Kennfelder

Kennfelder sind für die dynamische Simulation fluidtechnischer Systeme unverzichtbar. Mathematisch gesehen ist ein Kennfeld die Menge der Datenpunkte einer abgetasteten Funktion F mit N Variablen, die auch empirisch sein kann. Durch Suchen und Interpolieren innerhalb der Menge bildet das Kennfeld die Eingangswerte auf den Ausgabewert ab.

Das Einsatzspektrum von Kennfeldern reicht von der Beschreibung nichtlinearen Bauteilverhaltens, wie z. B. der Durchflussfläche von Ventilsteuerkanten oder dem hubabhängigen Wirkdurchmesser von Luftfederbälgen, bis hin zur Abbildung gemessenen Bauteilverhaltens, wie z. B. der Zylinderreibung, dem Ventildurchfluss oder dem Fördervolumenstrom einer Konstantpumpe.

Der Ausgabewert des Kennfelds hängt in der Praxis sehr oft von mehr als einem Eingangswert ab. Lassen sich die Durchflussfläche einer Ventilsteuerkante oder die Änderung des Wirkdurchmessers wegabhängig noch über eine simple x-y-Beziehung beschreiben, so erfordert das Kennfeld für den gemessen Ventildurchfluss bereits zwei Eingangswerte (Ventilöffnung, Druckdifferenz) und für den Fördervolumenstrom einer Konstantpumpe sind es bereits drei Eingangswerte (Drehzahl, Systemdruck, Fluidtemperatur). Im Fall einer Verstellpumpe käme der Schwenkwinkel noch als vierter Eingangswert hinzu.

Der DSHplus-Kennfeldeditor ist das Verwaltungsmodul zum Erstellen und Modifizieren der Kennfelder der DSHplus-Bauteile. 1-D-Kennfelder werden als x-y-Punktemenge beschrieben. Innerhalb der Wertegrenzen des Kennfelds werden Zwischenpunkte linear interpoliert. Eine Extrapolation außerhalb der Wertegrenzen wird nicht durchgeführt, der jeweilige y-Endwert des Kennfelds wird konstant gehalten.

Für höherdimensionale Kennfelder stehen in DSHplus zwei Arten von Kennfeldern zur Verfügung. Die auf kartesischen Koordinaten basierenden Kennfelder und die auf 1D-Kennfeldern aufbauenden Linienkennfelder.

In kartesischen Kennfeldern spannen die Wertepunkte der Kennfeldachsen ein Gitter auf. Jeder dieser Gitterpunkte enthält den zur den Achswerten passen Ausgabewert. Diese Art von Kennfeld ist besonders gut geeignet für die Abbildung numerisch erzeugter Kennfelder, da hier jeder Ausgabewert exakt berechnet werden kann. Für die Abbildung von gemessenem Bauteilverhalten ist diese Kennfeldart jedoch nur bedingt geeignet, da sich die benötigten exakten Gitterpunkte nur durch aufwendige Nachbehandlung aus den Messdaten generieren lassen.

Bei der Abbildung von gemessenem Bauteilverhalten hat das Linienkennfeld seine Stärke. Ein 2D-Linienkennfeld besteht dabei aus einer beliebigen Anzahl einzelner 1D-Kennfelder, die alle eine unterschiedliche x-Achsaufteilung haben können. Dies sind z. B. die Durchflussmessungen Q zu Δp (erste Achse) eines Ventils für unterschiedliche Ventilöffnungen (zweite Achse).

Ein 3D-Linienkennfeld besteht wiederum aus beliebig vielen 2D-Kennfeldern, wobei es jetzt auch möglich ist, 2D-kartesisch und 2D-Linien miteinander zu mischen.

Zur Erzeugung von Kennfeldern bietet DSHplus zwei Werkzeuge. Mittels des DSHplus-Kennfeldgenerators können 1D-Kurven, wie z. B. die Durchflusskurve eines Ventils aus einem Herstellerdatenblatt, digitalisiert und als 1D-Kennfeld aufbereitet werden. Mit dem DSHplus-Dateninterpolator können 2D-kartesische Kennfelder mit beliebiger Achsauflösung aus einer nicht sortierten x-y-z-Punktemenge erzeugt werden.