Aufrufe
vor 2 Monaten

O+P Fluidtechnik 5/2022

  • Text
  • Wwwengineeringnewsnet
  • Mobile
  • Hydrauliktanks
  • Messe
  • Druck
  • Anwendungen
  • Sensoren
  • Voss
  • Maschinen
  • Unternehmen
  • Fluidtechnik
O+P Fluidtechnik 5/2022

HYDRAULIKTANKS FORSCHUNG

HYDRAULIKTANKS FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED MODELLIERUNG DER LUFTABSCHEIDUNG IN HYDRAULIKTANKS – EIN METAMODELLANSATZ TEIL 1 VON 2 Die Bestimmung des Luftabscheidevermögens eines Hydrauliktanks ist wichtig für ein hydraulisches System. Bisher fehlen jedoch die hierzu notwendigen Berechnungsmethoden. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird die Modellierung der Luftabscheidung eines Hydrauliktanks auf Basis eines mathematischen Ansatzes präsentiert. αααα LLLLLLLLLLLLLLLL,AAAALLLLAAAA = ffff XXXX, ̂ββββ 28 O+P Fluidtechnik 2022/05 www.oup-fluidtechnik.de

HYDRAULIKTANKS 1. EINLEITUNG Die negativen Auswirkungen von ungelöster Luft in Öl in Form von Blasen auf die Systemkomponenten und -eigenschaften sind vielfältig und nicht vernachlässigbar. Dies schließt z. B. Schäden an den Systemkomponenten /Kum17/, die Alterung des Hydrauliköls und, wie Lipphardt /Lip75/, Haas et al. /Haa10/ und Kim / Kim12/ gezeigt haben, die starke Reduktion des Kompressionsmoduls des Druckmediums mit ein. In einem hydraulischen Kreislauf ist ein Abscheiden von ungelöster Luft aus der Hydraulikflüssigkeit nur im Hydrauliktank (Ölbehälter, Hydrobehälter) möglich. Hierbei steigen die Luftblasen im Öl aufgrund des Dichteunterschieds auf und entweichen an der Öloberfläche. Der Tank erfüllt jedoch viele weitere Aufgaben als Bestandteil einer Hydraulikanlage. Er dient beispielsweise zur Speicherung und zur Kompensation des Ölvolumens sowie zur Aufnahme von Pumpen oder Ventilen. Die Wärmeabgabe des Öls an die Umgebung oder an ein Kühlmittel ist eine weitere wesentliche Aufgabe des Tanks. Neben dem Abscheiden von Luft soll er ebenfalls Schmutzpartikel und Wasser zurückhalten /DIN16/. Das Luftabscheideverhalten eines Hydrauliktanks wurde in den letzten Jahren sowohl experimentell als auch mit dreidimensionaler numerischen Strömungsmechanik untersucht (/ Mos18/, /Mos19/, /Woh16/, /Lon19/). Diese beiden Methoden sind jedoch zeitaufwendig und erfordern umfassendes Expertenwissen. Daher werden sie im industriellen Umfeld bisher kaum angewendet. Die andere Methode, die aufgrund ihres geringeren Schwierigkeitsgrads und Zeitaufwands häufig nicht nur in der Forschung, sondern auch in der Industrie eingesetzt wird, ist die eindimensionale Simulation. Eindimensionale Simulationsmodelle lassen sich häufig durch Differenzialgleichungen beschreiben. Dombrowski /Dom14/ modellierte mögliche Partikelquellen und Partikelsenken, einschließlich des Tanks als ein idealisiertes Absetzbecken in Fluidtechniksystemen mit Hilfe von einfachen Differentialgleichungen. Manchmal ist das System jedoch so komplex, dass seine Funktionsweise nicht direkt durch eine oder mehrere einfache Differentialgleichungen beschrieben werden kann. Um solche Systeme zu modellieren, werden beispielsweise die Differenzialgleichungen durch approximierte System-Kennfelder ergänzt (/Rei09/, /Rei18/). Für die eindimensionale Simulation fehlen jedoch noch aussagekräftige Modelle und Methoden zur Abbildung des Verhaltens der Luftabscheidung von Hydrauliktanks. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird eine neue Modellierung von Hydrauliktanks präsentiert, die auf Messungen oder CFD-Simulationen basieren kann. Bei diesem Modell handelt es sich um eine algebraische Funktion in der expliziten Darstellung, welche den Luftanteil am Auslass des Tanks als Funktion der Einflussgrößen und Eingangsparameter stationär darstellt. Diese Modellgleichung, die Metamodell genannt wird, kann neben der einfachen und zeitnahen Verwendung ohne die Erweiterung und den Einsatz von spezieller Simulationssoftware auch zur quasistationären Berechnung der Zielgröße (Luftanteil am Auslass) in einer eindimensionalen Hydrauliksoftware eingesetzt werden. 2. MATHEMATISCHER ANSATZ Ein Modell ist eine Abbildung des realen Systems, die zum Zweck der Vereinfachung und Aggregation entwickelt wird /Bos94/. Nebenbei sollte das Modell die Wirklichkeit des Systems nachbilden. Die Vereinfachung komplexer Systeme wird aus wirtschaftli- 01 02 Modulare Beschreibung der Berechnungsmethode einer eindimensionalen Simulationssoftware für Hydrauliksysteme Hydrauliktankskizze für die Modellierung chen Gründen bevorzugt, um das Verhalten der Systeme zu verstehen und ggf. deren Funktion zu verbessern oder Vorhersagen zu treffen. Bei der eindimensionalen Simulation eines Systems gibt es für jedes Bauteil zwei verschiedene Arten von Größen: veränderliche und feste Größen. Die veränderlichen Größen beziehen sich auf Ein- und Ausgänge, die während der Simulation an der Verbindungsstelle von Bauteilen (externe Variablen) oder im Bauteil (interne Variablen) berechnet werden, während die festen Größen (Parameter) komponentenspezifisch definiert werden und zeitunabhängig sind. Die Variablen können je nach Komponententyp über die Zeit variieren (transient) oder konstant bleiben. Bei einer transienten eindimensionalen Simulation eines komplexen Hydrauliksystems werden die Betriebsvariablen an den einzelnen Schnittstellen verbundener Komponenten sowie in den Komponenten berechnet. Der Volumenstrom und der Druck können üblicherweise als Betriebsvariablen eines Hydrauliksystems angegeben werden. Abhängig von seiner Funktion berechnet das Simulationselement normalerweise entweder den Volumenstrom (Ausgang) aus dem Druck (Eingang) oder den Druck (Ausgang) aus dem Volumenstrom (Eingang) an den Anschlüssen /AME04/. Bild 01 stellt die konzentriertparametrische Berechnungsmethode einer eindimensionalen Simulationssoftware im Hydraulikbereich dar. Hierbei sind zwei Komponenten, die aus der Druckdifferenz ∆p den Volumenstrom Q berechnen, mit einem hydraulischen Volumenknoten verbunden. In einem Volumenknoten wird aus den Volumenströmen der angeschlossenen Komponenten der Druck p berechnet /Dom14/. Falls die hydraulische Grundgleichung, die die Funktion jeder Komponente beschreibt, eine Differentialgleichung ist, wird während der Simulation des gesamten Systems ein System aus Differentialgleichungen gelöst. www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2022/05 29

© 2021 by Vereinigte Fachverlage GmbH. Alle Rechte vorbehalten.