Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTF ALEN
Nr. 2919/Fachgruppe Maschinenbau/Verfahrenstechnik
Herausgegeben vom Minister für Wissenschaft und Forschung
Prof. ·Dr. -Ing. Wolfgang Backe
Priv. Doz. Dr. -Ing. Wolf-Dieter Goedecke
Dr. -Ing. Radu Mihalcea
Institut für hydraulische und pneumatische
Antriebe und Steuerungen
der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen
Untersuchung digital-pneumatisch ansteuerbarer
Linear-F einpositioniersysteme
Westdeutscher Verlag 1980
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Backe. Wolfgane;:
Untersuchung digital-pneumatisch ansteuerbarer
Linear-Feinpositioniersysteme / Wolfgang
Backe ; Wolf-Dieter Goedecke ; Radu Mihalcea.
- Opladen : Westdeutscher Verlag, 1980.
(Forschungs berichte des Landes Nordrhein
Westfalen ; Nr. 2919 : Fachgruppe Maschi
nenbau, Verfahrenstechnik)
ISBN 978-3-531-02919-1 ISBN 978-3-322-88484-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-88484-8
NE: Goedecke, Wolf-Dieter:; Mihalcea, Radu:
© 1980 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN 978-3-531-02919-1
- IIL -
Inhalt
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen VII
1. Einleitung 1
2. stand der Technik 1
3. Aufgabenstellung und Zielsetzung 3
4. Die ·Problematik bei der Verwendung von dosierten 5
Fl üss ig'kei tsvolumina zur Pos i t ionierung
5. untersuchung eines nach dem Prinzip der leck 10
freien Volumenverdrängung gebauten Positionier
systems
5.1 Eigenschaften der Metallbälge 10
5.2 Aufbau des Positioniersystems 12
5.3 Quasistatisches Verhalten des Positioniersystems 14
5.3.1 Allgemeines 14
5.3.2 Einfluß der Drücke Pe und Py auf das Positionier- 14
system
5.3.3 Einfluß des Raumdruckes PM und der Raumtempe- 16
ratur {} M
5.4 Dyn~misches Verhalten des Positioniersystems 18
bei Betätigung jeweils eines einzigen Dosier
elementes
5.4.1 Allgemeines 18
5.4.2 Übergangsverhalten 19
5.4.3 Schaltzeit 21
5.4.4 Positionsabweichung 23
5.5 Verhalten des Positioniersystems bei gleich 24
zeitiger Betätigung mehrerer Dosierelemente
5.5.1 Allgemeines 24
5.5.2 Weg ~ bei gleichzeitiger Betätiyung mehrerer 24
Dosierelemente
5.5.3 Arbeitsdiagrarnrn 26
- IV -
5.6 Kompensation des schädlichen Volumens des 27
Positioniersystems
5.6.1 Allgemeines 27
5.6.2 Kompensation durch Änderung der im Positionier 28
system~efindlichen Glyzerinmenge
5.6.3 Kompensation durch Änderung des Druckes Pe 29
5.6.4 Kompensation durch Änderung des Druckes Py 30
5.7 untersuchung des geregelten Positioniersystems 33
5.7.1 Auswahl des Reglers 33
5.7.2 Einstellung eines Reglers 35
5.7.3 Ubergangsverhalten des geregelten positionier 37
systems
5.7.4 Positionsabweichung 38
5.8 Lageregelkreis für das Positioniersystem 40
5.9 Schlußbetrachtung 42
6. untersuchung eines nach dem Prinzip der leck 43
behafteten Volumenverdrängung gebauten Posi
tioniersystems
6.1 Aufbau des Positioniersystems 43
6.2 Quasistatisches Verhalten des Positioniersystems 44
6.2.1 Allgemeines 44
6.2.2 Einfluß des Druckes Pl 45
6.2.3 Einfluß des Druckes P4 45
6.2.4 Einfluß der Raumtemperatur '~M 46
6.3 Dynamisches Verhalten des Positioniersystems 46
6.3.1 Allgemeines 46
6.3.2 Übergangsverhalten 47
6.3.3 Schaltzeit Ts 48
6.3.4 positionsabweichung 48
6.3.5 Leckagen 49
6.3.5.1 Allgemeines 49
6.3.5.2 Druc~- und strömungsverhältnisse an den Kolben 50
6.3.5.3 Meßergebnisse 52
6.3.5.3.1 Leckverluste am unbetätigten Positioniersystem 52
6.3.5.3.2 Dynamische Leckverluste 52
6.4 Kompensation des Positioniersystems 54
- V -
6.4.1 Allgemeines 54
6.4.2 Fluidischer Temperaturkompensator 55
6.4.2.1 Prinzipieller Aufbau 55
6.4.2.2 Ermittlung des Weges xK in Abhängigkeit von 57
t\,
der Temperatur
6.4.3 Kompensation durch Änderung der im Raum 3 des 58
positioniersystems eingeschlossenen Ölmenge
6.4.3.1 Allgemeines 58
6.4.3.2 Kompensationsvorgang 59
6.5 Positionierung 60
6.5.1 Programmierbares Schaltventil 60
6.5.2 Positioniervorgang 61
6.6 Schlußbetrachtung über das leckbehaftete 61
positioniersystem
7. Aufbau des Steuerfahne-Düsenanordnung-Systems 62
7.1 Aufbau und Dimensionierung des Systems Ring 62
strahlsensor-Steuerfahne
7.1.1 Strömungs untersuchungen 64
7.1.2 Optimierung des Ringstrahlsensorsystems 65
7.1.2.1 Einfluß der Steuerfahnendicke e 66
7.1.2.2 Einfluß des Steuerfahnenwinkels oe 67
7.1.2.3 Einfluß der Steuerfahnenbreite a 67
7.1.2.4 Einfluß des Steuerfahnenradius r 68
7.1.2.5 Einfluß des Drosseldurchmessers dD 68
7.1.2.6 Einfluß der Versetzung c und der Ringspaltbreite 9 70
7.1.2.7 Einfluß der Hülsenlänge IH 72
7.1. 3 Einfluß des versorgungsdrucks p 72
v.
7.2 Optimiertes Ringstrahlsensor-Steuerfahnen-System 73
7.2.1 Untersuchung des Schaltverhaltens 73
7.2.2 Dynamisches Verhalten 76
7.2.3 Kennwerte 76
7.2.4 Zusammenfassung 77
7.3 Schlittenaufbau 78
8. Pneumohydraulischer Antrieb 79
8.1 Aufbau des pneumohydraulischen Antriebs 79
- VI -
8.2 Schnellschaltendes pneumatisch betätigtes 81
Hydrau likventi 1
8.2.1 Druckluftverluste durch den Spalt 82
8.2.2 Versuchsaufbau 82
8.2.3 Volumenstromkennlinien 83
8.2.4 Übergangsverhalten 83
8.2.5 Schaltzeit 84
8.2.6 Fluidische Betätigung des Hydraulikventils 84
8.3 2/2-wege-Hydraulikventil für den Eilgang 85
8.4 Rückschlagventil 85
9. steuerungsaufbau 86
9.1 Dateneingabe und Datenausgabe 86
9.2 Antriebssteuerung 88
10. Untersuchungen am Gesamtsystem 91
10.1 Prüfstandsaufbau 91
10.2 Geschwindigkeits- und Druckverlauf über dem Weg x 91
10.3 Schaltverhalten des Antriebes 93
11. Zusammenfassung 96
12. Literaturverzeichnis 100
13. Bildanhang 104
- VII -
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
Einheit
a Steuer fahnenbre ite
A Fläche
AK Kolbenfläche
Av wirksame Fläche
b Fahnenabstand mm
c Versetzung mm
cl' c2 Federsteifigkeit N/mm
D Durchmesser mm
d innerer Durchmesser mm
dA Ausgangskanaldurchrnesser mm
dD Drosseldurchmesser mm
dH Hülsendurchmesser mm
dK Kerndurchmesser mm
e Steuerfahnendicke mm
E Kornpressionsmodul einer Flüssigkeit bar
F Kraft N
FA Festanschlag
FD Feder
FLos Losbrechkraft N
FR Reibungskraft N
Ft Flankensteilheit im Druck-zeit-Diagramm bar/sec
F Flankensteilheit im Druck-Weg-Diagramm bar/mm
X
9 Ringspaltbreite mm
f Frequenz Hz
h Spalth5he mm
K Koeffizient
- VIII -
Einheit
k , k Balgenkoeffizient
e y
1, la' lb Länge mm
lA Ausgangskanallänge mm
10 Orossellänge mm
Kolbenmasse 9
Massenstrom mg/s
Massenstrom am Ausgang mg/s
Luftmassenstrom mg/s
Massenstrom am Steuereingang mg/s
m Massenstrom am Versorgungseingang mg/s
v
Druck bar
Ausgangsdruck bar
Ausgangsdruck kurz vor dem Schalten bar
Ausgangsdruck kurz nach dem Schalten bar
hydrodynamischer Druck bar
Kompensationsdruck bar
zulässiger äußerer Druck bar
P-:.zul
Druck im beaufschlagten Zylinderraum bar
maximaler Druckanstieg (bei Dichtungen) bar/mm
Druck im Hydraulikzylinder bar
P],\I.' Raumdruck bar
Versorgungsdruck bar
Ps' ~51'" Steuerdruck bar
Druck, Führungsgröße in einem Regelkreis bar
Druck, Regelgröße in einem Regelkreis bar
zulässiger innerer Druck (bei Bälgen) bar
Stelldruck bar
- IX -
Einheit
Q Volumenstrom
Qp Leckölstrom in folge der Druckdifferenz
Qs Schleppölstrom
r Drosselstellung rnrn
t Zeit s
T Einschwingzeit s
e
T maximaler Wert der Einschwingzeit s
emax
Tl Laufzeit s
T Nachstellzeit s
n
T positionierzeit s
p
T Schaltzeit s
s
T Umschlagzeit s
u
U Spannung V
vBe bezogenes schädliches Volumen mm/bar
bei äußerer Druckbeaufschlagung
vBX ' vBy bezogenes schädliches Volumen mm/bar
bei innerer Druckbeaufschlagung
3
v schädliches Volumen bei äußerer rnrn /bar
e
Druckbeaufschlagung
V Kompensationsvolumen
KM
VL Leckölvolumen pro Hubspiel
v Uberschwingweite rnrn
m
3
V bleibende Volumen änderung mm
p
3
VT Totvolumen mm
x Hub, Fahnenauslenkung mm
Xo Fahnenauslenkung kurz vor dem Einschalten rnrn
xl Fahnenauslenkung kurz nach dem Ausschalten mm
S..c Geschwindigkeit mm/s
X Beschleunigung mm/s2
- x -
Einheit
XBA Hubbereich in dem der Kolben beim mm
Ausfaqren beschleunigt wird
Hubbereich in dem der Kolben beim mm
Einfahren beschleunigt wird
bezogener Weg mm/bar
Federvorspannweg mm
Dosierhub mm
Kompensationshub mm
bezogener Kompensationshub
Abstand mm
Hubinkrement mm
zulässiger Hub mm
Wegfehler mm
VOlumenausdehnungskoeffizient
CI
Bunsenkoeffizient
Weg änderung mm
OX
/:; Einschwingtoleranz mm
ö b Bereich des Fahnenabstandes für mm
stabiles Schalten
öp Druckanstieg
ÖV Volumenänderung
l\ x positionstoleranz mm
Schalthysterese mm
Temperaturänderung
innere Temperatur
Raumtemperatur
2
dynamische zähigkeit Ns/m
