Beschreibung
Eine elektrorheologische (ER) Suspension ist eine feldsensitive Flüssigkeit, deren Viskosität unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes um mehrere Größenordnungen reversibel und im Millisekundenbereich veränderbar ist. Diese Eigenschaft ermöglicht die Konstruktion elektrorheologisch beeinflusster Strömungswiderstände, die als Stellglieder in servohydraulischen Antriebssystemen eingesetzt werden können. Die Leistungsdichte elektrorheologischer Stellglieder ist jedoch noch gering. In der vorliegenden Arbeit werden mehrstufige Ventilsysteme mit elektrorheologischer Pilotstufe entwickelt und das Potenzial des ER-Effekts für die Ansteuerung konventioneller Ventilhauptstufen untersucht, um mittels zusätzlicher steuerbarer Widerstände die Leistungsdichte elektrorheologischer Stellglieder für servohydraulische Antriebe zu erhöhen. In einem ersten Schritt wird das rheologische Verhalten der ER-Suspension an einem Fließkanalversuchsstand untersucht. Ziel der Versuche ist die Charakterisierung des statischen und dynamischen Verhaltens der verwendeten Flüssigkeit, sowie die modellhafte Abbildung ihrer Eigenschaften als Grundlage für eine anschließende Ventilentwicklung. Insbesondere das dynamische Verhalten der Suspension offenbart ihr Potenzial als Steuermedium in einer Ventilpilotstufe, da die Dynamik des ER-Effekts im Wesentlichen eine Funktion der Flüssigkeitstemperatur darstellt und nahezu unabhängig von der Höhe des elektrischen Feldes oder der Strömungsgeschwindigkeit im elektrisch aktiven Spalt ist. Im zweiten Schritt werden zweistufige Ventilsysteme mit einer ER-Steuerstufe entwickelt und erprobt. Das erste Ventil arbeitet in einem hydraulischen System mit aufgeprägtem Volumenstrom, in dem die ER-Suspension sowohl als Druckmedium als auch als Steuermedium fungiert. Aufgrund der zweiten Ventilstufe, in der ein Ventilschieber in Abhängigkeit des ER-Effekts den Gesamtventilwiderstand manipuliert, kann die benötigte Spaltlänge des ER-Ventils bei vergleichbarer Leistung auf ein Drittel konventioneller ER-Stellglieder reduziert werden. Das zweite Ventilsystem bildet ein Servoventil mit elektrorheologischer Steuerstufe für ein hydraulisches System mit aufgeprägtem Druck. Hier übernimmt die ER-Suspension die Aufgabe des Steuermediums, während ein konventionelles Druckmedium in der Ventilhauptstufe arbeitet. Aufgrund dieser Arbeitsteilung lässt sich die ER-Pilotstufe weiter optimieren, sodass ein konstantes Großsignal bis 1 kHz zur Ansteuerung des Ventilschiebers erreicht wird. Im Anschluss an die technische Realisierung und Erprobung des Ventilgesamtsystems und der darauffolgenden Entwicklung einer Ventilregelung wird es als Stellglied für einen Servozylinder getestet.
