Energie- und kosteneffizienter Ventilkraftsimulator

Energie- und kosteneffizienter Ventilkraftsimulator

Aussagekräftige Ergebnisse in Dauertests von Hydraulikventilen können nur unter realen Bedingungen erreicht werden. Jenes Phänomen das dabei den größten Einfluss auf die Ventillebensdauer hat, sind die so genannten Strömungskräfte, welche bei maximalen Volumenströmung und maximalen Drücken am Ventil auftreten. Was wiederum bedeutet, dass so ein Ventil für sehr lange Zeit an seiner Leistungsgrenze betrieben werden muss. Das ist der Grund, dass so ein Dauertest mehrere zehntausend Euro an Energiekosten verschlingt. Als ein Nebenprodukt der Entwicklungstätigkeiten rund um schnelle Schaltventile, konnte ein Ventilkraftsimulator entwickelt werden welcher jene Strömungskräfte ohne diese hohen Energiekosten einprägen kann.

Motivation

Zur Sicherstellung einer hohen Produktqualität, sind Dauertests im Falle der Ventilentwicklung unerlässlich. Jeder Ventilhersteller weltweit, muss deshalb jedes Jahr viele dieser Dauertests an seinen Ventilen durchführen.

Dabei haben die so genannten Strömungskräfte den größten Einfluss auf die Lebensdauer von Ventilen.

Um diese abzubilden, müssen sogenannte „worst case Szenarien“ am Ventil – hohe Volumenströme bei hohem Druckabfall – über lange Zeit am Ventil getestet werden.

Typischerweise werden unter solchen Bedingungen mehr als 50 Millionen Lastwechsel mit dem Ventil angestrebt. Diese Tests verschlingen Energiekosten von mehreren zehntausend Euro, oder in anderen Worten, verbrauchen die Menge an Energie, mit der ein Einfamilienhaus zwischen 50 und 100 Jahren mit Energie versorgt werden könnte, nur um EIN Ventil zu testen.

Das zeigt klar, welches Potential in so einem Ventilkraftsimulator liegt, weil es dieser nicht mehr notwendig macht, das Ventil mit in so hohen Leistungsbereichen zu betreiben.

Methode

So zu sagen, als ein Nebenprodukt der Basic-Research Aktivitäten im ACCM rund um die Entwicklung schneller Schaltventile für die Digitalhydraulik wurde so ein Ventilkraftsimulator in Form eines passiven, adaptierbaren Linearkraftsimulator für den entsprechenden Firmenpartner entwickelt.

Die optimale Geometrie, welche notwendig ist um den exakten Kraftverlauf über dem Weg hochdynamisch zu erreichen, wurde durch aufwändige FEM Simulationen in Kombination mit komplexen Optimierungsverfahren basierend auf der Monte Carlo Methode erreicht. Weiters implementierten die Forscher die vom LCM patentierte hydraulische Dämpfungsnut – eine Weltneuheit – in den Anschlägen des Simulators was diesem zu extrem hohen Lebensdauern verhilft und weshalb auch die Anforderungen jene Lebensdauer des Simulators erfüllt werden konnte.

Bild 1: Ventilkraftsimulator auf einem Standardventil

 

Die notwendige Kraftform kann zudem einfach eingestellt und so auf unterschiedlichste Ventiltypen angepasst werden. (Aufgrund eines laufenden Patentierungsverfahrens können dazu zur Zeit keine Details gezeigt werden).

 

Tests am Prototyp zeigten, dass bisher alle Spezifikationen erfüllt werden konnten.

 

          Wirkungen und Effekte

Für den Firmenpartner resultiert diese Entwicklung im einer signifikanten Energie- und Kostenreduktion zur Durchführung von unerlässlichen Dauertests an Hydraulikventilen. Da für eine Sicherstellung des hohen Qualitätsstandards solche Tests aber unerlässlich sind, stellt die Entwicklung dieses Ventilkraftsimulators auch eine signifikant gesteigerte Wettbewerbsfähigkeit am freien Markt für den Firmenpartner dar.

Die Kostenreduktion limitiert sich hierbei aber nicht nur auf die reduzierten Energiekosten sondern umfasst auch hohe Kostenreduktion durch kleinere Versorgungseinheiten inklusive nicht mehr notwendigen Kühlaggregaten, erhöhter Sicherheit und reduziertem Lärm. Somit lassen sich auch deutlich mehr Ventile parallel testen, was wiederum zu einer deutlich kürzeren „Time to Market“ führt.

Das Partnerunternehmen plant, diesen Ventilkraftsimulator weltweit in allen Produktionsstätten einzusetzen.

Contact and information

K2-Zentrum, ACCM

Linz Center of Mechatronics GmbH                                          Project coordinator

Altenberger Straße 69, A-4040 Linz                                           Dr. Bernd Winkler

T +43 (0) 732 2468-6002
E office@lcm.at, www.lcm.at

 

Project partners

Organisation  Country
Bosch Rexroth GmbH Germany
Primetals Technologies Austria
Wacker Neuson Austria

 

Fähigkeiten

Gepostet am

1. März 2015

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