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Jan Elvers
Eindimensionale Modellierung pneumatischer Netzwerkkomponenten
Die Simulation pneumatischer Systeme begann in den 70er und 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Ziel war die Voraussage des dynamischen Verhaltens komplexer Systeme, das für die Ingenieure direkt nicht mehr erfassbar war.
Zunächst konzentrierten sich die Entwickler auf die grundlegenden Systemkomponenten wie Antriebe, Widerstände und Ventile. Diese sind heutzutage als Submodelle hinterlegt und können, häufig mithilfe grafischer Programmierung, zu komplexen Schaltungen verbunden werden.
Dabei wurden die verbindenden Elemente lange vernachlässigt bzw. nur stark vereinfacht als Volumenknoten modelliert, an denen die ein- und ausströmenden Massen und Energien bilanziert wurden. In der Folge wurde das Verhalten der Leitungen durch Widerstandsmodelle oder empirische Formeln angenähert, so dass das vorausgesagte Verhalten häufig von der realisierten Lösung abwich.
Diese Dissertation beschäftigt sich deshalb mit der Frage nach Verbesserungen bei der Modellierung der verbindenden Elemente. Zunächst werden grundlegende technische Widerstandsmodelle untersucht und mithilfe von CFD-Berechnungen durch Parametervariation optimiert. Anschließend erfolgt die verteilt-parametrische Modellierung von Leitungen zur genaueren Abbildung des zeitlichen Verhaltens, der Reibungsverluste und der Druckwellenausbreitung. Darauf aufbauend wird der Versuch einer Modellierung von Verteilern unter besonderer Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit der Ein- und Auslässe unternommen.
Zunächst konzentrierten sich die Entwickler auf die grundlegenden Systemkomponenten wie Antriebe, Widerstände und Ventile. Diese sind heutzutage als Submodelle hinterlegt und können, häufig mithilfe grafischer Programmierung, zu komplexen Schaltungen verbunden werden.
Dabei wurden die verbindenden Elemente lange vernachlässigt bzw. nur stark vereinfacht als Volumenknoten modelliert, an denen die ein- und ausströmenden Massen und Energien bilanziert wurden. In der Folge wurde das Verhalten der Leitungen durch Widerstandsmodelle oder empirische Formeln angenähert, so dass das vorausgesagte Verhalten häufig von der realisierten Lösung abwich.
Diese Dissertation beschäftigt sich deshalb mit der Frage nach Verbesserungen bei der Modellierung der verbindenden Elemente. Zunächst werden grundlegende technische Widerstandsmodelle untersucht und mithilfe von CFD-Berechnungen durch Parametervariation optimiert. Anschließend erfolgt die verteilt-parametrische Modellierung von Leitungen zur genaueren Abbildung des zeitlichen Verhaltens, der Reibungsverluste und der Druckwellenausbreitung. Darauf aufbauend wird der Versuch einer Modellierung von Verteilern unter besonderer Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit der Ein- und Auslässe unternommen.
Schlagwörter: Simulation; Systemsimulation; Pneumatik; Modellierung; Leitung
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