Online-Expertensystem zur Auslegung von hydraulischen Endlagendämpfungen mittels Ringspaltgeometrie
Applikation benötigt einige Sekunden zum laden
1. Ziel und Anwendungsbereich
Das vorliegende Expertensystem dient der effizienten und zeitsparenden Auslegung hydraulischer Endlagendämpfungen mittels festem Ringspalt. In industriellen Anwendungen, insbesondere bei der Konstruktion von Hydraulikzylindern, ist die Fähigkeit, schnell und präzise die Dämpfungseigenschaften zu berechnen, von entscheidender Bedeutung. Dieses System ermöglicht es dem Anwender, durch die Eingabe spezifischer Parameter, eine maßgeschneiderte Berechnung der Dämpfungseigenschaften vorzunehmen, um optimale Betriebsbedingungen sicherzustellen.
Die hydraulische Endlagendämpfung spielt eine kritische Rolle bei der Regulierung der Bewegung von Hydraulikzylindern und anderen mechanischen Systemen, indem sie die kinetische Energie des Systems absorbiert und in Wärme umwandelt. Der Einsatz eines festen Ringspalts als Dämpfungselement ermöglicht eine gezielte Steuerung des Dämpfungsgrades durch die Variation von Spaltmaßen und weiteren Parametern.
Das Hauptziel des Expertensystems besteht darin, dem Anwender die Ermittlung der maximal auftretenden negativen Beschleunigungen, sowie die Bestimmung der Kolbengeschwindigkeit bei Erreichen der Endlage zu ermöglichen. Diese kritischen Größen geben Aufschluss über die Wirksamkeit der Dämpfung und müssen mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Eine Übereinstimmung der berechneten Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte mit den Sollwerten signalisiert dem Anwender, dass die Dämpfung korrekt ausgelegt ist. Dies ermöglicht eine erhebliche Arbeitszeiteinsparung und erhöht die Zuverlässigkeit der Konstruktion.
Durch die Integration dieses Systems in den Konstruktionsprozess können Ingenieure und Techniker sicherstellen, dass ihre Entwürfe den spezifischen Anforderungen und Bedingungen der jeweiligen Anwendung entsprechen. Es trägt somit zur Optimierung der Systemleistung, zur Verlängerung der Lebensdauer der Komponenten und zur Vermeidung von Schäden durch unkontrollierte Bewegungen bei.
2. Gültigkeitsbereich
Vorliegende Auslegung ist gültig, solange die Strömungsform im Spalt laminar ist. Dies ist in der Regel der Fall, wird jedoch zusätzlich geprüft und in der Ausgabe angegeben.
3. notwendige Eingabegrößen
Die einzelnen Eingabegrößen sind teilweise dynamisch miteinander gekoppelt und erlauben nur "sinnvolle" Eingaben. Durch die Veränderung einer Eingabegröße werden möglicherweise weitere Eingabegrößen automatisch angepasst, um Kollisionen und ähnliches zu verhindern. Weitere Informationen hierzu im jeweiligen Tooltip.
-
Gesamtmasse (Kolben+Last) - m [kg]: Definieren Sie die Gesamtmasse, die über die Ringspaltdämpfung abgebremst werden soll. In der Regel entspricht die Gesamtmasse der Kolbenmasse + angehängte Lasten.
-
Spaltlänge - L [mm]: Definieren Sie die Länge der Ringspaltdämpfung.
-
Anfangsgeschwindigkeit - v0 [mm/s]: Definieren Sie die Anfangsgeschwindigkeit des Kolbens bei Beginn der Dämpfung.
-
Kolbendurchmesser - DK [mm]: Definieren Sie den Durchmesser des Kolbens. Der Kolbendurchmesser muss größer als der Ringspaltdurchmesser außen sein.
-
Ringspaltdurchmesser außen - DK,a [mm]: Definieren Sie den äußeren Durchmesser der Ringspaltgeometrie. Der äußere Durchmesser des Ringspaltes muss kleiner als der Kolbendurchmesser sein.
-
Ringspalt Durchmesser-Differenz - Δ DR / 2 [mm]: Definieren Sie die radiale Ringspaltbreite = Δ DR / 2
-
Dichte - ρ [kg/m³]: Definieren Sie die Dichte der verwendeten Hydraulikflüssigkeit.
-
kin. Viskosität (Tmin) - ν [mm²/s]: Definieren Sie die kinematische Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bei der minimalen Systemtemperatur.
-
kin. Viskosität (Tmax) - ν [mm²/s]: Definieren Sie die kinematische Viskosität der Hydraulikflüssigkeit bei der maximalen Systemtemperatur. Wollen Sie die Dämpfung nur für eine Temperatur auslegen, so setzten Sie diesen = 0.
4. zusätzliche Eingabegrößen
Über den Optionsbutton "Projektdaten einblenden" können Sie zusätzliche Informationen zu ihrem aktuellen Projekt eingeben.
Diese Daten werden in dem druckbaren Ausgabeblatt in der Kopfzeile verwendet.
5. Verwendung
Legen Sie zunächst die fixen Größen (Gesamtmasse, Anfangsgeschwindigkeit, Kolbendurchmesser, Dichte, Viskosität) Ihrer Konstruktion fest.
Durch Variation von Spaltlänge, Ringspaltdurchmesser außen, Ringspaltdurchmesser-Differenz können Sie direkten Einfluss auf die Dämpfungseigenschaften der Ringspaltdämpfung nehmen.
Über die graphische Rückmeldung der Diagramme erhalten Sie einen sofortigen Einblick auf den Einfluss Ihrer Veränderungen und können die Ringspaltdämpfung den gegeben Anforderungen anpassen.
Die gesamte mathematische Auswertung erfolgt für den Zeitbereich, welcher über den Schieberegler "maximale Diagrammzeit t" definiert wird. Reicht die hier definierte Zeit nicht aus, damit der Kolben die Endlage erreicht, erhalten Sie rot gefärbte Warnrückmeldungen über die entsprechenden Ausgabefelder. Erhöhen Sie in diesem Fall zunächst den Eingabeparameter "maximale Diagrammzeit".
Bleiben die roten Warnmeldungen weiterhin bestehen, so ist möglicherweise die Dämpfung zu hoch ausgelegt und der Kolben erreicht aufgrund der Dämpfung die Endlage nicht. Dies erkennen Sie am Verlauf des zweiten Diagramms a(s), v(s). Nähert sich die Geschwindigkeit v(s) asymptotisch der 0-Linie vor Erreichen der Endlage an, so ist die Dämpfung zu hoch ausgelegt. In diesem Fall passen die die Eingabeparameter an.
6. Visualisierung und Analyse
Vorliegendes Expertensystem generiert zwei Diagramme zur Visualisierung der berechneten Größen:
-
Diagramm 1: Zeigt zeitabhängig die Beschleunigung und Geschwindigkeit des Kolbens sowie den zurückgelegten Weg. Es ermöglicht dem Anwender, die Dynamik des Kolbens und die Effekte der Dämpfung über die Zeit zu analysieren.
-
Diagramm 2: Stellt die Beschleunigung und Geschwindigkeit des Kolbens in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg dar. Dies gibt Aufschluss über die kinetischen Eigenschaften des Kolbens während seiner Bewegung durch den Hydraulikzylinder und erlaubt eine sofortige Bewertung der relevanten Größen entlang des Dämpfungsweges,
-
Die Diagramme können Sie direkt lokal abspeichern oder ausdrucken. Verwenden Sie hierfür die Buttons unten rechts im jeweiligen Diagramm
Diese Diagramme sind essentiell für das Verständnis, wie der Kolben sich aufgrund der Dämpfung bewegt und abgebremst wird. Die Diagramme aktualisieren sich bei jeder Änderung der Eingabegrößen und bieten dem Anwender eine direkte Rückmeldung zur Wirksamkeit der Dämpfung und zeigen möglicherweise an, wenn die Dämpfung für gegebene Eingabegrößen zu hoch ausgelegt ist (zu Erkennen am Verlauf von v(s) - siehe 5. Verwendung).
7. Auswertung
Die gesamte mathematische Auswertung erfolgt für den Zeitbereich, welcher über den Schieberegler "maximale Diagrammzeit t" definiert wird.
Folgende Größen werden im Ausgabefeld bereitgestellt:
maximale negative Beschleunigung - a [mm²/s]: Die maximale negative auf den Kolben wirkenden Beschleunigung.
Kolbengeschwindigkeit bei Erreichen der Endlage - v [mm/s]: Die Kolbengeschwindigkeit bei Erreichen der Endlage.
Kinetische Energie Endlage - Ekin [J]: Die verbleibende kinetische Energie des Kolbens (+ angehängte Massen) bei Erreichen der Endlage. Diese Energiemenge wird über wird über den "Stoß in der Endlage" abgebaut.
gleichzusetzende Sprengkraft TNT - [mg TNT]: rein informativ - gibt an, welche Energiemenge in der Endlage abgebaut wird und wieviel Milligramm TNT Sprengkraft dies entspricht.
farbliche Rückmeldung: Ist die Auswertzeit (maximale
Diagrammzeit t) zu gering gewählt, oder die Dämpfung zu hoch für das Erreichen der Endlage, so erhalten Sie rot gefärbte Ausgabefelder mit entsprechenden Hinweisen (siehe 6. Visualisierung und Analyse).
8. Darstellung
Wollen Sie mehr Informationen auf einen Blick sehen ohne scrollen zu müssen, verwenden Sie entweder die Optionsbuttons, um nicht gewünschte Teile der Auslegung auszublenden und / oder verwenden sie die Zoom-Funktion Ihres Browsers, in der Regel:
"Alt + mittleres" Mausrad.
4. Auslegung ausdrucken
Über den Optionsbutton "Drucken / PDF" können Sie Ihre aktuelle Auslegung in übersichtlicher Form ausdrucken, bzw. über den Druckmanager als PDF lokal abspeichern. Hierfür benötigen Sie ein persönliches Passwort, welches Sie unter info@industrieforschung.eu
anfordern können.
6. mathematische Herleitung
Über den Optionsbutton "mathematische Herleitung" können Sie sich die hinter diesem Expertensystem liegende Mathematik in ausführlicher Form darstellen lassen. Bei Fragen hierzu kontaktieren Sie uns unter info@industrieforschung.eu.
7. Hinweise
Für die Richtigkeit und Vollständigkeit der Ergebnisse wird keine Haftung übernommen. Die Anwendung erfolgt auf eigene Verantwortung. Bei weiteren Fragen kontaktieren Sie uns direkt unter info@industrieforschung.eu.
