Methode zur Konzipierung und Realisierung hydraulischer Elemente zur Erreichung stabiler Betriebspunkte bei impulsartiger Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marcus Geimer; Professor Dr.-Ing. Sven Matthiesen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517363628

Der kontinuierliche Abgleich zwischen den geforderten und erreichten Produktfunktionen ist eine der Kernaktivitäten im Produktentwicklungsprozess. Viele dieser Validierungsaktivitäten finden in Testumgebungen statt, um das Verhalten von Systemen unter dynamischen Lasten zu untersuchen. Einen Spezialfall dynamischer Lasten stellen zyklische Stoßbelastungen dar, da hohe Belastungen für eine sehr kurze Dauer wirken und hohe Energieeinträge in das System erfolgen. Diese Belastungen können bisher nicht ausreichend validiert werden, da stabile Betriebspunkte bei impulsartiger Dauerbelastung und hoher Anregungsfrequenz mit rein mechanischen Dämpfungselementen nicht erreichbar oder variabel einstellbar sind. Stoßbelastungen werden häufig zur Materialzerstörung eingesetzt. Die materialzerstörungsfreie Validierung von Systemen zur Stoßaufbringung, wie z.B. Bohrhämmer oder Abbauhämmer, wird vermehrt angestrebt, da Zeit und Kosten reduziert werden können. Die materialzerstörungsfreie Validierung dieser Systeme erfordert eine sehr hohe Belastbarkeit der Testumgebungen, da hierfür hohe Dämpfungsleistungen bei einem konstanten Systemverhalten gefordert werden. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass hydrostatische Dämpfungselemente prinzipiell in der Lage sind, stabile Betriebspunkte für impulsartige Belastungen verschleißarm und einstellbar bereitzustellen. Zur Auslegung hydraulischer Dämpfungselemente für Stoßanregungen fehlt jedoch eine Unterstützung in der Auslegung, da nur die Auslegung bezüglich harmonischer Anregungen mit geringerer Dämpfungsleistung behandelt wird. In diesem Forschungsantrag soll daher eine methodische Unterstützung zur Auslegung hydraulischer Dämpfungselemente für zyklische Stoßanregungen geschaffen werden. Dieses Vorgehen wird parallel zu dem Aufbau eines solchen Systems erforscht, welches die Identifikation von hydraulischen Effekten, wie Bsp. Kavitationsneigungen, unter solch einer Belastung erlaubt. Basierend auf dem Stoßverhalten realer Untergründe und dem Dämpfungsverhalten eines mechanischen Elementes, welches zyklische Stoßbelastungen, jedoch bei nicht konstantem Betriebsverhalten, aufnehmen kann, werden Anforderungen an ein hydraulisches System ermittelt, welches anschließend simulativ untersucht und ausgelegt wird. Aktivitäten der Auslegung werden in der Entwicklungsmethode aufbereitet. Basierend auf der Auslegung wird die hydraulische Lösung als Forschungsgegenstand in Betrieb genommen. Die Validierung der hydraulischen Lösung ermöglicht die Identifikation von Effekten bei hydraulischen Dämpfungselementen unter impulsartiger Belastung, insbesondere bezüglich der gezielten Einstellbarkeit des Dämpfungsverhaltens. Dies ermöglicht den Aufbau einer Regelung zum Erreichen von konstanten Dämpfungseigenschaften bei sich ändernden Stoßanregungen. Schritte zum Aufbau einer Regelung auf ein einstellbares und konstantes Dämpfungsverhalten werden in der Entwicklungsmethode behandelt und zeigen den Mehrwert hydraulischer Lösungen auf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen