellen klar definiert. Zur Auslegung der hydraulischen Stufe wurde ein Modell der Bauteile in Matlab implementiert, mit welchem es möglich ist unterschiedliche Ventilgeometrien zu untersuchen. Eine Validierung des Programmes wird mit Hilfe eines vorhandenen Demonstrators durchgeführt. 09 Im weiteren Projektfortschritt wird ein Versuchsaufbau der Flachschiebergeometrie mit einer Ventilstufe aus Stahl am ifas aufgebaut und eine Erprobung und Abstimmung der Druckkompensation durchgeführt werden. Das IWM wird Design-Richtlinien für die keramikgerechte Konstruktion und Fertigung der Keramikkomponenten aufstellen und ermittelt mithilfe bruchstatistischer Methoden die Zuverlässigkeit der Komponenten. Mit den gewonnenen Erkenntnissen der Vorversuche, mit Flachschieberventil in Stahlbauweise und der Komponentenanalyse, wird eine funktionsfähige Ventilstufe aus Keramikkomponenten (Schieber, Steuerplatten und Kompensationsplatten) aufgebaut. Abgeschlossen wird das Projekt mit der Konstruktion der weiteren Ventilkomponenten und dem Aufbau und der Vermessung des Gesamtventils mit Keramikkomponenten in der Ventilstufe am ifas. Prüfstand zur Ventiluntersuchung 50 O+P Fluidtechnik 9/2018

FORSCHUNGSFONDS FLUIDTECHNIK 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 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. Für eine industrielle Nutzung werden darüber hinaus Gestaltungsgrundlagen sowie Werkzeuge erarbeitet, um bestehende bzw. zukünftige elektromagnetische Aktoren zielorientiert hinsichtlich ihrer Sensorfähigkeit zu entwickeln bzw. weiterzuentwickeln. Um die Hauptfunktionalität der Aktoren nicht unberücksichtigt zu lassen, werden Kompromisse zwischen Sensor- und Aktorfunktio nalität aufgezeigt. Das Potential der Methodik wird anhand eines Demonstrators beispielhaft dargestellt. Mit der verbesserten Positionsbeobachtung werden neue Anwendungsfelder erschlossen, die nach derzeitigem Stand nur unzureichend erfüllt werden können. Damit wird der Vorteil und Nutzen dieser Methodik zusätzlich herausgestellt. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Mit Hilfe von zwei repräsentativen elektromagnetischen Ventilaktoren wurde das elektromagnetische Verhalten, insbesondere unter dem Fokus des Einflusses der nichtlinearen Effekte Wirbelstrom, magnetische Hysterese und magnetische Sättigung analysiert, um Maßnahmen zur Verbesserung der Positionsbeobachtung ableiten zu können. Die Analyse am Proportionalmagneten mit PWM-Ansteuerung ergab interessanterweise einen positiven Einfluss des Wirbelstroms, da dieser sich auch hubabhängig ausbildet und somit das Kennfeldverhalten positiv beeinflusst. Ausgehend von den Untersuchungen der inhärenten Zusammenhänge wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Beobachtungsgüte abgeleitet und mit Hilfe von Simulationen untersucht. Folgende Arbeiten beschäftigen sich mit einer Kombination von mehreren Maßnahmen zur globalen Erhöhung der Güte. Zusätzlich werden über die quasistatische Betrachtung hinaus auch dynamische Vorgänge betrachtet. Dazu zählen Stromänderung (Änderung des PWM-Tastverhältnisses) und Positionsänderung. 10 Ausgewählte Verbesserungsmaßnahme durch Anpassung des magnetisch wirksamen Querschnitts und deren Auswirkung auf das Gütemaß O+P Fluidtechnik 9/2018 51

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