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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

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O+P Fluidtechnik 11-12/2022

SIMULATIONEN FORSCHUNG

SIMULATIONEN FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 12 programm HGP-DAB wird der berechnete Druckverlauf ausgegeben und kann nach Korrektur der Eingabewerte auf der Eingabeseite anschließend iterativ berechnet werden. Eine Eigenschaft des Programms ist es auch, dass die geometrischen Teile wie Sichel, Ansaug- oder Ablassöffnungen mit Nuten versehen und berechnet werden können. Diese Nuten geben vor allem bei beschränktem Bauraum eine weitere Einflussmöglichkeit den Druckverlauf manipulieren und optimieren zu können. Über eine Kopplung an ein CAD-Programm können die eingegeben und berechneten geometrischen Daten der Pumpe, nach befriedigender Ausgabe des Druckverlaufs, direkt als CAD-Modell ausgegeben und weiterverarbeitet werden. Dies erspart weitere Entwicklungszeit. 8 ZUSAMMENFASSUNG In diesem Beitrag wird ein analytisches Berechnungsverfahren für den Druckverlauf in Innenzahnradpumpen aufgezeigt. Der 13 Verwendete Messtechnik (oben) und Beispiel-Messung aus Sensor (unten) Vergleich von berechnetem und gemessenem Druckverlauf in der Zahnlücke Druckverlauf in einer Zahnlücke ist für die Pumpe der Auslegung wichtig, da dieser, wenn er Druckspitzen aufweist, einen Großteil zur Geräuschanregung der Pumpe beiträgt. Daher gilt es bereits, in der Auslegungsphase der Pumpe ein zielgerichtetes und effizientes Design hinsichtlich Geräuschminderung zu erzeugen. Im Beitrag werden zunächst die einzelnen Bereiche im Druckverlauf sondiert und theoretisch dargestellt. Zur analytischen Beschreibung der einzelnen Bereiche wird auf ein Verfahren zurückgegriffen, dass es ermöglicht hydraulische Elemente in Analogie mit elektrotechnischen Elementen und Vorgängen zu beschreiben. Mit diesem Ansatz können für die einzelnen Bereiche im Druckverlauf die Strömungsvorgänge beschrieben werden. Für jeden einzelnen Bereich werden die Formeln unter Beachtung der Analogie zur Elektrotechnik für das jeweilige Element aufgestellt. Dabei sind die Eingabeparameter lediglich auf die Grunddaten reduziert, die bereits in der Entwicklungsphase im Lastenheft vorliegen. Aus dem Zusammenfügen der einzelnen Bereiche wird ein Gesamtnetzwerk gebildet, das es ermöglicht den Druckverlauf für die eingegebenen Grunddaten zu berechnen. Es ist ersichtlich, ob der Druckverlauf evtl. Druckspitzen enthält und die Grunddaten rekursiv neu angepasst werden müssen. Nach befriedigender Auslegung können die Daten in ein CAD-System direkt übertragen werden. Die gewonnenen Ergebnisse wurden an Pumpen mit spezieller Messtechnik verifiziert und das theoretische Modell entsprechend angepasst. Die aufgezeigten und verifizierten Berechnungsschritte und Eingabemöglichkeiten sind im Programm HGP-SIM zusammengefasst. In HGP-SIM kann der Anwender sehr schnell und in einer frühen Phase der Entwicklung mit reduziertem Aufwand eine Pumpe mit Maßnahmen zur Geräuschminderung auslegen. Dieser Schritt spart viel Entwicklungszeit und –kosten, da aufwändige Prototypen und Versuche eingespart werden können. Die gewonnenen Ergebnisse sind bereits bei der Auslegung mehrerer Innenzahnradpumpen im Antriebsbereich positiv eingesetzt und evaluiert worden. Im Ausblick auf die Anwendung für andere Pumpentypen sind bereits erste theoretische Ansätze gemacht worden und sollen das Programm HGP-SIM sukzessive erweitern [19]. Autor: Prof. Dr.-Ing. Steffen Schwarzer, Institut für Antriebstechnik, Hochschule für Technik und Wirtschaft Aalen 9 Literaturhinweise [1] Fiebig W.: Schwingungs- und Geräuschverhalten der Verdrängerpumpen und hydraulischen Systeme, Habilitation Universität Stuttgart, 2000 [2] Fiebig, W.: Location of Noise Sources in Fluid Power Machines, International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE) 2007, Vol. 13, No. 4, S. 441-450 [3] Fiebig, W., Lang C.M.: Berechnung der Druckpulsation von Außenzahnradpumpen, Ölhydraulik und Pneumatik 34, 1990, Nr. 4, S. 262-267 [4] Schwarzer, S.: Optimierung der Auslegung und des Betriebsverhaltens von hohlradgetriebenen Innenzahnradpumpen Dissertation Universität Ilmenau, 2013 [5] Schwarzer, S.; Augsburg, K.; Körner T.; Bruckner, J.: Hohlradgetriebene Innenzahnradpumpen – Antriebskonzept, Konstruktion und Versuche, Konstruktion, Bd. 65 2013, S.83-87 [6] Findeisen, D.: Methodisches Auswählen bewährter Lösungskomponenten – Anwendungsbeispiel: Verdrängereinheiten für hydrostatische Antriebe, Konstruktion, 1995, Nr. 47, S. 79-85 [7] Morlok, J.: Geräuschminderung bei Hochdruckkonstantpumpen, Dissertation Universität Stuttgart, 1980 [8] Gutbrod, W.: Die Druckpulsation von Außen- und Innenzahnradpumpen und deren Auswirkungen auf das Pumpengeräusch, Dissertation Universität Stuttgart, 1974 34 O+P Fluidtechnik 2022/11-12 www.oup-fluidtechnik.de

SIMULATIONEN 14 Arbeitsweise des Programms HGP-SIM [9] Link, B. Wang,Y.: Förderstrom- und Druckpulsation von Zahnrad- und Kolbenpumpen, Konstruktion, 1983, Nr. 12, S. 465-471 [10] Ivantysyn, J., Ivantysyn, M.: Hydrostatische Pumpen und Motoren, Vogel Verlag Würzburg, 1993 [11] Zhao, X., Vacca, A.: Theoretical Investigation into the Ripple Source of External Gear Pumps, Energies, 2019, Nr. 12 (3) [12] Guerra, D. et al.; Design Multistage External Gear Pumps for Dry Sump Systems: Methodology and Application, Mathematical Problems in Engineering, 2021 [13] Heisel, U., Rothmund,J.: Verfahren zur Messung der Druckpulsation von Verdrängerpumpen, Fluidtechnik 1, 1989, S. 45-49 [14] Körner, T.: Theoretische und experimentelle Untersuchungen zu hydrostatisch selbstsperrenden Stirnraddifferentialen, Dissertation, Universität Stuttgart, 1987 [15] Wustmann W.: Experimentelle und numerische Untersuchung der Strömungsvorgänge in hydrostatischen Verdrängereinheiten am Beispiel von Außenzahnrad- und Axialkolbenpumpe, Dissertation Universität Dresden, 2009 [16] Strasser, D. Einfluss des Zahnflanken- und Zahnkopfspieles auf die Leerlaufverlustleistung von Zahnradgetrieben, Dissertation Universität Bochum, 2006 [17] Schwarzer, S.; Körner T.: Leise Innenzahnradpumpen durch Reduzierung von „Quetschöl“ – Theoretische und experimentelle Betrachtungen, Ölhydraulik und Pneumatik, Bd 109 Ausgabe 2 (2016), S.62-67 [18] Marinescu, M., Winter, J.: Grundlagenwissen Elektrotechnik, Vieweg und Teubner Verlag Wiesbaden, 2011 [19] KAMtech Engineering: www.kamtech-eng.de (abgerufen 18.09.2022) IMPRESSUM FLUIDTECHNIK erscheint 2022 im 66. Jahrgang REDAKTION Chefredakteur: Miles Meier (mm), Tel.: 06131/992-208, E-Mail: m.meier@vfmz.de (verantwortlich i.S.d. § 18 Abs. 2 MStV) Redakteur: Dipl.-Ing. Manfred Weber (MW), Tel.: 06131/992-202, E-Mail: m.weber@vfmz.de Redaktionsassistenz: Vivien Backof, Tel.: 06131/992-415, Melanie Lerch, Tel.: 06131/992-261, Petra Weidt, Tel.: 06131/992-371, E-Mail: redaktionsassistenz_vfv@vfmz.de, (Redaktionsadresse siehe Verlag) Herausgeberin: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Katharina Schmitz, Institutsdirektorin, Tel: 0241/80-47701 E-Mail: sc@ifas.rwth-aachen.de ifas – Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme RWTH Aachen University, Campus-Boulevard 30, 52074 Aachen, www.ifas.rwth-aachen.de Organ: Organ des Forschungsfonds des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA GESTALTUNG Sonja Daniel, Anette Fröder, Conny Grothe ISSN 0341-2660 ISSN E-Paper: 2747-8009 SALES Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262, E-Mail: o.jennen@vfmz.de Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Auftragsmanagement: Heike Rauschkolb, Tel.: 06131/992-241, E-Mail: h.rauschkolb@vfmz.de Anzeigenpreisliste 2023, gültig ab 01.10.2022 LESERSERVICE vertriebsunion meynen GmbH & Co. KG, Große Hub 10, 65344 Eltville, Tel.: 06123/9238-266 Bitte teilen Sie uns Anschriften- und sonstige Änderungen Ihrer Bezugsdaten schriftlich mit (Fax: 06123/9238-267, E-Mail: vfv@vertriebsunion.de). Preise und Lieferbedingungen: Einzelheftpreis: € 16,50 (zzgl. 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