Aufrufe
vor 1 Jahr

O+P Fluidtechnik 6/2022

  • Text
  • Fluidtechnik
  • Maschinen
  • Produkte
  • Anwendungen
  • Anforderungen
  • Komponenten
  • Igus
  • Entwicklung
  • Unternehmen
  • Einsatz
  • Wwwengineeringnewsnet
O+P Fluidtechnik 6/2022

HYDRAULIKTANKS FORSCHUNG

HYDRAULIKTANKS FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 01 02 01 Rahelehsadat Mostafavi, M.Sc. 02 Dr.-Ing. Heiko Baum 03 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Katharina Schmitz 03 be einer Blasenradiusklasse kann als Maß für die Abscheiderate des Tanks für diese Blasenklasse interpretiert werden. 8. ZUSAMMENFASSUNG / AUSBLICK Im Rahmen dieser Publikation wurde ein Modell zur Abbildung des Luftabscheideverhaltens von Hydrauliktanks entwickelt und die dafür verwendete Methode vorgestellt. Das Modell basiert auf einen Metamodellansatz, was die Anwendungen in der 1D-Simulation oder in digitalen Zwillingen ermöglicht. Anhand eines genormten Stahlbehälters der Nenngröße 630 l nach DIN 24339 wurde die Methodik zum Training des Metamodells präsentiert. Die benötigten Trainingsdaten wurden mittels 3D-CFD-Simulation erzeugt. Das entwickelte Metamodell weist eine hervorragende Genauigkeit auf. Die Funktion des Metamodell wurde im Rahmen einer 1D-Simulation demonstriert. Das Tankmodell erfordert relativ niedrige Rechenkapazitäten und -zeiten und kann zusätzlich zu seinem Einsatz in eindimensionaler Software sowohl in digitalen Zwillingen von Maschinen und Systemen als auch zur Überprüfung des Designs eines Gesamtsystems effizient eingesetzt werden. Die Anwendung dieses Modells hängt davon ab, dass der Wert aller Einflussgrößen bekannt ist. Der Luftanteil der in den Tank eintretenden Strömung und der Durchmesser der gebildeten Blasen, d. h. die Luftblasenverteilung in der eingehenden Strömung, sollten daher für das System bekannt sein. Die Bestimmung der zufälligen und variablen Luftblasenverteilung stellt eine zentrale Forschungsfrage für Hydrauliksysteme oder speziell für Systemkomponenten dar. In der Literatur wurde jedoch kein Wertebereich für diese beiden Faktoren, Luftanteil und Blasendurchmesser, für Hydrauliksysteme definiert. Mit der Entwicklung von Rücklauffiltern und den Maßnahmen zur Optimierung der in den Tank eintretenden Strömung (z. B. HYDAC Filtertechnik GmbH hat einen Rücklauffilter entwickelt, der niedrige Geschwindigkeit und große Blasen aufbaut, um die Luftabscheidung zu verbessern /HYD17/) ist es nicht weit hergeholt, diese Werte in Zukunft bestimmen oder vordefinieren zu können. DANKSAGUNG Das IGF-Vorhaben 19612 N / 1 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e. V. – FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Simulationen wurden mit Rechenressourcen durchgeführt, die von der RWTH Aachen University im Rahmen des Projekts „rwth0344“ bereitgestellt wurden. Die Autoren sind dankbar für die Förderung und Unterstützung. Autoren: Rahelehsadat Mostafavi, M.Sc. Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme (ifas) der RWTH Aachen University Dr.-Ing. Heiko Baum Fluidon Gesellschaft für Fluidtechnik mbH Univ.-Prof. Dr.-Ing. Katharina Schmitz Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme (ifas) der RWTH Aachen University Literaturverzeichnis: /AME04/SIEMENS „Hydraulic Library 4.2 User Manual“, ver. 4.2, IMAGINE S.A. 1995-2004, Sep. 2004 /AME15/SIEMENS „LMS Imagine.Lab Amesim“, Simcenter AMESim ver. 15.2, SIEMENS Deutschland /Bar15/Barton, R. R. „Tutorial: Simulation Metamodeling“, Proc. of 2015 Winter Simulation Conf., L. Yilmaz, W. K. V. Chan, I. Moon, T. M. K. Roeder, C. Macal, and M. D. Rossetti, eds., 2015 /Bar98/Barton, R. R. „Simulation Metamodels“, Proc. of 1998 Winter Simulation Conf., D.J. Medeiros, E.F. Watson, J.S. Carson and M.S. Manivannan, eds. 167-174, 1998 /Bau01/Baum, H. „Einsatzpotenziale Neuronaler Netze bei der CAE-Tool unterstützten Projektierung fluidtechnischer Antriebe“, Shaker Verlag, Dissertation, RWTH Aachen University, 2001 /Bos94/Bossel, H. „Modeling and Simulation“, A K Peters Verlag, Springer Fachmedien, Wiesbaden, 1994 /CRG20/CRGRAPH „Programmbeschreibungen Visual-XSel – Multiple Regression“, CRGRAPH, 2020, , besucht am 07.09.2020 /Dat10/Datta, S., Mahapatra, S. S. „Modeling, simulation and parametric optimization of wire EDM process using response surface methodology coupled with grey-Taguchi technique“, Int. Journal of Engineering, Science and Technology, vol. 2, no. 5, pp. 162-183, 2010 /DIN16/DIN-Deutsches Institut für Normung e. V. „DIN 24339, Fluidtechik – Hydrobehälter aus Stahl, Nenngrößen 63 bis 2 000 – Maße, Anforderungen, Prüfung“, , April 2016 /Dom14/v. Dombrowski, R. „Modellierung der Partikelverteilung in hydraulischen Systemen“, Dissertation, RWTH Aachen University, 2014 /DSH39/FLUIDON GmbH „DSHplus“, Ver. 3.9, FLUIDON Gesellschaft für Fluidtechnik mbH, Aachen /Eng93/Engelund, W. C., Stanley, D. O., Lepsch, R. A., McMillin, M. M., Unal, R. „Aerodynamic Configuration Design Using Response Surface Methodology Analysis“, NASA STI/Recon Technical Report A, vol. 94. pp. 10718, 1993 /Fuchs/Fuchs Mineraloelwerke GmbH „RENOLIN B – FUCHS Technische Information 104.02“, FUCHS Mineraloelwerke GmbH, Mannheim /Gre18/Greenshields, C. „OpenFOAM v6 User Guide: 3.4 Running applications in parallel“, 2011-2020 OpenFOAM Foundation, 10. Juli 2018, , besucht am 07.09.2020 /Gre20/Greenshields, C. J. „OpenFOAM V8 User Guide“, 2011-2020 OpenFOAM Foundation Ltd., 22. Juli 2020, , besucht am 07.09.2020 /Haa10/Haas, R., Manhartsgruber, B. „Compressibility measurements of hydraulic fluids in the low pressure range“, Proc. of 6th FPNI-PhD Symp., pp. 681-690, West Lafayette (USA), 2010 /HYD17/HYDAC Filtertechnik GmbH „HYDAC INTERNATIONAL; RT-Rücklauffilter; Die Standard-Baureihe zur optimierten Luftabscheidung“, DE 7.422.0 / 09.17, HYDAC Filtertechnik GmbH, Sulzbach / Saar, 2017 /Kim12/Kim, S. „Measurement of Effective Bulk Modulus and its Use in CFD Simulation“, Dissertation, RWTH Aachen University, 2012 /Kum17/Kumagai, K., Toshiharu, K. „Cavitation Erosion in the Portion of an Oil Passage Through Which Bubbles Pass“, ASME/BATH 2017 Symp. on Fluid Power and Motion Control, Sarasota (Forida, USA), 2017 34 O+P Fluidtechnik 2022/06 www.oup-fluidtechnik.de

HYDRAULIKTANKS /Lar09/Larsson, E. „OpenFOAM course – Lagrangian particle interaction“, TME 050 OpenFOAM, , besucht am 09.09.2020, 2. Feb. 2009 /Lek15/Lekivetz, R., Jones, B. „Fast Flexible Space-Filling Designs for Nonrectangular Regions“, Qual. Reliab. Engng. Int., vol. 31, pp. 829-837, 2015 /Lip75/Lipphardt, P. „Untersuchung der Kompressionvorgänge bei Luft-in-Öl-Dispersionen und deren Wirkung auf das Alterungsverhalten von Druckübertragungsmedium auf Mineralölbasis“, Dissertation, RWTH Aachen University, 1975 /Lon19/Longhitano, M. „On the Air Release in Hydraulic Reservoirs“, Dissertation, RWTH Aachen University, 2019 /Mad90/ Madu, C. N. „Simulation in manufacturing: A regression metamodel approach“, Pergamon Press plc, Computers rod. Engng vol. 18, no. 3, pp. 381-389, GB, 1990 /Moh16/Mohamed, O. A., Masood, S. H., Bhowmik, J. L. „Mathematical modeling and FDM process parameters optimization using response surface methodology based on Q-optimal design“, Applied Mathematical Modelling, vol. 40, no. 23-24, p. 10052-10073, 2016 /Mos18/Mostafavi, R., Tiffin, D., Schmitz, K. „Determination of the Dynamic Characteristics of a Hydraulic Reservoir for its Air Release Efficiency Using Multiphase CFD Model“, Proc. of 2018 Bath/ASME Symp. on Fluid Power and Motion Control, Bath (GB), 2018 /Mos19/Mostafavi, R., Schmitz, K. „Development and Use of a Two-phase CFD Solver for Metamodeling of a Hydraulic Reservoir“,10th Int. Conf. on Multiphase Flow - ICMF 2019, Rio de Janeiro (Brazil), OC.080, 2019 /Pal06/Palanikumar, K. „Modeling and analysis for surface roughness in machining glass fibre reinforced plastics using response surface methodology“, Materials and Design, vol. 28, no. 10, pp. 2611 2618, 2006 /Pen14/Peng, A., Xiao, X., Yue, R. „Process parameter optimization for fused deposition modeling using response surface methodology combined with fuzzy inference system“, Int J Adv Manuf Technol, vol. 73, pp. 87-100, 2014 /Rei09/Reinertz, O., Murrenhoff, H. „Dynamische Modellierung von Schaltventilen, Ein Ansatz für die eindimensionale Simulation“, O+P 3/2009, Simulation, Wissenschaft und Forschung, 2009 /Rei18/Reinertz, O. „Physically motivated lumped-parameter model for proportional magnets“, International Journal of Fluid Power, UK, Taylor & Francis Group, vol. 19, no. 3, pp. 140-151, 2018 /Rou09/Routara, B. C., Bandyopadhyay, A.,Sahoo, P. „Roughness modeling and optimization in CNC end milling using response surface method: effect of workpiece material variation“, Int J Adv Manuf Technol, vol. 40, pp. 1166-1180, 2009 /Ryb17/Ryberg, A.-B. „Metamodel-Based Multidisciplinary Design Optimization of Automotive Structures“, Linköping Studies in Science and Technology Dissertation no. 1870, Linköping (Sweden), Oct. 2017 /Sch18/Schmitz, K., Murrenhoff, H. „Grundlagen der Fluidtechnik: Teil 1: Hydraulik“, Shaker Verl., Aachen, 2018 /Sie17/Siebertz, K., v. Bebber, D., Hochkirchen, T. „Statistische Versuchsplanung - Design of Experiments (DoE)“, 2. Aufl., Springer-Verl. GmbH Deutschland, 2017 /Sim98/Simpson, T. W., Mistree, F., Korte, J. J., Mauery, T. M. „Comparison of response surface and kriging models for multidisciplinary design optimization“, 7th AIAA/USAF/NASA/ISSMO Symp. on Multidisciplinary Analysis and Optimization, AIAA-98-4755, 1998 /Som17/Sommerfeld, M. „Numerical Methods for Dispersed Multiphase Flows“, In: Bodnár T., Galdi G., Nečasová Š. (eds) Particles in Flows. Advances in Mathematical Fluid Mechanics. Birkhäuser, Cham, , 7. Jul. 2017 /Suk04/Sukigara, S., Gandhi, M., Ayutsede, J., Micklus, M., Ko, F. „Regeneration of Bombyx mori silk by electrospinning. Part 2. Process optimization and empirical modeling using response surface methodology“, Polymer, vol. 45, pp. 37013708, 2004 /Wei96/Weiser Friedman, L. „The Simulation Metamodel“, Kluwer Academic Pub., Norwell (Massachusetts), 1996 /Woh16/Wohlers, A., Backes, A., Schönfeld, D. „An approach to optimize the design of hydraulic reservoirs“, Proc. of 10th Int. Fluid Power Conf., Dresden, vol. 1, pp. 609-618, 2016

© 2023 by Vereinigte Fachverlage GmbH. Alle Rechte vorbehalten.