FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN

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1 FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 435 Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz KUhn yom Minister fur Wissenschaft und Forschung Johannes Rau Prof. Dr. -Ing. Wolfgang Backe Dip!. -Ing. Nicolae Hamburger Dr. -Ing. Hans-Peter Riedel Institut fur Hydraulische und Pneumatische Antriebe und Steuerungen der Rhein. - Westf. Techn. Hochschule Aachen Untersuchungen tiber das dynamische Verhalten von Stromregel ventilen Westdeutscher Verlag 1974

2 1974 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag ISBN-13: e-isbn-l3= DOl: 10_1007/

3 III Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 1.1 Bauarten von Stromregelventilen MeBblende im VerbraucheranschluB 1.1. MeBblende in der Eingangs- oder Ausgangsleitung 1. Aufgabenstellung Analyse des Verhaltens von Stromregelventilen bei quasistationaren Bedingungen Kolbenposition 0 < x <xc Mathatische Beschreibung des Stromregelventils Bedingung fur die Ansprechschwelle Qualitative SchluBfolgerungen Kolbenposi tion x > xo Hydraulischer Widerstand von Steuerkanten bei x > xo Mathatische Beschreibung des Stromregelventils Zusammenfassende GegenUberstellung der qualitativen Ergebnisse Analyse des dynamischen Verhaltens von Stromregelventilen GegenUberstellung verschiedener Konstruktionsprinzipien Problbeschreibung Die Gleichungssyste Das reale nichtlineare Syst fur grobe Druckamplituden Das linearisierte Syst fur kleine Druckamplituden

4 IV Beschreibung der exper~entellen Untersuchungen Versuchsaufbau Versuchsdurchfuhrung Seite Diskussion von experimentell und theoretisch ermittelten Ergebnissen Regelsystatik der -Wege-Stromregler Diskussion des Anfahrsprungs Zusammenfassung 38 Literaturverzeichnis 40 Anhang Anhang Anhang 3 Anhang Bilderliste 50

5 v Zeichenerklarung (Bezeichnungen von ortlicher Bedeutung werden an der Stelle ihrer Verwendung erlautert) B D E Fc Fo G GD GK H I dyn I KL Kolbenflache MeBblendenquerschnitt Drosselquerschnitt an der Druckwaage Maximaler Drosselquerschnitt an der Druckwaage Bauparameter/Breite Durchrnesser Entfernung/6lelastizitatsmodul Coulombsche Reibungskraft Federvorspannung DurchfluBparameter DurchfluBpararneter fur die MeBblende DurchfluBpararneter fur die Druckwaage Entfernung von der Kante Dynamische Stromungskraft Stromungskraft Geschwindigkeitsfaktor fur den Strom im Spalt Hydraulische Leitfahigkeit eines Spaltes Normierte Gesamtdruckdifferenz Normierte Ansprechschwelle Volumenstrom Bezugsniveau fur die Strome Radius RiiRHi Hydraulischer Wider stand S W dw X a der dynamischen Beanspruchung Druckdifferenzverhaltnis Zeitkonstante/Norrnierte Zeitkonstante Spannung/umfang Volumen Die Laplace-Transformation der Funktion W Kleine Variation der Funktion W Normierter Kolbenweg Lange -/ / - -4 s -4 s -4 s s 3-1 s 3-1 s -5 ern s s/ Volt/ ern 3 s. Anhang

6 VI b c d n v x 4"' c 'I r T Spaltbreite Federkonstante (c=df/dx) Durchmesser Spalthohe Elektrischer Stram Exponent Druck Druck hinter d Stromregler Druck vor d Stromregler Druckdifferenz Bezugsniveau fur die Druckdifferenz Normierter Strom Stromungsgeschwindigkeit Kolbenweg Maximaler Kolbenweg Kolbenweg fur NullUberdeckung positive Uberdeckung DurchfluBbeiwert DurchfluBbeiwert an der MeBdrossel DurchfluBbeiwert an der Kompensationsdrossel Relative Entfernung von der Kante Tangential-, normiert Relative tangentiale Entfernung zwischen zwei Bohrungen Spezifisches Gewicht Normierter Drosselquerschnitt an der Druckwaage Ableitung von 4 Uber den normierten Weg x Strahlwinkel Dynamische Viskositat Dichte/Spezifischer Widerstand Zeitkonstante -1 s. Anhang s. Anhang A s -4s /VA-1