Spezialanwendungen für BOGE Kolbenkompressoren

BOGE untersucht mit SimulationX den Antrieb eines elektropneumatischen Schlagkolbens mittels eines zweizylindrigen Kolbenverdichters

Aufgabe

Sonderlösungen gezielt prüfen und auslegen

Die präzise entwickelten Kompressoren und Systemlösungen von BOGE liefern Druckluft für höchste Ansprüche und alle Anforderungen. Neben einem großen Angebot an Serienprodukten, ist BOGE der richtige Ansprechpartner für Sonderanwendungen und kundenspezifische OEM–Produkte im Druckluftbereich. Eine besonders spannende Fragestellung betraf den Einsatz eines zweizylindrigen Kolbenverdichters als Antrieb für einen elektropneumatischen Schlagkolben.

Bei diesem Prinzip wird ein Schlagkolben direkt über ein definiertes Luftpolster mit einem ventiltechnisch angepassten Kolbenverdichter angetrieben. Dabei ist die Luftmasse des Polsters theoretisch konstant. Ein solches System kann als hochfrequente Alternative zu Pneumatikzylindern eingesetzt werden, um starke Impulse auf Bauteile einwirken zu lassen.

Aus der Differentialgleichung der Dynamik des Schlagkolbens und der nichtlinearen Verdichtung mit einem veränderlichen Volumen bildet sich ein System, das die Berechnungsmöglichkeiten von Bleistift und Papier bei weitem übersteigt. Ziel der Entwicklung war die Auswahl eines geeigneten Verdichters und die optimale Dimensionierung der Verbindung zwischen Verdichter und Schlagkolben unter Berücksichtigung möglichst vieler Einflussfaktoren.

Lösung

Simulation verschiedener Varianten mit SimulationX

Unter Zuhilfenahme frei parametrierbarer Modelle der Antriebstechnik, wie Kurbeltriebe und Elektromotoren, konnten anwenderfreundlich und schnell sehr unterschiedliche Lösungsansätze simuliert und ausgewertet werden. Die Fragestellung, ob der Schlagkolben einfach- oder doppelt wirkend zu beitreiben ist, konnte mit wenigen Mausklicks beantwortet werden.

Neben grundlegenden Auslegungen konnten parallel auch nicht stationäre Größen, wie die Stromaufnahme des Motors beim Anlauf, simuliert werden. Das System konnte an spezielle Anforderungen, wie die kinetische Energie des Schlagkolbens an einer bestimmten Position, gezielt iterativ angepasst werden.

Die Abbildung zeigt eine Grenzbetrachtung, bei welchem Volumen zwischen Verdichter und Schlagkolben, dieser der Kolbenbewegung des Verdichterkolbens überhaupt noch folgen kann.

Nutzen

Praktische Versuche reduzieren und damit Kosten und Personalressourcen sparen

Viele reale Systeme können analytisch nur mit vielen Vereinfachungen ungenau betrachtet werden. Mit SimulationX entsteht die Möglichkeit, physikalisch komplexe Problemstellungen dank der Modellstruktur einfach und komfortabel darstellen und verstehen zu können.

In diesem Fall konnte ein komplexes Problem, bestehend aus einer Kombination aus Antriebstechnik und Thermodynamik, effektiv beschrieben und durch Variantenrechnung optimiert werden. Die Simulation kann praktische Versuche nicht vollständig ersetzen, man kann sich aber frühzeitig für die richtige Richtung entscheiden.

Simulation in der Energietechnik

Die multiphysikalische Simulationssoftware SimulationX gibt es für Einsteiger mit unterschiedlichen, vorkonfigurierten Anwendungspaketen für verschiedene Aufgaben in der Energietechnik. Erfahren Sie mehr!

Anwendungspakete für Einsteiger