1

ValveExpert VE04 Prüfstand für Servoventile

und Propotionalventile

Betriebsanleitung

2

Inhaltsverzeichnis   Einleitung…………………………….……………3 Spezifikation……………………………….…….4 Hardware………………………………….……….5 Software………………………………………….15 Mathematische Analyse……………..…...31 Excel Datei mit Resultaten………..….….34 

 

 

3

Einleitung  Der Prüfstand ValveExpert VE04 ist geeignet zur Prüfung von Servoventilen und Proportional‐Ventilen.  ‐ Die Ventile können geprüft werden bis zu einem Durchfluss von 80 L/min und einem maximalen 

Druck von 350 bar. ‐ Ein kompaktes Hydraulik‐Aggregat von einer Leistung von 30 kW ist im Stand eingebaut. ‐ Das Hydraulik‐Aggregat hat eine Temperaturregelung von einer Genauigkeit von ± 2°C ‐ In der Umpump‐Kühl‐Filtereinheit ist ein 3µ Filter vorgesehen ‐ Vor dem zu prüfendem Servoventil ist ein 10µ Filter vorgesehen. ‐ Alle hydraulischen Mess und Schaltelemente sind auf einem Stahlblock aufgebaut. ‐ Ein mehrstufiges Alarm‐System ist vorgesehen um den Operator zu schützen und auf Service‐

Anforderungen aufmerksam zu machen. ‐ Das PC Interface ist klar und einfach. Außer Kenntnisse über Windows sind vom Operator keine 

besonderen Kenntnisse erforderlich.  Ein Berührungsbildschirm ermöglicht einfachen Zugang. ‐ Eine interne Datenbank enthält alle Test Parameter.  Der Benutzer hat Zugang zu dieser 

Datenbank über die Tastatur, den Berührungsbildschirm oder über den Scanner. ‐ Die Prüfergebnisse sind die statischen und dynamischen Eigenschaften der Ventile. Bis zu 15 

verschiedene Diagramme können bei einem automatischen Test erfasst werden. ‐ Ein kompletter automatischer Test braucht etwa 7 Minuten. Die Prüfergebnisse werden im 

Ablauf des Programms auf dem Bildschirm angezeigt. ‐ Eine aufwendige mathematische Analyse ist im System vorgesehen. Die Ergebnisse der 

Prüfungen erden in einer Excel Datei abgelegt. Der Operator hat die Möglichkeit die Ausdruck‐Vorlagen selbst festzulegen. 

‐ Der Teststand ermöglicht in verschiedenen Einheiten zu arbeiten, und zwar für Druck, Durchfluss und Temperatur. 

‐ Alle am Prüfstand verwendeten Messinstrumente können kalibriert werden, und zwar in der Verstärkung, der Linearität und der Nullpunktverschiebung. 

4

Spezifikation Ansteuersignal Die zu prüfenden Servoventile können entweder mit Spannung oder Strom angesteuert werden. ‐ 6 Bereiche: ± 10 Volt, ± 10 mA, ± 20 mA, 4‐20 mA, ± 50 mA und ±100 mA ‐ Spulenschaltungen: Serie, Parallel, Spule1 und Spule2  Steuerkolben‐Position Die Steuerkolbenposition wird in 4 verschiedenen Bereichen angezeigt: ± 10 Volt, ± 10 mA, ± 20 mA und 4‐20 mA.  Versorgungs‐Spannung für die Servoventile. 24 Volt und ± 15 Volt stehen zur Verfügung.  Hydraulik Flüssigkeit Der Prüfstand wurde für Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 30 cSt ausgelegt. Wir empfehlen Mobil DTE24, Shell Tellus 29 oder MIL‐H‐5606. Das interne Filtriersystem ermöglicht den Reinigungsgrad der Stufe 5 von NAS1638 (Stufe 14/11 von ISO4406). Der Öltank hat ein Fassungsvermögen von 100 L.  Hydraulik Aggregat Der Prüfstand ist mit einem internen Hydraulik Aggregat versehen von einer Leistung von 30 kW, einem Durchfluss von 80 L/min und einem maximalen Druck von 350 bar.  Die elektrische Speisung  ist Drehstrom von 400 Volt und 80 A. Die Temperatur wird mit Hilfe von einem Kühlaggregat und einer Heizung auf ± 2°C genau geregelt. 

5

 Hardware  Hydraulik Alle Komponenten im blauen Feld des Hydraulikschemas sind auf einem Sammelblock montiert.  Die Schaltventile K1 bis K7 ermöglichen verschiedene Hydraulik Anordnungen wie sie im Prüfablauf benötigt werden.  

 

6

Sammelblock für die Messinstrumente Alle Messinstrumente sind auf einem Sammelblock montiert  

  Hydraulik Aggregat Eine Innenzahnradpumpe, die im Ölbehälter eingebaut ist, wird von einem bürstenlosen Servomotor angetrieben. Der Motor wird  in einem geschlossenen Drehzahlregelkreis betrieben, der von einem geschlossenen Druckregelkreis überlagert wird 

  

Akkumulator

Druckgeber Ventil

Minimess Anschluss

Durchflussgeber

10µ Filter

Lüfter

38kW Motor

Ölstands Geber

Kühler

3µ Filter

Temperatur Geber

100L Behälter

Kleiner Motor

Wasser Ventil

Elektronik für Kleinen Motor

Luft Filter

7

 Elektro Schema  

 

8

Elektronik 

Filter 3µ

Drehzahl für kleinen Motor

On/Off Motor

Motor Einschaltung

Reserviert

Ps Druckgeber

Frequenzgang Zylinder

Pa Druckgeber

Pb Druckgeber

Kühlung

Alarm Indikator

On/Off Servoventil

Heizung

Ventil K6

Ventil K5

Ventil K4

Ventil K3

Ventil K2

Ventil K1

Durchfluss Geber

NI Stecker 1

NI Stecker 0

Filter 10µ

Not Aus

Reserviert

Reserviert

Reserviert

Öl Niveau

Öl Temperatur

Servoventil

Reserviert

Reserviert

Netzspannungen: ±15V, ±30V, +24V

Alarm Indikatoren

9

Alarm Anzeige der Elektronik Das Alarm‐System informiert über die Notwendigkeit einer Service Aktion. Sollte ein Problem auftauchen, so wird der Prüfstand gestoppt. Das Bild zeigt die verschiedenen Alarm‐Signale die auf der Elektronik blinkend aufleuchten. 

10

Computer Der Computer wird über einen Berührungsbildschirm und/oder eine Tastatur angesteuert.   

11

Hydraulik Aggregat 

Netzteil 2mal±15V

Netzteil 24 V

Ölstands Geber

Ölstandsanzeige

Computer

3µ Filter

Kühler

Anschluss ans Netz

Wasser Ventil

Öl Behälter mit Pumpen

Temperatur Geber

Kleiner Motor

Elektronik des kleinen Motors

Elektronik

Motor

Motor Elektronik

12

Verstärker für Proportionalventile Die Programmierung der PWD 00A‐400 Elektronik von Parker Hannifin ermöglicht diese Elektronik als Stromverstärker für verschiedene Proportionalventile zu betreiben.   

 Die PWD 00A‐400 Elektronik 

  

  

Ein Proportionalventil von Parker  

 

Flussdiagramm der PWD Elektronik

13

Servoventil Aufbau Die verschiedenen möglichen Anschlüsse der zu prüfenden Servoventile und Proportionalventile sind im unteren Bild dargestellt. 

Stecker für Servoventile und Proportionalventile

Stecker für Frequenzgang Zylinder

Adapterplatte

Proportionalventil

Stecker für Stromverstärker

Stecker für Spule A

Stecker für Spule B

Stecker für Servoventile und Proprtionalventile

Adapterplatte

Servoventil

14

   

  

Belegung des Ausgangssteckers zur Speisung der Ventile      

  

Belegung des Ausgangssteckers zur Speisung des Frequenzgangzylinders     

 

Belegung des Ausgangssteckers des Stromverstärkers.

15

Software Virtuelles Labor ValveExpert 

Der Operator hat die Wahl zwischen einem manuellen und einem automatischen Test. Das auf  dem  Bildschirm  gezeigte  Hydraulik  Schema  entspricht  der  reellen  Situation.  Fünf verschiedene Hydraulik Konfigurationen können angewählt werden. Alle Mess und Kontroll Funktionen können eingestellt werden. Die so gewonnene Justierung kann in der Datenbank gespeichert  werden  und  danach  für  einen  automatischen  Test  aufgerufen  werden.  Die Funktionstaste F1 ruft eine Hilfe Seite auf.      

  

Bildschirm Anzeige des “Manuellen” Test Modus 

16

Bildschirmanzeige beim Ablauf eines automatischen Tests

 

Funktionstasten und deren Bedeutung 

“F6” “F4” “F5” “F7” “F11”

“F12” “F10”“F3” “F2” “F9“F8

17

Hydraulik        

 

 

Kontrolle der Hydraulik   

Die möglich auftretenden Alarmsignale haben folgende Bedeutung:  

•  Der Prüfstand ist bereit 

•  Der Prüfstand ist ausgeschaltet 

•  Not‐Aus wurde betätigt 

•  Das 3μ Filter ist verschmutzt 

•  Das 10μ Filter ist verschmutzt 

•  Problem mit der Stromversorgung 

•  Der Temperatur Geber funktioniert nich richtig 

•  Die maximale Temperatur wurde überschritten 

•  Der Druckgeber für den Systemdruck funktioniert nicht richtig 

•  Der Systemdruck übersteigt den maximalen Wert 

•  Der Ölstand ist zu tief 

•  Alarm Signal der Motor Elektronik 

•  Der Durchfluss übersteigt den maximalen Wert 

Oberer Wert der TemperaturSystemdruck Alarm Indikator

Unterer Wert der Temperatur Öl Temperatur Ölstand

Motor EinschaltungOn/Off Betriebsspannung

18

Verstärker     

 

 

 Kontrolle des Verstärkers 

 Der Verstärker ermöglicht 4 Einstellungen: Manuelle Kontrolle, Generator, Degaussing and Feedback. Im Falle des Manuellen Tests kann der Operator die Knöpfe betätigen. Der Generator ist 

für die automatische Funktion gedacht. Dieser Modus erlaubt folgende Signale: Sägezahn  , 

Dreieck  , Sinus   und Rechteck  .Die Frequenz des Generators kann eingestellt werden zwischen 0.001  und  1000 Hz. Das Degaussing Signal ermöglicht die ursprüngliche Magnetisierung zu beseitigen. In dem Feedback Modus wird der Nullstrom des Servoventils ermittelt.  

Die Haupt Kontrolle Diese Kontrollen sind gedacht um die Einstellungen zu laden, zum starten oder enden des automatischen Ablaufs, das Programm zu verlassen und so weiter. Der Operator kann diese Kontrollen entweder mit dem Berührungsbildschirm oder der Tastatur betätigen. Der  Operator kann auch den Scanner benutzen um die Datenbank und die Einstellungen schnell zu laden.

     

  

Haupt Kontroll Knöpfe     

                 Scanner 

 

Speisung des Servoventils

Degaussing Signal Kontroll Bereiche Frequenz des Generators

Spulen Schaltung

Type of generator

On/Off generator

Polarität des Kontroll Signals Kontroll Knopf On/Off Feedback

Speichern der Einstellungen Laden der Einstellungen

Verlassen des Programms

Reset Alarm

Laden der Test Daten

Start/Stop des automatischen Tests

19

Hydraulische Konfigurationen 

Das virtuelle hydraulische Labor hat fünf verschiedene hydraulische Konfigurationen. Die hier dargestellten Figuren zeigen die Möglichkeiten. Diese Konfigurationen werden benutzt um den Durchfluss tu messen, den Leckagefluss, den Differentialdruck, die Steuerkolbenposition und verschiedene dynamische Funktionen wie die Sprungantwort, den Phasengang und den Amplitiudengang. Ein Druck auf das Schema mit dem Berührungsbildschirm, und die Ventile K1 bis K7 werden entsprechend geschaltet.        

  

Frequenzgang Messung mit Zylinder   

  

Messung der Leckage und des Differentialdrucks 

   

     

  

  

Durchfluss Messung im Lastkreis  

             Durchflussmessung von A nach R   

  

Durchflussmessung von B nach R

20

Messinstrumente Alle Messinstrumente können mit der Software justiert  warden.  Der  Operator  kann  die Instrumente  kalibrieren,  die  physikalischen Eigenschaften  ändern  und  auch  den Messbereich verändern.  

  

Druck A  

  

Druck B   

  

Differentialdruck     

 

 

    

  

Systemdruck   

  

Durchfluss   

 

Kontroll‐Signal und Steuerkolbenposition 

21

Einstellungen für den automatischen Test   

  

Einstellung für den automatischen Test   

  

Parameter für Leckage und Differentialdruck  

  

Parameter für Durchflusstest 

 

  

  

   

  

Parameter für Durchflusstest von A nach R  

  

Parameter für Durchfluss von B nach R  

  

Parameter für den Frequenzgang 

Systendruck

Geschwindigkeit bei hohem Fluss

Geschwindigkeit bei geringem Fluss

Listen Name

Einzeltest

Datum und Zeit

Serien Nummer

Allgemeine Information

System Druck

Geschwindigkeit bei großem Durchfluss

Geschwindigkeit bei kleinem Durchfluss

Geschwindigkeit bei kleiner Druckverstärkung

Listen Name

Geschwindigkeit bei hoher Druckverstärkung

ä

Rechter Trigger Punkt

Nullpunkt

Trigger NiveauLinker Trigger Punkt

Amplitude

Systemdruck

Systemdruck

Listen Name

Systemdruck

Geschwindigkeit bei Großem Durchfluss

Geschwindigkeit bei Kleinem Durchfluss

Amplitude Trigger Niveau

Offset

Listen Name

Nullverschiebung

Trigger NiveauAmplitude

Nullpunkt

Listen Name

Trigger Niveau Amplitude

Listen Name

Typ der Skala Anzahl von Punkten

Nullpunkt

End Frequenz

Amplitude

22

  

Parameter für die Sprungantwort  

  

Parameter für den Stromverstärker  

  

Parameter zur Nullpunkteinstellung mit Druck 

 

  

Name der Daten für die Excel Vorlage  

  

Parameter für den Warmlauf   

  

Parameter zur Nullpunkteinstellung mit Fluss  

Listen Name

Pfad für die Druckvorlage

Dauer

NullpunktAmplitude

Systemdruck

Programmierung des Verstärkers

Parameter Beschreibung

Reset der Tabelle Listen Name

SystemdruckParameter Name

Parameter Wert

Typ zur Nullpunktjustierung

Nullpunkt des Kontrollsignals

Zeitverschiebung zwischen minimalem und maximalem Kontrollsignal

Listen Name

Nullpunkt des Kontrollsignals

Typ zur Nullpunktjustierung

Maximale Druckabweichung

Systemdruck

Listen Name

Listen Name

Nullpunkt

Hydraulische Konfiguration

Dauer

Frequenz Amplitude

Maximal Fluss Differenz bei maximalem und minimalem Kontrollsignal

Systemdruck

Amplitude des Kontrollsignals

Fluss bei maximalemKontrollsignal

Listen Name

Fluss Toleranz

      

  

Tabelle der Punkte die die Overlays definieren    

Nullpunkt Justierung Es  gibt  zwei Methoden  zur  Nullpunkjustierung.  Die  erste  besteht  darin  den  Differenzdruck  auf  Null einzustellen;  dies  ist  das  hydraulisch Null. Diese Methode  geht  nur  bei  Ventilen  ohne Überdeckung. Wenn  die  Ventile Überdeckung  haben,  so  geht  die  zweite Methode  bei welcher  die  Symmetrie  des Durchflusses  beidseitig  von Null  justiert wird.  In  diesem  Fall  erzeugt  der Generator  ein  periodisches Signal und der Operator kann dann die Symmetrie einstellen.     

  

Nullpunktjustierung mit Differentialdruck 

  

Nullpunktjustierung mit Durchfluss 

y – Werte der oberen Grenze

y – Werte der unteren Grenze

x – Werte

Name der Overlay Tabelle

Sättigung und Nullgebiet

Liste der Overlays

Overlay Tabelle

Listen Name

Der Indicator leuchtet grün wenn der Differenzdruck innerhalb der Toleranz liegt

Diesen Knopf drücken um den Test fortzusetzen

Diesen Knopf drücken um den Test fortzusetzen

Indikator für negativen Fluss

Indikator für positiven Fluss

Indikator der Symmetrie

Negativer Nennfluss Positiver

Nennfluss

24

Automatischer Test Um einen automatischen Test durchzuführen, läd der Operator die Daten aus Datenbank und gibt an welche  Tests  er  durchführen möchte.  Dann  betätigt  er  den  Start/Stop  Taster  und  der  Test  läuft automatisch ab und ist nach etwa 7 Minuten fertig. Während des Testablaufs sieht der Operator die Entstehung  der  Diagramme.  Er  kann  das  Programm  zu  jeder  Zeit  unterbrechen.  Die Messdaten enthalten alle statischen und dynamischen Eigenschaften der Ventile. 15 verschiedene Diagramme können bei dem automatischen Test erhalten werden.  

  

Automatischer Test 

 

Kontroll Signal

Name des Diagramms

Untere Grenze des Overlays

Hydraulische Konfiguration des laufenden Tests

Laufender Test

x-Werte

y-Werte

Gewünschte Prüfungen

Obere Grenze des Overlays

Ende des Tests

Stop TestTest Frequenz

Test Resultat

25

Vorläufige Analyse Das System ermittelt zunächst die “Pass/Fail” Eigenschaft des unter Test stehenden Ventils. Danach kann der Operator weiter justieren und testen oder die Daten Speichern.   

 

  

Vorläufige Prüfungs Bewertung   

Ausdruck der Resultate Die Test Resultate werden in eine Excel Datei geladen. Zum Ausdruck wird eine Vorlage verwendet. Diese  Vorlage  enthält  alle  Informationen  die  der  Kunde  wünscht,  Text,  Daten,  Formeln,  Bilder, bedingte  Formatierung  der  Pass/Fail  Bewertung  usw.  Anmerkung:  verschiedene  Konfigurationen erfordern  unterschiedliche  Vorlagen.  Die  Vorlagen  können  entsprechend  den  Kundenwünschen ausgelegt werden, so zum Beispiel in verschiedenen Sprachen ausgeführt werden    

Durchgeführte Prüfungen

Nicht verlangte Prüfungen

Durchgeführte Prüfungen

Prüfung “Failed”

Prüfung “Passed”

Durchgeführte Prüfungen

Nicht verlangte Prüfungen

26

27

28

29

30

Struktur der Berichts‐Datei Der Berichts‐Generator läd alle Daten in eine Excel Datei, die mit einer Vorlage versehen ist. Es gibt acht verschiedene Blätter, und zwar „Pressure“, „Flow AB“, „Flow A“, „Flow B“, „Dynamics“, „Step“, „Safe“ und „Main“. Jede dieser Dateien enthält die gemessene Datentabelle, die Tabelle der Overlay Kurven  und  die  Daten  der  mathematischen  Analyse.  Das  Blatt  „Main“  enthält  allgemeine Informationen  wie  „Valve  Name“,  „Customer  Name“,  „Oil  Temperature“  und  „Test  Time“.  Die Analyse Daten basieren auf „Linear Analysis“, „ Fourier Analysis“, und „Step Response Analysis“. Die Analyse  enthält  unter  anderem  die  Analysen  „Maximal  Flow“,  „Maximal  Leakage“,  „Natural Frequency“, „Pass/Fail Evaluation“, „Best Linear Approximation Curve“ und viele andere Parameter. Anmerkung: die „Linear Analysis“ enthält die meisten der statischen Parameter wie „Bias“, „Pressure Gain“,  „Hysteresis“,  „Non  Symmetry“,  „Non  Linearity“  usw. Die  vom  Benutzer  definierten Druck‐Vorlagen ermöglichen es ihm jede gewünschte Form des Ausdrucks und die Sprache zu definieren.  

Kalibrierung Alle verwendeten Messinstrumente sind robust und präzise Geber die schon kalibriert sind. Jedoch nach  einer  gewissen  Zeit  ist  diese  Kalibrierung  zu  überprüfen  und  eine  Kalibrierung  ist  eventuell erforderlich. Eine solche Kalibrierung kann von dem Benutzer  leicht durchgeführt werden.   Hierzu wird das Programm „Measurement & Automation Explorer“ geöffnet. Diese Software von National Instruments  ermöglicht  verschiedene  Formeln  für  die  physikalischen    Einheiten wie Druck,  Fluss, Temperatur usw.  anzuwenden. Um einen Geber  zu  kalibrieren wird der Benutzer die notwendige Skala eingeben. Ein Beispiel  (Siehe Abbildung unten) zeigt eine  lineare Gleichung die den Druck  in eine Spannung wandelt. Die Gleichung hat die Form y = mx + b. Hier ist m = 58,13953, b = ‐100, x ist die  Spannung  vom  Druckgeber  und  y  ist  der  Druck  in  bar.  Der  Benutzer  kann  auch  nichtlineare Gleichungen  verwenden.  Diese  Methode  ermöglicht  nichtlineare  Eigenschaften  der  Geber  zu korrigieren und so eine große Genauigkeit zu erzielen. Für mehr Details  lesen Sie die Anleitung der Software  „Measurement  &  Automation  Explorer“.  Die  Software  von  ValveExpert  VE04  benutzt folgende Skalen:   

• Flow – Maßstab für den Durchfluss Geber • Level – Maßstab für den Ölstand Geber • Pa – Maßstab für den Druckgeber Pa • Pb – Maßstab für den Druckgeber Pb • Pb‐Pa – Maßstab für den Differentialdruck Pb‐Pa • Piston – Maßstab für den Geber der Kolbenposition des Frequenzgang Zylinders • Ps control – Maßstab für den Druckgeber des Systemdrucks • Pspeed – Maßstab für den Geschwindigkeits Geber des Frequenzgang Zylinders • SP mA – Maßstab des Positionsgebers der Steuerkolbenposition (Strom) • SP V – Maßstab des Positionsgebers der Steuerkolbenposition (Spannung) • SV 10mA – Maßstab zur Messung des Kontroll Signals im 10 mA Bereich • SV 10mA control – Maßstab für das Kontroll Signal im 10 mA Bereich • SV 10V – Maßstab zur Messung des Kontroll Signals im 10 V Bereich • SV 10V control – Maßstab für das Kontroll Signal im 10 V Bereich • SV 20mA – Maßstab zur Messung des Kontroll Signals im 20 mA Bereich • SV 20mA control – Maßstab für das Kontroll Signal im 20 mA Bereich • SV 50mA – Maßstab zur Messung des Kontroll Signals im 50 mA Bereich • SV 50mA control – Maßstab für das Kontroll Signal im 20 mA Bereich • SV 100mA – Maßstab zur Messung des Kontroll Signals im 100 mA Bereich • SV 100mA control – Maßstab für das Kontroll Signal im 100 mA Bereich • T tank – Maßstab für den Öltemperatur Geber  

 

31

  

Measurement & Automation Explorer von National Instruments 

 

Mathematical Analysis 

Linear Analysis Um  die  statischen  Parameter  zu  erhalten wie  “Hysteresis”,  “Pressure Gain”,  “Flow Gain”,  “Bias”, “Non  Symmetry”,  „Non  Linearity“,  „Overlap“,  wird  eine  lineare  Analyse  durchgeführt.  Dieser Algorithmus  wird  anhand  einer  Durchflusskurve  illustriert  (Siehe  Abbildung  unten).  Zunächst eliminiert die  Software die Gegend der  Sättigung und diejenige um den Nullpunkt. Die  restlichen Daten werden  in 4 Kurven aufgeteilt. Danach wird die beste  lineare Annäherung an diese 4 Kurven ermittelt. Die maximale Abweichung zwischen den Linien 1 und 2 so wie 3 und 4 stellt die Hysterese dar. Die maximale Abweichung der Kurven von den Linien 1 bis 4 stellt die Nicht‐Linearität dar. Die Linie 5  ist der Mittelwert der Linien 1 und 2 und die Linie 6  ist der Mittelwert der Linien 3 und 4. Diese Linien 5 und 6 stellen die Annäherung der normalisierten Flusskurve dar für ein positives und negatives  Kontroll  Signal.  Die  Differenz  der  Steigung  dieser  Linien  geteilt  durch  bdie  maximale Steigung  stell die Nicht‐Symmetrie dar. Die Distanz  zwischen den  Linien  5 und 6 mit der  x‐Achse entspricht der Überlappung. Die  Linie 7  ist der Mittelwert der  Linien 5 und 6 und ermöglicht die Ermittlung des Nullpunkts und der Fluss‐Verstärkung.  

32

  

 Illustration der linearen Analyse  

Frequenzgang Analyse  Die  Beziehung  zwischen  dem  Signal  des  Durchflusses  oder  der  Steuerkolbenposition mit  einem harmonischem  Eingangssignal  stellt  den  Frequenzgang  dar. Der  Frequenzgang  ist  der Verlauf  der Amplitude und der Phase in Abhängigkeit der Frequenz. Hier unten wird der Frequenzgang nach der Fourier  Methode  angegeben.  Es  soll  ( )x t   das  Durchfluss‐Signal  oder  Steuerkolbensignal 

entsprechend dem Eingangssignal  ( ) sin( )u t A tω= sein. Hier ist  2 fω π=  – die Frequenz des Test 

Signals. Nach einer Übergangszeit  tΔ  wird das Ausgangssignal  ( )x t  eine periodische Funktion mit 

der gleichen  Frequenz ω   sein.  In diesem Fall kann  ( )x t  durch  folgende Fourier  Serie dargestellt warden: 

 0

( ) ( )sin( ( )).k kk

x t R k tω ω ϕ ω∞

=

= +∑  

Für  jedes  ,k   wird  die  Amplitude    ( )kR ω   und  die  Phase  ( )kϕ ω   durch  folgende  Formel 

wiedergegeben   ( ) ( ) ,k kR K iω ω=   ( )( ) arg ( ) ,k kK iϕ ω ω=  

 2 /

( ) ( ) .2

tik t

kt

K i x t e dtπ ω

ωωωπ

Δ +−

Δ

= ∫  

Sättigungs Bereich

Sättigungs Bereich

Null Bereich

Überdeckung

Linie 2

Hysteresis

Linie 5

Linie 1

Linie 3

Linie 4

Linie 6

Linie7

Bias

33

Die  graphische Darstellung der  Funktion    1 1( ) / (0)R Rω   stellt den normalisierten Amplitudengang 

dar1 und diejenige der Funktion  1( )ϕ ω den Phasengang.  

 

 Phasengang eines Parker‐Hannifin Servoventils 

 Amplitudengang einesParker‐Hannifin Servoventils 

1 1(0)R  ist der Ausgangswert  1 0( )R ω  wo  0ω klein genug ist. Üblicherweise ist  0ω = 5‐10Hz.

-90 Grad Punkt (Eigenfrequenz)

-3dB Punkt

34

Sprungantwort Analyse Die wichtigsten Parameter bei eine Sprungantwort  sind die Anstiegszeit und die Überschwingung. Diese Parameter sind in der unteren Abbildung verdeutlicht.  

  

Sprungantwort eines Parker‐Hannifin Servoventils  

Excel Datei mit Resultaten 

Allgemeine Information (Excel Blatt “Main”)  Test Information 

• “Test name” – Name des Testsa • “Comment” – Kommentar zum Test • “Customer” – Kunden Name • “Operator” – Operator Name • “Date” – Test Datum • “Time” – Test Zeit 

 Kontroll Konfiguration und Konditionen 

• “Control type” – Type des Kontrollsignals • “Coil connection” – Konfiguration der Spulen Schaltung • “Polarity of control” – Polarität der Kontrolle • “Spool position” – Typ des Steuerkolbensignals • “Oil temperature” – Öl Temperatur während des Tests 

 Tests welche gemacht wurden 

• “Pressure test” – Druck/Leckage Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) 

Anstiegzeit

Anstiegzeit

Überschwingung

Überschwingung

90%

100%

35

• “Flow test A<‐>B” – Durchfluss AB Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) • “Flow test A‐>R” – Durchfluss A Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) • “Flow test B‐>R” – Durchfluss B Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) • “Dynamic test” – Dynamik Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) • “Step response test” – Sprungantwort Test wurde gemacht (+) oder nicht (‐) 

 Physikalische Einheiten 

• “Flow units” – Physikalische Einheiten des Durchfluss Gebers • “Level units” – Physikalische Einheiten des Ölstands Gebers • “Temp. units” – Physikalische Einheiten des Temperatur Gebers • “Pa units” – Physikalische Einheiten des Druckgebers PA • “Pb units” – Physikalische Einheiten des Druckgebers PB • “Pb‐Pa units” – Physikalische Einheiten für den Differentialdruck • “Ps units” – Physikalische Einheiten des Druckgebers PS • “Control units” – Physikalische Einheiten des Kontroll Signals • “Feedback units” – Physikalische Einheiten des Steuerkolben Positions Signal • “Frequency units” – Physikalische Einheiten für die Frequenz (Hz) • “Amplitude units” – Physikalische Einheiten der Amplitude (dB) • “Time units” – Physikalische Einheiten für die Zeit (sec) 

 

Differentialdruck/Leckage Test (Excel Blatt “Pressure”)  Test Konditionen 

• “Supply Pressure” – System Druck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontroll Signals • “Amplitude” – Amplitude des Kontroll Signals  

 Analyse der Differentialdruck Kurve 

• “Differential Pressure test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line1 DP x0” – Koordinate x0 der ersten linearen Annäherung (Line 5 Seite 32 ) • “Line1 DP x1” – Koordinate x1 der ersten linearen Annäherung (Line 5 Seite 32) • “Line1 DP y0” – Koordinate y0 der ersten linearen Annäherung (Line 5 Seite 32 ) • “Line1 DP y1” – Koordinate y1 der ersten linearen Annäherung (Line 5 Seite 32 ) • “Hysteresis1 DP” – Hysterese aus dem Abstand der Linien 1 und 2 (Seite 32 ) • “Nonlinearity1 DP” – Nicht Linearität aus der Abweichung von den Linien 1 und 2 (Seite  32) • “Line2 DP x0” – Koordinate x0 der zweiten linearen Annäherung (Line 6 Seite 32) • “Line2 DP x1” – Koordinate x1 der zweiten linearen Annäherung (Line 6 Seite 32) • “Line2 DP y0” – Koordinate y0 der zweiten linearen Annäherung (Line 6 Seite 32) • “Line2 DP y1” – Koordinate y1 der zweiten linearen Annäherung (Line 6 Seite 32) • “Hysteresis2 DP” – Hysterese aus dem Abstand der Linien 3 und 4 (Seite 32 ) • “Nonlinearity2 DP” – Nicht Linearität aus der Abweichung von den Linien 3 und 4 (Seite 32) • “DP Min” – Minimaler Wert • “DP Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Druckkurve A 

• “Pressure A test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line PA x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line PA x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line PA y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung 

36

• “Line PA y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung • “Hysteresis PA” – Hysterese • “Nonlinearity PA” – Nicht Linearität • “PA Min” – Minimaler Wert • “PA Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Druckkurve B 

• “Pressure B test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line PB x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung der B Druckkurve • “Line PB x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung der B Druckkurve • “Line PB y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung der B Druckkurve • “Line PB y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung der B Druckkurve • “Hysteresis PB” – Hysterese der B Druckkurve • “Nonlinearity PB” – Nicht Linearität der B Druckkurve • “PB Min” – Minimaler Wert • “PB Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Leckage‐Kurve 

• “Leakage Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Leakage Min” – Minimaler Wert • “Leakage Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Steuerkolbenposition Kurve 

• “Spool Position 1 Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line SP1 x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line SP1 x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line SP1 y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung • “Line SP1 y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung • “Hysteresis SP1” – Hysterese • “Nonlinearity SP1” – Nicht Linearität • “SP1 Min” – Minimaler Wert • “SP1 Max” – Maximaler Wert 

 Gemessene Daten 

• “Control” – Werte des Kontroll Signals • “Pressure AB” – Werte des Differentialdrucks • “Pressure A” – Werte für Druck A • “Pressure B” – Werte für Druck B • “Feedback” – Werte für das Steuerkolben Positionssignal • “Leakage” – Werte der Leckage 

 Differentialdruck Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurve • “Pressure AB min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Pressure AB max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

 Druck A Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurve • “Pressure A min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Pressure A max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

37

 Druck B Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurve • “Pressure B min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Pressure B max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays  

 Feedback Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurve • “Feedback min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Feedback max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

 Leakage Overlay 

• “Control” –  x‐Werte der Overlay Kurve • “Leakage min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Leakage max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

Durchfluss AB Test (Excel Blatt “Flow AB”)  Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontrollsignals • “Amplitude” – Amplitude des Kontrollsignals  

 Analyse der Durchflusskurve AB 

• “Flow AB Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line1 FAB x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung (Linie 5 Seite 32 ) • “Line1 FAB x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung (Linie 5 Seite 32 ) • “Line1 FAB y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung (Linie 5 Seite 32 ) • “Line1 FAB y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung (Linie 5 Seite 32 ) • “Hysteresis1 FAB” – Hysterese aus der  linearen Analyse  (Abstand  zwischen  Linie 1 und 2, 

Seite  ) • “Nonlinearity1 FAB” – Nichtlinearität aus der linearen Analyse (Abweichung zwischen Linie 1 

und 2, Seite   ) • “Line2 FAB x0” – Koordinate x0 der zweiten linearen Annäherung (Linie 6 Seite 32 ) • “Line2 FAB x1” – Koordinate x1 der zweiten linearen Annäherung (Linie 6 Seite 32 ) • “Line2 FAB y0” – Koordinate y0 der zweiten linearen Annäherung (Linie 6 Seite 32 ) • “Line2 FAB y1” – Koordinate y1 der zweiten linearen Annäherung (Linie 6 Seite  32) • “Hysteresis2 FAB” – Hysterese aus der zweiten  linearen Analyse (Abstand zwischen Linie 3 

und 4, Seite 32  ) • “Nonlinearity2  FAB”  –  Nichtlinearität  aus  der  zweiten  linearen  Analyse  (Abweichung 

zwischen Linie 3 und 4, Seite   ) • “FAB Min” – Minimaler Wert • “FAB Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Lastdruckkurve beim Durchflusstest AB 

• “Flow Pressure Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “FP Min” – Minimaler Wert • “FP Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Steuerkolben Position 

• “Spool Position 2 Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich 

38

• “Line SP2 x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line SP2 x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line SP2 y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung • “Line SP2 y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung • “Hysteresis SP2” – Hysterese • “Nonlinearity SP2” – Nicht Linearität • “SP2 Min” – Minimaler Wert • “SP2 Max” – Maximaler Wert 

 Gemessene Daten 

• “Control” – Werte des Kontroll Signals • “Pressure A” – Werte des Drucks im Anschluss A • “Feedback” – Werte der Steuerkolben Position • “Flow AB” – Werte des Durchfusses zwischen A und B 

 Druck A Overlay 

• “Control” – x‐Werte des Overlays • “Pressure A min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Pressure A max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

 Feedback Overlay 

• “Control” – x‐Werte des Overlays • “Feedback min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Feedback max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

 Durchfluss AB Overlay 

• “Control” – x‐Werte des Overlays • “Flow AB min” – y‐Werte für die untere Grenze des Overlays • “Flow AB max” – y‐Werte für die obere Grenze des Overlays 

 

Durchfluss A Test (Excel Blatt “Flow A”) 

 Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontroll Signals • “Amplitude” – Amplitude des Kontroll Signals 

 Analyse der Durchfluss A Kurve 

• “Flow A Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line FA x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line FA x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line FA y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung • “Line FA y1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Hysteresis FA” – Hysterese • “Nonlinearity FA” – Nicht Linearität • “FA Min” – Minimaler Wert • “FA Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Steuerkolben Positions Kurve 

39

• “Spool Position 3 Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line SP3 x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line SP3 x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line SP3 y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung • “Line SP3 y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung • “Hysteresis SP3” – Hysterese • “Nonlinearity SP3” – Nicht Linearität • “SP3 Min” – Minimaler Wert • “SP3 Max” – Maximaler Wert 

 Gemessene Daten 

• “Control” – Werte des Kontroll Signals • “Feedback” – Werte der Steuerkolben Position • “Flow A” – Werte des durchflusses von A nach T 

 Feedback Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Feedback min” – y‐Werte für die untere Grenze der Overlay Kurve • “Feedback max” – y‐Werte für die obere Grenze der Overlay Kurve 

 Durchfluss A Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Flow A min” – y‐Werte für die untere Grenze der Overlay Kurve • “Flow A max” – y‐Werte für die obere Grenze der Overlay Kurve •  

 

Durchfluss B Test (Excel Blatt “Flow B”)  Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontroll Signals • “Amplitude” – Amplitude des Kontroll Signals  

 Analyse der Durchfluss B Kurve 

• “Flow B Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line FB x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line FB x1” – Koordinate x1 der linearen Annäherung • “Line FB y0” – Koordinate y0 der linearen Annäherung • “Line FB y1” – Koordinate y1 der linearen Annäherung • “Hysteresis FB” – Hysterese • “Nonlinearity FB” – Nicht Linearität • “FB Min” – Minimaler Wert • “FB Max” – Maximaler Wert 

 Analyse der Steuerkolben Position Kurve 

• “Spool Position 4 Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Line SP4 x0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line SP4 x1” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Line SP4 y0” – Koordinate x0 der linearen Annäherung 

40

• “Line SP4 y1” – Koordinate x0 der linearen Annäherung • “Hysteresis SP4” – Hysterese • “Nonlinearity SP4” – Nicht Linearität • “SP4 Min” – Minimaler Wert • “SP4 Max” – Maximaler Wert 

 Gemessene Daten 

• “Control” – Werte des Kontroll Signals • “Feedback” – Werte der Steuerkolben Position • “Flow B” – Werte des Durchflusses von B nach T 

 Feedback Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Feedback min” – y‐Werte der unteren Grenze der Overlay Kurve • “Feedback max” – y‐Werte der oberen Grenze der Overlay Kurve 

 Durchfluss B Overlay 

• “Control” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Flow A min” – y‐Werte der unteren Grenze der Overlay Kurve • “Flow A max” – y‐Werte der oberen Grenze der Overlay Kurve 

 

 

Dynamik Test (Excel Blatt “Dynamics”)  Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontroll Signals • “Amplitude” – Amplitude des Kontroll Signals  

 Analyse des Phasengangs 

• “Phase Lag Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Natural Frequency” – Frequenz bei einer Phasenverschiebung von ‐90° 

 Analyse des Amplitudengangs 

• “Amplitude Ratio Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Natural Amplitude” – Amplituden Verhältnis bei der Eigenfrequenz • “Amplitude Max” – Maximales Amplitudenverhältnis • “Amplitude Max Frequency” – Frequenz bei der die Amplitude ein Maximum erreicht • “‐3 dB Frequency” – Frequenz bei der das Amplitudenverhältnis ‐3 dB beträgt 

 Gemessene Daten 

• “Frequency” – Werte der Test‐Frequenzen  • “Phase” – Werte der Phasenverschiebung • “Amplitude” – Werte des Amplitudenverhältnisses 

 Phasen Overlay 

• “Frequency” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Phase min” – y‐Werte der unteren Grenze der Overlay Kurve • “Phase max” – y‐Werte der oberen Grenze der Overlay Kurve 

41

 Amplituden Overlay 

• “Frequency” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Amplitude min” – y‐Werte der unteren Grenze der Overlay Kurve • “Amplitude max” – y‐Werte der oberen Grenze der Overlay Kurve 

 

Step Response Test (Excel Sheet “Step”)  Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  • “Offset” – Nullpunkt des Kontroll Signals • “Amplitude” – Amplitude des Kontroll Signals  

 Analyse der Sprungantwort‐Kurve 

• “Step Response Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Rise Time +” – Anstiegszeit für positives Signal • “Overshoot +” – Überschwingung für positives Signal • „Star Signal +“ – Start für positives Signal • „End Signal +“ – Start für positives Signal • “Rise Time ‐” – Anstiegszeit für negatives Signal • “Overshoot ‐” – Überschwingung für negatives Signal • „Star Signal ‐“ – Start für negatives Signal • „End Signal ‐“ – Start für negatives Signal 

 Gemessene Daten 

• “Time” – Werte der Zeit • “Input” – Eingangssignal • “Output” – Ausgangssignal 

 Ausgang Overlay 

• “Time” – x‐Werte der Overlay Kurven • “Output min” – y‐Werte der unteren Grenze der Overlay Kurve • “Output max” – y‐Werte der oberen Grenze der Overlay Kurve 

 

Sicherheits‐Durchfluss Test (Excel Blatt “Safe”)  Test Bedingungen 

• “Supply Pressure” – Systemdruck  Spezifikationen 

• “Nominal Safe Flow” – Der spezifizierte Durchfluss des abgeschalteten Servoventils • “Flow Tolerance” – Toleranz des Nenn‐Durchflusses 

 Analyse des Sicherheits‐Durchflusstests 

• “Safe Test” – Die Kurve gehört (1) oder nicht (0) dem Overlay Bereich • “Safe Flow” – Der gemessene Durchfluss für das abgeschaltete Servoventil