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O+P Fluidtechnik 9/2019

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PROPORTIONALER

PROPORTIONALER MENGENREGLER DURCH PROPORTIONALEN MENGEN- REGLER VON BEWEGUNG ZUM STILLSTAND PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Eine der Herausforderungen in der Hydraulik ist der Einsatz über einen großen Geschwindigkeitsbereich mit der Möglichkeit, die Bewegung zum Stillstand zu bringen. Wandfluh AG mit Sitz in der Schweiz bietet eine Produktreihe, welche gezielt für den Einsatz vom Stopp bis zur Vollgeschwindigkeit und zurück entwickelt wurde. Im hydraulischen Kreislauf lässt sich eine rotative und lineare Bewegung durch die geringe Mediumskompression und die hohe Energiedichte besonders effektiv regeln. Für ihre Anwendung stehen zwei Lösungskonzepte (QN/QD) mit drei Konstruktionsvarianten, fünf unterschiedlichen Produktgrößen und zwölf Leistungsstufen zur Auswahl. Alle Komponenten von Wandfluh kontrollieren den gesamten Volumenstrombereich, vom Stillstand bis zur gewählten Nennvolumenstromstufe QN von minimal 0.1 l/ min bis 160 l/min (siehe Bild 01). FUNKTIONSWEISE DES MENGENREGLERS Eine Geschwindigkeitssteuerung von Linear- und Drehbewegungen weist in der Gesamtheit eine hohe Komplexität auf, daher ist es für den Systemingenieur essentiell, den spezifischen Anwendungsfall genau zu kennen. Die verschiedenen Konstruktionsarten haben alle ihre Stärken für den richtigen Anwendungsfall. Im Umkehrschluss jedoch auch ihre Schwächen, wenn sie in der falschen Applikation Verwendung finden. Grundsätzlich ist bei der Auswahl der Komponenten darauf zu achten, dass diese die Anwendungsfle- Autor: Markus von Niederhäusern, Verkaufsleiter Wandfluh Systems, Frutigen, Schweiz xibilität ermöglicht und nicht von vornherein Einschränkungen mit noch höher werdender Komplexität mit sich bringt. Um individuellen Wünschen und Anforderungen gerecht zu werden, ist es wichtig, sich fachkundig und im Idealfall direkt vom Hersteller bei der Selektion beraten zu lassen. Es gibt grundsätzlich die beiden Grundtypen der lastabhängigen Mengenregler und der lastkompensierten Mengenregler. Erstgenannter wird oft auch Drossel genannt. Der Charakter einer lastabhängigen Drossel wird vom Eingangsdruck bestimmt. Bei verändertem Eingangsdruck verändert sich auch die Durchflussmenge mit ansteigendem Druckabfall. Die Drossel zeigt ihre Stärken in der Dynamik, zusätzlich auch monetär im Vergleich zum lastkompensierten Mengenregler. Grundsätzlich wird mit einer Drossel der Öffnungsquerschnitt proportional eingestellt. Sie besteht aus einer Büchse und einem Drosselkolben mit proportionalem Aktuator. Die Wiederholgenauigkeit und Hysterese haben einen direkten Zusammenhang mit der Leckage. Um in einem Ventil den ganzheitlichen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine hohe Fertigungsgenauigkeit erforderlich. Eine direktgesteuerte Drossel hat ventilintern keine Regelungsmechanik, wodurch sie für dynamische Anwendungen geradezu ideale Bedingungen aufweist. Der Druckabfall ist durch den Durchfluss geprägt. Bei zu hohem Durchfluss zieht sich der Drosselkolben durch die Strömung zu (siehe Bild 02). DIE „HÜLSE-IN-HÜLSE-KONSTRUKTION“ Der lastkompensierte Mengenregler zeichnet sich durch die Durchflussstabilität bei wechselnden Eingangsdruckbedingungen aus. Die Grundkonstruktion basiert auf dem zuvor erklärten Drosselprinzip. Durch Ergänzung der Druckwaagefunktion kann ein stabiler Volumenstrom erreicht werden. Die genannte Druckwaage stabilisiert den Druckabfall über die Drossel, wodurch die Durchflussmenge konstant gehalten wird. Ein lastkompensierter Mengenregler besteht somit faktisch immer aus zwei Ventilen kombiniert in einem Ventil. Die Schweizer Hydraulikspezialisten der Wandfluh AG haben sich auf die „Hülse in Hülse“-Konstruktion konzentriert. 20 O+P Fluidtechnik 9/2019

PROPORTIONALER MENGENREGLER Die genannte Konstruktionsart erlaubt eine hohe Durchflussgenauigkeit über den gesamten Druckbereich. Entscheidend für die Wiederholgenauigkeit mit geringer Hysterese und Durchflussstabilität ist die hohe Produktionsgenauigkeit mit Fokus auf die interne Leckage. Die Hülse der Druckwaage läuft in der Steuerhülse, in welcher sich wiederum der Drosselkolben bewegt (siehe Bild 02). Die Herausforderung dabei liegt im Zusammenspiel der drei Funktionsteile. Die Haft- und Gleitreibung sind entscheidende Faktoren. Einerseits müssen die Funktionsteile gut geschmiert werden, um den Widerstand zu minimieren. Dabei darf aber das Spiel nicht zu groß sein, da ansonsten die Leckage erhöht und die Stabilität markant verschlechtert wird. Das System ist nur mit kleinen Toleranzen und engen Formtoleranzen zu betreiben. Durch die clevere Konstruktion konnte eine Lösung gefunden werden, die über einen hohen Viskositäts- und Temperaturbereich eingesetzt werden kann. Die Anwendung der „Hülse-in-Hülse- Konstruktion“ ermöglicht zudem eine hohe Durchflussleistung bei kompakter Bauweise. Der Anwender profitiert in der Applikation von Platz- und Gewichtseinsparungen bei der Blockkonstruktion. Durch die optimale Abströmrichtung können die Mengenregler Leistungskenngrössen Olviskosität v = 30 mm2/s Q = f (l) Volumenstrom-Signal-Kennlinie 01 POINTIERT HOHE DURCHFLUSSGENAUIGKEIT ÜBER DEN GESAMTEN DRUCKBEREICH HOCHDYNAMISCHE DRUCKREGELUNGEN KURZE ANSPRECHZEITEN ENERGIEEFFIZIENZ UND LÄNGERE WARTUNGSINTERVALLE von Wandfluh in Stahl-, Guss- und Aluminium-Blockmaterial eingebaut werden. Proportionale Mengenregler gibt es in verschiedenen Baugrößen und Durchflussbereichen. Der kleinste Mengenregler von Wandfluh kontrolliert den Volumenstrombereich von 5…100 ml/min, der größte Bruder 0.3…160 l/min bei einer fixen Druckwaage von 10 bar. Durch kundenspezifische Lösungen ist eine große Auswahl an Versionen entstanden – da lässt sich eine passende Version für jedes Projekt finden. DREI FUNKTIONEN IN EINEM VENTIL Aus Sicherheitsgründen ist in Fahrzeugen mit Hubbewegungen eine Senkabsicherung nötig. Die Kombination dieses Bedürfnisses mit einer proportional geregelten Absenkgeschwindigkeit im Anwendungsfall ermöglicht der speziell konzipierte proportionale und 01 Volumenstrom-Signal-Kennlinie 02 Tabelle Vergleich proportionale Drossel und proportionaler Mengenregler 02 Proportionales Drosselventil Proportionaler Mengenregler Charakteristik Lastabhängige Durchflussmenge Lastkompensierte Durchflussmenge Schaltzeichen Volumenstrom- Druck-Kennlinie Q = f(p) Schnittbild O+P Fluidtechnik 9/2019 21

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