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Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung von DEA-Ventilen

Hiemstra, Andreas :
Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung von DEA-Ventilen.
TU Darmstadt Institut EMK / MEMS , Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2012)

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegende Studienarbeit wird ein Messstands zur Charakterisierung eines DEA-Gasventils entwickelt. Ein dielektrischer Elastomeraktor (DEA) besteht aus Silikon, in das Graphitschichten eingebracht sind. Durch das Anlegen einer Hochspannung an den DEA zeiht er sich aufgrund der elektrostatischen Kraft zusammen. Der DEA ist auf einen Ventilsitz aufgebracht, der Kanäle für die Luftleitung enthält. Die Verformung des DEA gibt beim DEA-Ventil einen Luftspalt frei, durch den die Luft von Einlasskanal zum Auslasskanal gelangen kann. Bisher wurde die Charakteristik des Ventils nicht näher untersucht. Aufgrund des verwendeten Silikons ist aber zu erwarten, dass sich das Ventil nicht wie andere pneumatische Bauteile verhält. Die Aufgabe der Charakterisierung erfüllt der in dieser Arbeit vorgestellte Messstand, der eine Kennlinie von Differenzdruck zu Durchfluss aufnimmt. Der Differenzdruck stellt den Druckabfall über dem Ventil dar. Der Messstand soll einen Differenzdruckbereich von 0 – 100 mbar und einen Durchflussbereich von 0 – 2 slpm erfassen. Dabei soll mit Luft bei einem statischen Druck von 1 bar gearbeitet werden. Die Druckmessung soll mit einer Genauigkeit von 1 % durchgeführt werden. Für die Durchflussmessung gilt eine in drei Durchflussbereiche gestaffelte Genauigkeit von jeweils 5 %FS. Die Bereiche reichen von 0 slpm bis 100e-3 slpm, 200e-3 slpm und 2 slpm. Zunächst wird das statische Verhalten des Ventils theoretisch analysiert. Durch den Differenzdruck wirkt eine Kraft auf das offen liegende Silikon und verformt dieses. Dies kann dazu führen, dass das Ventil vom Differenzdruck zugedrückt wird, und keine Luft mehr leitet. Es muss also sichergestellt werden, dass die Art der Messung dieses Verhalten nicht hervorruft. Angelehnt an gängige Messverfahren der Industrie für pneumatische Komponenten, wird der Messaufbau für das DEA-Ventil konzipiert. Es werden zwei Durchflusssensoren, ein Differenzdrucksensor und ein Druckregler kombiniert. Die beiden Durchflusssensoren haben unterschiedliche Messbereiche. Dies ist notwendig, um die geforderte Messgenauigkeit zu erreichen. Der Druckregler sorgt für Einstellung des Differenzdrucks, der für die aktuelle Messung notwendig ist. Gesteuert, überwacht und bedient wird der Messstand mittels einer LabVIEW Software, die über eine ADDI-DATA API-3120 Messkarte mit der Hardware interagiert. Neben der automatischen Kennlinienaufnahme ist ein manueller Modus implementiert, der es erlaubt einzelne Messpunkte gezielt aufzunehmen. Der Messstand ist aufgebaut und in Betrieb genommen. Ein DEA-Ventil konnte vor Abschluss dieser Arbeit noch nicht vermessen werden. Stattdessen wurden Kennlinien von unterschiedlichen Drosselventilen aufgenommen, die der Funktion des DEA-Ventils nahe kommen, und den erwarteten Betriebsbereich abdecken. Durch geeignete Versuche werden die Kenngrößen und Grenzen den Messstands ermittelt. Der erfassbare Messbereich liegt zwischen 10 – 100 mbar bzw. 0 – 2 slpm. Die Wiederholgenauigkeit der Druckmessung beträgt 1,06 mbar während die der Durchflussmessung bei 3,3e-3 slpm liegt. Im Laufe der Bearbeitung sind einige weiterführende Ideen bezüglich der Untersuchung von DEA-Ventilen entstanden. Beispielsweise die strömungstechnische Simulation des DEA-Ventils.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2012
Autor(en): Hiemstra, Andreas
Titel: Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung von DEA-Ventilen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

In der vorliegende Studienarbeit wird ein Messstands zur Charakterisierung eines DEA-Gasventils entwickelt. Ein dielektrischer Elastomeraktor (DEA) besteht aus Silikon, in das Graphitschichten eingebracht sind. Durch das Anlegen einer Hochspannung an den DEA zeiht er sich aufgrund der elektrostatischen Kraft zusammen. Der DEA ist auf einen Ventilsitz aufgebracht, der Kanäle für die Luftleitung enthält. Die Verformung des DEA gibt beim DEA-Ventil einen Luftspalt frei, durch den die Luft von Einlasskanal zum Auslasskanal gelangen kann. Bisher wurde die Charakteristik des Ventils nicht näher untersucht. Aufgrund des verwendeten Silikons ist aber zu erwarten, dass sich das Ventil nicht wie andere pneumatische Bauteile verhält. Die Aufgabe der Charakterisierung erfüllt der in dieser Arbeit vorgestellte Messstand, der eine Kennlinie von Differenzdruck zu Durchfluss aufnimmt. Der Differenzdruck stellt den Druckabfall über dem Ventil dar. Der Messstand soll einen Differenzdruckbereich von 0 – 100 mbar und einen Durchflussbereich von 0 – 2 slpm erfassen. Dabei soll mit Luft bei einem statischen Druck von 1 bar gearbeitet werden. Die Druckmessung soll mit einer Genauigkeit von 1 % durchgeführt werden. Für die Durchflussmessung gilt eine in drei Durchflussbereiche gestaffelte Genauigkeit von jeweils 5 %FS. Die Bereiche reichen von 0 slpm bis 100e-3 slpm, 200e-3 slpm und 2 slpm. Zunächst wird das statische Verhalten des Ventils theoretisch analysiert. Durch den Differenzdruck wirkt eine Kraft auf das offen liegende Silikon und verformt dieses. Dies kann dazu führen, dass das Ventil vom Differenzdruck zugedrückt wird, und keine Luft mehr leitet. Es muss also sichergestellt werden, dass die Art der Messung dieses Verhalten nicht hervorruft. Angelehnt an gängige Messverfahren der Industrie für pneumatische Komponenten, wird der Messaufbau für das DEA-Ventil konzipiert. Es werden zwei Durchflusssensoren, ein Differenzdrucksensor und ein Druckregler kombiniert. Die beiden Durchflusssensoren haben unterschiedliche Messbereiche. Dies ist notwendig, um die geforderte Messgenauigkeit zu erreichen. Der Druckregler sorgt für Einstellung des Differenzdrucks, der für die aktuelle Messung notwendig ist. Gesteuert, überwacht und bedient wird der Messstand mittels einer LabVIEW Software, die über eine ADDI-DATA API-3120 Messkarte mit der Hardware interagiert. Neben der automatischen Kennlinienaufnahme ist ein manueller Modus implementiert, der es erlaubt einzelne Messpunkte gezielt aufzunehmen. Der Messstand ist aufgebaut und in Betrieb genommen. Ein DEA-Ventil konnte vor Abschluss dieser Arbeit noch nicht vermessen werden. Stattdessen wurden Kennlinien von unterschiedlichen Drosselventilen aufgenommen, die der Funktion des DEA-Ventils nahe kommen, und den erwarteten Betriebsbereich abdecken. Durch geeignete Versuche werden die Kenngrößen und Grenzen den Messstands ermittelt. Der erfassbare Messbereich liegt zwischen 10 – 100 mbar bzw. 0 – 2 slpm. Die Wiederholgenauigkeit der Druckmessung beträgt 1,06 mbar während die der Durchflussmessung bei 3,3e-3 slpm liegt. Im Laufe der Bearbeitung sind einige weiterführende Ideen bezüglich der Untersuchung von DEA-Ventilen entstanden. Beispielsweise die strömungstechnische Simulation des DEA-Ventils.

Ort: Darmstadt
Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 13 Jul 2012 07:19
Zusätzliche Informationen:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKS1795

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 18-11-2011

Ende Datum: 17-04-2012

ID-Nummer: 17/24 EMKS1795
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