Experimentelle und simulative Untersuchung des dynamischen Körperschallübertragungsverhaltens von Hochdruck-Hydraulikschlauchleitungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Heisel
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 38109693

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, die grundlegenden Mechanismen der Körperschallausbreitung über das Mantelmaterial von Hochdruck-Hydraulikschlauchleitungen durch experimentelle Untersuchungen zu identifizieren und zu beschreiben. Darüber hinaus sollen die Messergebnisse dazu verwendet werden, Schlauchleitungsmodelle zur Simulation der Körper Schallübertragung mittels eines FE-Systems zu erstellen. Bisherige Untersuchungen und Berechnungen an Hydraulikaggregaten haben gezeigt, dass detaillierte Kenntnisse über das Schwingungsverhalten von Hydraulikschlauchleitungen wichtig für die Beschreibung des gesamten Systemverhaltens sind. Im Bereich der Mobilhydraulik bestehen Hydrauliksysteme unter anderem aus komplexen Rohr- und Schlauchleitungssystemen. Im Gegensatz zu Rohrleitungen liegen für Schlauchleitungen in hydraulischen Systemen bisher noch keine ausreichenden Erkenntnisse zur Beschreibung des Übertragungsverhaltens vor. Um an einem Hydrauliksystem eine rechnerische dynamische Analyse durchführen zu können, sind Kenntnisse über die Körperschallübertragung der Schlauchleitung von großer Bedeutung. Die Körperschalltransmission über Schlauchleitungen in Abhängigkeit des nichtlinearen Verhaltens der Schlauchwandstruktur infolge variierender Betriebs- und Materialparameter sowie die Berücksichtigung von Anschluss- und Einbausituation ist sehr komplex und bis heute ebenso wie deren Einfluss auf das Schwingungsverhalten von hydraulischen Systemen wenig erforscht. An diesem Punkt setzt das geplante Forschungsvorhaben an. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen im ersten Teil des Vorhabens werden dynamische Analysen zur Erfassung der Körperschallübertragung von Schlauchleitungen im hydraulischen System durchführt. Der Einfluss der verschiedenen Parameter auf das Schwingungsverhalten der Schlauchleitungen wird aufgezeigt. Ziel der Experimente ist es, Daten und geeignete Randbedingungen für die Simulation der Schlauchleitung zu ermitteln und entsprechend aufzubereiten. Im Weiteren wird aufbauend auf den Erkenntnissen aus den experimentellen Untersuchungen ein Modell der Schlauchleitung entwickelt, um die Körperschallübertragung an der Schlauchleitung rechnerisch zu erfassen. Hierzu wird innerhalb des FE-Systems ANSYS über sogenannte „User Programmable Features (UPF s) ein benutzerdefiniertes Element zur Modellierung des Schlauches mit entsprechenden Eigenschaften und Modifikationsmöglichkeiten erstellt. Im letzten Teil der Arbeit wird das entwickelte Modell in eine bestehende Baugruppenbibliothek eines Hydraulikaggregats übertragen und integriert, um die Simulation des dynamischen Körperschallübertragungsverhaltens des Gesamtsystems zu ermöglichen. Den Abschluss des Vorhabens bildet die Übertragung und Adaption der gewonnenen Ergebnisse auf andere Schlauchleitungen und Hydrauliksysteme.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen