Regelverhalten, Gestaltdesign und Robustheit direkt-gesteuerter Proportionaldruckbegrenzungsventile

Elektro-hydraulische Komponenten zur Energiesteuerung und -regelung stellen wichtige Bestandteile fluidtechnischer Systemlösungen dar. Die Vielzahl der vorhandenen Ventiltypen ist durch eine hohe Leistungsdichte, Robustheit und Zuverlässigkeit gekennzeichnet, sodass weitere Verbesserungen der initialen Leistungsdaten eine zunehmend herausfordernde Entwicklungsaufgabe darstellen. Die Aspekte Regelverhalten und Robustheit werden in dieser Arbeit als exemplarische Zielstellungen detailliert am Beispiel eines Proportionaldruckbegrenzungsventils diskutiert. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf einer Verknüpfung der die Ventilfunktion bestimmenden Gestaltung von Strömungsraum und Aktor mit der Funktionalität der Gesamtkomponente. Diese inverse Betrachtungsweise erlaubt die Vorausberechnung einzelner Gestaltelemente des Ventils unter Berücksichtigung angestrebter Leistungsdaten. In Verbindung mit einer Beispielkomponente ermöglicht die erarbeitete Vorgehensweise durch ein alleiniges, auf die Funktion zugeschnittenes Gestaltdesign einzelner Ventilelemente eine Erhöhung der Leistungsdaten auf das 2,5fache bei einer deutlichen Reduzierung von Bauraum und elektrischer Leistungsaufnahme. Experimentelle Untersuchungen bestätigen die simulationstechnischen Vorausberechnungen, womit das Anwendungspotential dieser neuartigen Herangehensweise für den virtuellen Ventilentwurf herausgestellt wird. Analysen zum Einfluss von systemimmanenten Unsicherheiten wie Toleranzen oder Materialeigenschaften auf die Robustheit des neudesignten Ventilverhaltens verknüpfen die Vorausberechnungen mit Fragestellungen der technischen Realisierbarkeit. Die Untersuchungsergebnisse konkretisieren hierbei den obligatorischen Charakter derartiger Analysen für ein erfolgreiches Gestaltdesign.