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Development of high-response piezo servovalves for improved performance of electrohydraulic cylinder drives = Entwicklung hochdynamischer Piezo-Servoventile zur Leistungssteigerung elektrohydraulischer Zylinderantriebe



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Maxim Reichert

ImpressumAachen : Shaker 2010

UmfangXI, 137 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8322-9278-2

ReiheReihe Fluidtechnik : D ; 55


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zsfassung in engl. und dt. Sprache


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-02-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-33449
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63179/files/3344.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (412810)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektrohydraulisches Servoventil (Genormte SW) ; Servoventil (Genormte SW) ; Druckregelung (Genormte SW) ; Lageregelung (Genormte SW) ; Aktorik (Genormte SW) ; Hydraulikzylinder (Genormte SW) ; Dynamik (Genormte SW) ; Ventil (Genormte SW) ; Wegeventil (Genormte SW) ; Hydroventil (Genormte SW) ; Elektrohydraulik (Genormte SW) ; Numerische Strömungssimulation (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Piezo (frei) ; Laststeifigkeit (frei) ; Folgeverhalten (frei) ; Störverhalten (frei) ; Strömungskraft (frei) ; servovalve (frei) ; control (frei) ; electrohydraulic cylinder (frei) ; load stiffness (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: Hydraulics * Hydraulic * Piezoelect * Servo Devi

Kurzfassung
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Erprobung hochdynamischer Piezo-Servoventile zur Leistungssteigerung elektrohydraulischer Zylinderantriebe. Die Leistungssteigerung bedeutet im Kontext der Arbeit eine Verbesserung von Führungs- und Störverhalten des Zylinderantriebs in der Druck- und Lageregelung. Das Führungs- und Störverhalten eines Antriebs bestimmen seine Präzision, welche für die Qualität der Erzeugnisse bzw. Genauigkeit der auszuführenden Bewegung entscheidend ist. Anhand linearisierter mathematischer Modelle wird gezeigt, dass das Antriebsverhalten vorwiegend durch hohe Ventildynamik verbessert werden kann. Zur Steigerung der Ventildynamik wird piezoelektrischer Aktor herangezogen, dessen Zeitverhalten das Verhalten von konventionellen elektromechanischen Ventilaktoren deutlich übertrifft. Im Rahmen der Arbeit werden zwei Prototypen neuartiger hochdynamischer Piezo-Servoventile entwickelt. Es handelt sich hierbei um 4/3-Wegeventile in Längsschieberausführung. Beide Entwicklungen umfassen Konzeptionierung, Berechnung, Dimensionierung, Konstruktion, Fertigung, Entwurf und Umsetzung ventilinterner Lageregelung, Erprobung im Versuch nach standardisierten Verfahren und Gegenüberstellung zu konventionellen Ventilen vergleichbarer Nenngröße. Die erzielte Ventildynamik übertrifft deutlich die Dynamik konventioneller Servoventile. Beispielhafte Untersuchungen an einem elektrohydraulischen Zylinderantrieb zeigen, dass durch den Einsatz der Piezo-Servoventile das Führungsverhalten der Druckregelung bzw. das Störverhalten der Lageregelung des Antriebs um ca. 50% bzw. 40% verbessert werden können. Die Arbeit zeigt, dass kommerziell verfügbare Piezo-Aktoren erfolgreich in den hydraulischen Industrieventilen zur Leistungssteigerung des Antriebs eingesetzt werden können. Die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer dieser Aktoren wurde durch den Einsatz in Common-Rail-Einspritzsystemen in der Automobilindustrie seit 2002 bereits nachgewiesen. Durch die geringen Herstellungskosten der Massenfertigung stellen die Kfz-Piezo-Aktoren eine attraktive Alternative für die industrielle hydraulische Servoventiltechnk dar.

This book deals with the development and testing of high-response piezo-servovalves for improved performance of electrohydraulic cylinder drives. Performance improvement means in the context of this work an enhancement of reference and disturbance response of the drive in a closed-loop pressure and position control. Reference and disturbance responses determine the precision of the drive which influences product quality and motion accuracy in stationary and mobile applications. This thesis shows by means of linearised mathematical models that the drive performance can be significantly improved by high dynamics of the control valve. The increase in valve dynamics can be achieved by the use of piezoelectric actuators, which outmatch the response of common electromechanical valve actuators. Within the scope of this work two different novel high-response piezo-servovalves are prototyped. These are four-way directional flow control valves with linear spools. The book presents different steps of the design and development process of the valves such as conceptual design, calculation, dimensioning, manufacturing, design of internal valve control, testing according to the internationally standardized procedures and comparison to the performance of common servovalves. The achieved dynamics of the piezo-servovalves surpasses the response of the conventional valves. Exemplary investigations of an electrohydraulic cylinder drive show an improved reference response of pressure control by 50% and an enhanced disturbance response of position control by 40% due to the use of the piezo-servovalve at the drive. This work demonstrates that the commercially available piezo-actuators can be successfully implemented in industrial hydraulic valves, bringing advantages for the overall drive performance. The high reliability and endurance of the piezo-actuators have already been proven by the use in common rail fuel injectors in the automobile industry since 2002. Taking into account falling costs of the actuators due to the mass production for the automobile industry they can become a very attractive alternative or supplement for hydraulic valve technology.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
English

Interne Identnummern
RWTH-CONV-124633
Datensatz-ID: 63179

Beteiligte Länder
Germany

 GO


OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
412810_20140620
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412810

 Record created 2013-01-28, last modified 2024-02-20


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