Experimentelle und analytische Bestimmung des Betriebsverhaltens von direktwirkenden und vorgesteuerten 2-Wege-Stromregelventilen

Stromregelventile dienen zur lastunabhängigen, stufenlosen Einstellung der Drehzahl oder der Geschwindigkeit hydraulischer Antriebe. Aufgabe der vorliegenden Arbeit ist es, das Verhalten und die Einflußfaktoren für 2-Wege-Stromregelventile, die für große Volumenströme ausgelegt sind, zu bestimmen. Zunächst werden Kriterien zur Beurteilung des statischen und dynamischen Verhaltens vorgestellt. Das statische Verhalten charakterisieren insbesondere die Kennwerte Gleichstromverhalten und Mindestdruckdifferenz; zur Beurteilung des dynamischen Verhaltens dienen die Eigenschaften Stromüberhöhung und Einschwingzeit. Als Stromüberhöhung wird hierbei die bei einer Sprungantwort auftretende maximale Abweichung zwischen Soll- und Istwert des Volumenstroms bezeichnet. Den untersuchten Bauformen entsprechend gliedert sich die Arbeit in drei Teile. Die ersten beiden Kapitel sind direktwirkenden Stromregelventilen, deren Druckwaage zum einen ein Stufenkolben, zum anderen ein 2-Wege-Einbauventil bildet, gewidmet. Das dritte Kapitel behandelt vorgesteuerte Stromregelventile mit 2-Wege-Einbauventilen als Stellglied. Für jede Bauform wird anhand eines mathematischen Modells, dessen Gültigkeit durch den Vergleich von Messung und Rechnung überprüft ist, der Einfluß der Konstruktionsdaten auf das Betriebsverhalten ermittelt. Das statische Verhalten wird hierbei hauptsächlich durch die Auslegung der Druckwaage, die durch die Kolbenfläche, die Durchflußverstärkung und die wirksame Federkraft gekennzeichnet ist, bestimmt. Um für zahlreiche Betriebsfälle ein stabiles Arbeiten der Stromregelventile zu ermöglichen, wird die Druckwaage stark gedämpft. Deshalb ist das dynamische Verhalten bezüglich der konstruktionsspezifischen Größen besonders von der Auslegung der Bauelemente, die die Dämpfung beieinflussen, abhängig. Werden Laminarwiderstände als Dämpfungsdrossel eingesetzt, verhält sich die Dämpfung der Druckwaage proportional dem Quadrat der Druckwaagefläche und umgekehrt proportional dem Leitwert des hydraulischen Widerstandes. Nach den konstruktionsspezifischen Größen wird der Einfluß der betriebsspezifischen Größen auf das dynamische Verhalten ermittelt. (...) Zum Abschluß werden konstruktions- und schaltungstechnische Maßnahmen, die eine Verminderung des Fehlersignals beim Anfahrsprung ermöglichen, anhand von gemessenen Antwortfunktionen vorgestellt