{"id":54,"date":"2012-07-26T05:42:17","date_gmt":"2012-07-26T09:42:17","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworksdeutschland\/solidworks-flow-simulation-kompaktmodellierung-bauteile-zwei-anschl\u00fcsse"},"modified":"2012-07-26T05:42:17","modified_gmt":"2012-07-26T09:42:17","slug":"solidworks-flow-simulation-kompaktmodellierung-bauteile-zwei-anschlusse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.solidworks.com\/solidworksdeutschland\/2012\/07\/solidworks-flow-simulation-kompaktmodellierung-bauteile-zwei-anschlusse.html","title":{"rendered":"SolidWorks Flow Simulation – Kompaktmodellierung von Bauteilen mit zwei Anschl\u00fcssen"},"content":{"rendered":"

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 Es gibt zahlreiche hydraulische und pneumatische Bauteile mit zwei Anschl\u00fcssen bzw. Str\u00f6mungs\u00f6ffnungen, deren Eigenschaften genau bekannt sind und die nicht in jeder Str\u00f6mungssimulation neu berechnet werden sollten.<\/p>\n

 Ein Beispiel daf\u00fcr sind L\u00fcfter. In SolidWorks Flow Simulation <\/a>ist eine umfangreiche Bibliothek von L\u00fcftern verf\u00fcgbar. Diese L\u00fcfter sind durch ihre statische L\u00fcfterkennlinie beschrieben, die die Abh\u00e4ngigkeit zwischen Druckabfall und gef\u00f6rderter Fluidmenge enth\u00e4lt (Bild 1).<\/p>\n

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\"L\u00fcfterkennlinie<\/a><\/p>\n

Bild 1: statische Kennlinie eines L\u00fcfters aus der SolidWorks Bauteilbibliothek<\/span><\/em><\/p>\n

Die beiden Eckwerte auf dieser Kennlinie sind die F\u00f6rderleistung im Leerlauf und der Druck bei blockiertem L\u00fcfter.<\/p>\n

Da der L\u00fcfter ein aktiver Zweipol  ist, verl\u00e4uft die Kennlinie nicht durch den Koordinatenursprung.<\/p>\n

Es gibt nun jedoch zahlreiche weitere Bauteile, die als Str\u00f6mungszweipole beschrieben werden k\u00f6nnen, insbesondere verschiedenste Ventile. Daf\u00fcr gibt es in SolidWorks Flow Simulation keine vorgefertigten Modellbibliotheken, so dass diese Bauteile eigentlich detailliert mitberechnet werden m\u00fcssten, obwohl ihre Str\u00f6mungscharakteristik genau bekannt ist.<\/p>\n

 Nun ist aber die Implementierung des L\u00fcftermodells in SolidWorks Flow so allgemein gehalten, da\u00df dieses Modell  auch f\u00fcr andere Zweipole genutzt werden kann.<\/p>\n

 Das soll im Folgenden an drei Bauteilen beschrieben werden:<\/p>\n

1. R\u00fcckschlagventil<\/h2>\n

Ein R\u00fcckschlagventil ist dadurch gekennzeichnet, da\u00df es Str\u00f6mung nur in der Durchla\u00dfrichtung zul\u00e4\u00dft, w\u00e4hrend in Sperrichtung h\u00f6chstens ein sehr kleiner Leckstrom flie\u00dfen kann. Eine sehr einfache statische Kennlinie ist in Bild 2 gezeigt. Da das R\u00fcckschlagventil ein passives Bauelement ist, geht dessen Kennlinie durch den Ursprung des Koordinatensystems. Die Vorzeichen f\u00fcr Druck und Volumenstrom ergeben sich aus der urspr\u00fcnglichen Implementierung des Zweipolmodells als L\u00fcfter.<\/p>\n

\"Statische<\/a><\/p>\n

Bild 2: statische Kennlinie eines R\u00fcckschlagventils als benutzerdefinierter "L\u00fcfter" in der SolidWorks Bauteilbibliothek<\/em><\/span><\/p>\n

Wichtig bei der Verwendung dieses Modells ist, da\u00df die Kennlinie nur die statischen Eigenschaften beschreibt. Zur Beschreibung dynamischer Effekte im Ventil ist dieses Modell nicht geeignet. Wenn die Reaktionszeiten des Ventils jedoch klein gegen\u00fcber den \u00c4nderungsraten im Gesamtaufbau sind, dann ist dieses Modell sehr gut geeignet.<\/p>\n

 In Bild 3 sind ein Druckverlauf und der sich ergebende Volumenstrom durch ein Ventil mit der in Bild 2 gezeigten Kennlinie dargestellt. Erkennbar sind ein geringer Str\u00f6mungswiderstand in Durchlassrichtung und ein druckabh\u00e4ngiger Leckstrom.<\/p>\n

\"Berechneter<\/a><\/p>\n

Bild 3: berechneter Volumenstrom durch das R\u00fcckschlagventil f\u00fcr einen eingepr\u00e4gten Druckverlauf<\/em><\/span><\/p>\n

2. Druckbegrenzer<\/h2>\n

Der Druckbegrenzer soll unabh\u00e4ngig vom Eingangsdruck den Druck am Ausla\u00df auf einen vorgegebenen Wert begrenzen. Die zugeh\u00f6rige Kennlinie k\u00f6nnte in etwa so wie in Bild 4 dargestellt sein: ab einem vorgegebenen Druck am Ausla\u00df schlie\u00dft das Ventil und es flie\u00dft nur noch ein sehr kleiner Leckstrom. Nun verlangt aber das Zweipolmodell des L\u00fcfters in SolidWorks eine Kennlinie derart, da\u00df der Druck eine eindeutige Funktion des Volumenstromes ist. Die gezeigte Kennlinie erf\u00fcllt diese Anforderung nicht. Deshalb ist zur Modellierung die Nutzung einer weiteren Funktionalit\u00e4t von SolidWorks erforderlich. Es wird die M\u00f6glichkeit genutzt, ein Zweipolmodell in Abh\u00e4ngigkeit von einer gemessenen Gr\u00f6\u00dfe ein- und auszuschalten, wobei eine Hysterese vorgegeben werden kann.<\/p>\n

In Bild 5 ist der berechnete Druckverlauf an einem Druckbegrenzer gezeigt, der am Einla\u00df mit wechselndem Druck beaufschlagt  und an dessen Ausla\u00df ein konstanter Volumenstrom entnommen wird. Deutlich erkennbar ist die eingestellte Hysterese von 0.1 bar.<\/p>\n

<\/a><\/p>\n

\"Prinzip<\/a><\/p>\n

Bild 4: Prinzip der Kennlinie eines Druckbegrenzers<\/em><\/span><\/p>\n

\"Berechneter<\/a><\/em><\/span><\/p>\n

Bild 5: Berechneter Druckverlauf am Ausgang eines Druckbegrenzers f\u00fcr einen eingepr\u00e4gten Druckverlauf am Eingang und konstanter Volumenentnahme am Ausgang<\/em><\/span><\/p>\n

3. Durchflussbegrenzer<\/h2>\n

Die Kennlinie eines einfachen Durchflussbegrenzers ist in Bild 6 gezeigt: ab einem bestimmten Volumenstrom steigt der Druckabfall \u00fcber dem Bauteil stark an, so da\u00df der Durchflu\u00df begrenzt wird.<\/p>\n

\"Statische<\/a>
<\/em><\/span> <\/em><\/span><\/p>\n

Bild 6: Statische Kennlinie eines Durchflussbegrenzers als benutzerdefinierter "L\u00fcfter" in der SolidWorks Bauteilbibliothek<\/em><\/span><\/p>\n

Die sich ergebende Durchflusskurve f\u00fcr einen Druckverlauf ist in Bild 7 dargestellt. Klar erkennbar ist die Begrenzung des Volumenstromes auf den gew\u00fcnschten Wert entsprechend der Bauteilkennlinie.<\/p>\n

\"Berechneter<\/a><\/p>\n

Bild 7: Berechneter Volumenstrom durch den Durchflussbegrenzer f\u00fcr einen eingepr\u00e4gten Druckverlauf<\/em><\/span><\/p>\n

4. Zusammenfassung<\/h2>\n

 Die Implementierung des zweipoligen Bauteiles "L\u00fcfter" in SolidWorks beruht auf einer Kennlinie des Druckabfalles als Funktion des Volumenstromes. Diese Form der Implementierung erlaubt es, ein Bauteil vom Typ L\u00fcfter auch f\u00fcr andere zweipolige Bauteile zu verwenden, deren quasistatisches Verhalten durch eine Kennlinie vom Typ Volumenstrom-Druck oder Massenflu\u00df-Druck beschrieben werden kann. Eine Erweiterung auf nichteindeutige Volumenstrom-Druck-Kennlinien erm\u00f6glicht die Funktionalit\u00e4t, dieses Bauteil in Abh\u00e4ngigkeit gemessener Parameter ein- und auszuschalten.<\/p>\n

Somit wird es dem Nutzer m\u00f6glich, eine eigene Bibliothek hydraulischer und pneumatischer Zweiportbauteile anzulegen, um damit eine effektive Berechnung fluidischer Systeme zu erreichen.<\/p>\n

———————————————————————————————————————————————————-<\/p>\n

Dr.-Ing. Peter Voigt ist SolidWorks Simulation Specialist bei MB CAD GmbH und im Bereich Support, Consulting, Schulung und Presales t\u00e4tig.<\/p>\n

<\/a>\"MB<\/p>\n

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