Schwingungsformen in Leitungssystemen
Zu Beginn einer Druckpulsationsanalyse verschafft sich RohrLEx immer erst einmal einen Überblick über die allgemeine Resonanzsituation im Leitungssystem. Hierbei ist für RohrLEx wichtig, welche Pulsationsquellen es gibt, wie die Topologie des Leitungssystems ist und vor allem, wie die Leitungsabschlüsse aussehen. Die Art der Leitungsabschlüsse hat maßgeblichen Einfluss darauf, welche Schwingungsformen sich im Leitungssystem einstellen.
Es kann zwischen folgenden Schwingungsformen unterschieden werden:
Welche Schwingungsformen gibt es?
Die Schwingungsformen in einer einfachen hydraulischen Leitung können in die zwei Kategorien „gleichartiger Abschluss“ oder „entgegengesetzter Abschluss“ aufgeteilt werden. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von den Abschlussimpedanzen der Leitung. Die Abschlussimpedanzen bestimmen, ob sich eine λ/4- oder eine λ/2-Schwingungsform ausbildet. „Gleichartig“ bedeutet dabei, dass beide Leitungsabschlüsse hinsichtlich ihres Pulsationsreflexionsverhaltens entweder „offen“ (Reflexionsfaktor = -1) oder „geschlossen“ (Reflexionsfaktor = 1) sind. Bei entgegengesetzten Abschlüssen ist jeweils ein Leitungsende „offen“ und das andere „geschlossen“.
Die Schwingungsform entscheidet darüber, an welcher Stelle des Leitungssystems sich Druckknoten und Druckbäuche bilden. Die Kenntnis der Druckbauchposition ist wichtig für die Positionierung einer Dämpfungsmaßname oder eines Tilgers (Resonators).
RohrLEx hat auch einen Flyer zu Schwingungsformen in hydraulischen Leitungssystemen erstellt, in dem hydraulische Beispielsysteme mit ihrer jeweiligen Schwingungsform vorgestellt werden und indem beschrieben wird, wie sich die Schwingungsform in einem Zylinderantrieb hubabhängig ändert.
Eine druckgeregelte Pumpe, die in eine Leitung mit geschlossenem Proportionalventil fördert, oder ein hydrostatisches Getriebe sind Systeme, die mit hoher Wahrscheinlichkeit ein beidseitig geschlossenes System bilden und somit eine λ/2-Schwingungsform haben.
Dies entspricht dem Anwendungsfall, bei dem eine Pumpe einen Behälter füllt. Gilt aber auch für einen Zylinder, der sehr weit ausgefahren ist. Die Pumpe repräsentiert hier das geschlossene Ende und das Zylindervolumen das offene Ende.
Schwingungsmodi von Flüssigkeitsresonanzen in einer einseitig offenen Rohrleitung - Anregung am offenen Ende
Die Schwingungsbedingung “offen – geschlossen” tritt häufig in Fahrzeughydrauliksystemen auf, bei denen die Fahrbahnoberfläche eine Vibrationsanregung auf den Lenkzylinder oder die Luftfeder bewirkt. Hierdurch wird dann eine Volumenstrompulsation im System erzeugt, die bei λ/4 Resonanz am Ventil eine störende Druckpulsation verursacht.
Schwingungsmodi von Flüssigkeitsresonanzen in einer beidseitig offenen Rohrleitung
Der Anwendungsfall “offen – offen” ist gegeben, wenn zwei Behälter über eine Rohrleitung verbunden sind. Dieser Anwendungsfall ist in hydraulischen Systemen eher selten. In der Praxis kommt er dennoch vor, wenn z. B. in einem Konstantdrucksystem eine Pumpe zusammen mit einem Speicher eingesetzt wird und beide Bauteile über eine Rohrleitung mit einem ausgefahrenen Zylinder verbunden sind.
