Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Regelorgane für Verstellpumpen mit systematischer Vermeidung kontinuierlicher Bypass-Verluste

Verstellpumpen mit proportional verstellbarem Fördervolumen finden millionenfach in energieeffizienten hydraulischen Aggregaten Anwendung. Ein Beispiel ist die bedarfsgerechte Bereitstellung eines konstanten Versorgungsdrucks. Dazu wird das Hubvolumen der Pumpe und somit der Fördervolumenstrom mittels eines Druckreglers an den erforderlichen Verbrauchervolumenstrom angepasst. Prinzipbedingt sind die Druckregler und das System zum Verstellen des Hubvolumens schwach gedämpft, sodass eine zusätzliche Dämpfung erforderlich ist. Stand der Technik ist eine Dämpfungsblende im Stellsystem, über welche hydraulische Leistung abgeführt wird und somit kontinuierliche Bypass-Verluste entstehen.

Im beantragten Forschungsvorhaben werden diese kontinuierlichen Verluste vermieden, indem eine systematische Dämpfung des Stellsystems realisiert wird. In dem Konzept werden interne Größen des Stellsystems (Stellweg, Geschwindigkeit, Druck, Volumenstrom) zum Regler zurückgeführt und somit das Stellsystem gedämpft. Im Forschungsvorhaben werden zunächst mittels Simulation verschiedene Konzepte für die Rückführung verglichen, ein ausgewähltes Konzept als Demonstrator aufgebaut und erprobt.

Der Nutzen für die KMUs besteht darin, den Kunden ein energieeffizienteres Pumpen-Regler-System anbieten zu können. Das Einsparpotential liegt bei einer Pumpengröße mit einer Maximalleistung von 35 kW bei ca. 1 kW. Dies zeigt im Vergleich zu anderen Optimierungen im Pumpentriebwerk das beachtliche Potential. Für die Kunden der KMUs äußert sich eine Reduzierung der Verluste im Stellsystem direkt in einer Kraftstoff- bzw. Stromkostenersparnis.

Zusammenfassend zielt das Forschungsvorhaben auf die Vermeidung kontinuierlicher Bypass-Verluste im Stellsystem von Pumpen ab, sodass diese nur noch Leistung beim Verstellen des Fördervolumens der Pumpe benötigen. Weiterhin kann das Konzept der systematischen Dämpfung auf weitere Pumpenregler (Load-Sensing Regler, Leistungsregler) übertragen werden.

Ergebniszusammenfassung:

Verstellpumpen mit proportional verstellbarem Fördervolumen finden millionenfach in energieeffizienten hydraulischen Aggregaten Anwendung, z.B in der bedarfsgerechten Bereitstellung eines konstanten Versorgungsdrucks. Prinzipbedingt sind die Druckregler und das System zum Verstellen des Hubvolumens schwach gedämpft, sodass eine zusätzliche Dämpfung erforderlich ist. Stand der Technik ist eine Dämpfungsblende im Stellsystem, über welche hydraulische Leistung abgeführt wird und somit kontinuierliche Bypass-Verluste entstehen. Im Forschungsvorhaben wurden verschiedene Konzepte systematisch untersucht, mit denen eine Dämpfung des Stellsystems realisiert werden kann und die kontinuierliche Verluste vermeiden. Zur Entwicklung von Rückführungen innerhalb des Systems der Druckregelung wurde ein Simulationsmodell aufgebaut und parametriert. Der Vergleich der Konzepte von Stellweg- und Stellgeschwindigkeitsrückführung zeigt die grundlegende Funktionsfähigkeit der Rückführung zur Dämpfung des Systems. Parallel wurden Schaltungen entwickelt, die die Funktion der Konzepte mit realen Bauteilen abbilden. Hier zeigte sich, dass die Stellwegrückführung schaltungsbedingt prinzipiell besser geeignet ist. Für die Erprobung wurde daher eine mechanische und hydraulische Stellwegrückführung genutzt. Die beiden Regler wurden für eine Serienpumpe ausgestaltet und gefertigt. Die Erprobung als experimenteller Funktionsnachweis erfolgte für die hydraulische Stellwegrückführung im gesamten Betriebsbereich der Pumpe. Der Regler mit der mechanischen Stellwegrückführung erwies sich in der Erprobung als nicht funktionsfähig und ist auf die Reibung innerhalb der Rückführung zurückzuführen. Der Nutzen für die KMUs besteht darin, den Kunden ein energieeffizienteres Pumpen-Regler-System anbieten zu können. Weiterhin kann das Konzept der systematischen Dämpfung auf weitere Pumpenregler (Load-Sensing Regler, Leistungsregler) übertragen werden.