Intelligent Control of AC Servomotor-Hydraulic Pump Systems for Energy-Saving Injection Moulding Machines

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Kavitation im Saug- und Umsteuerbereich hydrostatischer Pumpen ist bis heute eine Hauptursache für Verschleiß, ungünstige volumetrische Wirkungsgrade, Geräuschabstrahlung und Ausfall der Pumpen. Sie begrenzt auch die maximale Antriebsdrehzahl von Pumpen. Ebenso sind zuverlässige Auslegungskriterien für die Ansauggrenzen von hydrostatischen Pumpen bis heute nicht vorhanden. Die üblicherweise von den Pumpenherstellern angegebenen Sauggrenzen beruhen auf empirisch ermittelten, i. a. noch zulässigen stationären Strömungsgeschwindigkeiten im Ansaugkanal der Pumpe. Druckpulsationen und instationäre Strömungsvorgänge (z. B. Ausschwenken der Pumpe, Erhöhen der Antriebsdrehzahl) führen in der Anwendung häufig zu Kavitationsschäden und zum vorzeitigen Pumpenausfall. Ziel des Forschungsvorhabens ist die deutliche Erhöhung der Drehzahlgrenze sowie der Drehzahländerungsgeschwindigkeit für Axialkolbenpumpen auf die bei AC-Servomotoren vergleichbarer Leistung üblichen Werte und die dazu notwendige Verbesserung des Saugver-haltens von Axialkolbenpumpen mit Hilfe der numerischen Strömungsberechnung (CFD). Dadurch sollen vor allem die Einsatzgrenzen in Antriebssystemen mit Pumpendirektregelung erweitert werden.Wesentliche Ursachen für Kavitationsschäden in Pumpen sind Strömungsverluste in der Saugleitung und im Saugkanal der Pumpe beim Füllen der Kolbenräume, die Pulsation des Saugdrucks durch die Pumpenkinematik und die Umsteuervorgänge, Gasanteile im Saugkanal durch die Dekompressionsvorgänge beim Umsteuern von Hoch- auf Niederdruck sowie Kavitation bei rückströmendem Drucköl in den Kolbenraum zur Vorkompression im Umsteuerbe-reich vom Niederdruck zum Hochdruck. Diese komplexen instationären Strömungszustände in Axialkolbenpumpen sollen mittels CFD-Simulation berechnet und hinsichtlich des Saugverhaltens optimiert werden. Außerdem sollen wissenschaftlich begründete, allgemein gültige Auslegungshinweise für zulässige statische Saugdrücke und Saugdruckpulsationen erarbeitet werden. Druckmessungen im Umsteuerbereich sollen die Simulationsergebnisse experimentell verifizieren.