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Prüfanlagen

Umweltsimulation in der Automobilindustrie beugt Komponentenausfall vor

 

Eispanzerbildung bei einem Getriebe durch beheizte Sprühdüsen bei -50 °C Umgebungstemperatur

Automobilhersteller setzen ihre Fahrzeuge auf jedem Kontinent ab. Die Folge: Funktionseinheiten wie Motoren, Batterien oder Bremssysteme müssen den vorherrschenden klimatischen Bedingungen des jeweiligen Landes standhalten. Extreme Hitze ebenso wie arktisches Klima kann zu Ausfällen essentieller Systeme führen. Daher hat die A + H Klima- und Systemtechnik GmbH Prüfanlagen entwickelt, die zu Forschungs- und Entwicklungszwecken von Funktionseinheiten nahezu jeden klimatischen Zustand bezüglich Temperatur, Feuchtigkeit, Schneefall, Eisbildung oder Regen simulieren können.

„Bei der Entwicklung neuer Serienfahrzeuge und deren Komponenten ist die Witterungs- und Klimabeständigkeit einzelner Funktionseinheiten für die Hersteller von zentraler Bedeutung“, erklärt Volker Hoffmann, Geschäftsführer der A+ H Klima- und Systemtechnik GmbH. „Die Schwierigkeit besteht jedoch oftmals darin, dass die unterschiedlichen klimatischen Bedingungen zum Teil verschiedene Auswirkungen auf die Funktionstüchtigkeit einzelner Bauteile oder ganzer Systeme haben.“ Neben regionenunabhängigen Komfortproblemen wie einer zu starken Geräuschentwicklung bedingt insbesondere ein feuchtes Tropenklima beispielsweise Korrosion; ein trockenes Wüstenklima führt im Gegensatz dazu oftmals zu erhöhtem Komponentenverschleiß. Arktisches Klima dagegen kann durch mögliche Vereisungserscheinungen den Ausfall der Bremssysteme zur Folge haben, während in trocken-heißen Regionen eine zu starke Hitzeentwicklung häufig die Funktionsfähigkeit des Motors oder sicherheitsrelevanter Systeme außer Kraft setzt. Solch unterschiedliche Szenarien gehen mit erheblichen Sicherheitsrisiken sowie zahlreichen Komfortbeeinträchtigungen einher und müssen daher permanent vermieden werden.

Modulares Prozessluftsystem als zentrales Element der Anlage

Die Anlage von A + H kann zu Forschungs- und Entwicklungszwecken von Funktionseinheiten nahezu jeden klimatischen Zustand bezüglich Temperatur, Feuchtigkeit, Schneefall, Eisbildung oder Regen simulieren

Aus diesem Grund bietet die A + H Klima- und Systemtechnik GmbH kunden- und anwendungsspezifische Umweltsimulationsanlagen an, mit denen nahezu sämtliche klimatische Zustände bezüglich Temperatur, Luftfeuchte, Regen, Schneefall oder Eisbildung realitätsgetreu nachempfunden werden können. Kaltstarttests für Motoren lassen sich dadurch ebenso realisieren wie Funktionsprüfungen von vereisten Bremssystemen oder unter großer Hitzeeinwirkung durchgeführte Batterie-Crashtests. „Es handelt sich bei den Anlagen folglich um eine zusätzliche Kontrollinstanz, bei der die Funktionstüchtigkeit sowie das Verhalten einzelner Komponenten unter bestimmten Umweltsituationen validiert werden, bevor das Gesamtsystem in die Serienproduktion geht“, erläutert Hoffmann.

Zentrales Element zur Luftkonditionierung sowie zur Herstellung der unterschiedlichen Klimabedingungen ist das modulare Prozessluftsystem, das in die Anlage integriert ist. Dieses saugt in einem ersten Schritt aus der jeweils individuell gefertigten Prüfkammer eine voreingestellte Menge an Luft ab, die anschließend mittels einer Filtervorrichtung von Schmutz- und Staubpartikeln gereinigt wird. Zur anwendungsspezifischen Aufbereitung wird die gesäuberte Luft daraufhin in eines der externen Segmente des Fördersystems geleitet – je nach kundenseitiger Anforderung kommt für diesen Prozess entweder eine Kältemaschine, ein Lufttrockner, eine Heizanlage, ein Dampfbefeuchter oder eine Kombination mehrerer solcher Add-ons zum Einsatz. „Dank der integrierten Beschneiungs- und Beregnungsanlage lassen sich zudem verschiedene Wetterphänomene simulieren, denen der eingesetzte Prüfling über einen bestimmten Zeitraum standhalten muss“, führt Hoffmann aus. „Im Fall der Schneeerzeugung wird hier beispielsweise auf 0°C gekühltes Schneiwasser zur Verfügung gestellt und die Luft nochmals gesondert gekühlt, ehe der Schnee künstlich per Wasserdruckluftmischanlage produziert wird.“

Komplexe Prüf- und Einsatzszenarien möglich

Zentrales Element der Umweltsimulationsanlage ist das in die Prüfkammer integrierte Prozessluftsystem

Hat der Luftstrom den jeweiligen Segmentteil des Fördersystems passiert, wird der Prüfling in einem abschließenden Schritt mit der aufbereiteten Luft beaufschlagt. Um neben der allgemeinen Funktionstüchtigkeit außerdem das Korrosionsverhalten einzelner Bauteile zu beobachten, kann zusätzlich Salznebel in die Prüfkammer eingebracht werden – auf diese Weise lässt sich der Prüfling innerhalb eines Tests auf alle wichtigen Parameter überprüfen. „Somit können wir auch komplexe Prüf- und Einsatzszenarien zuverlässig, sicher und valide simulieren“, erklärt Hoffmann. „Das erlaubt es uns flexibel auf Kundenanforderungen zu reagieren und im Vorfeld eines jeden Projekts ein individuelles Lastenheft zu kreieren, das dann als Grundlage für die Konstruktion der Anlage dient.“

Zur Steuerung und Regelung des Gesamtsystems verwendet A + H eine SPS, die speziell auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt ist und sich einfach sowie intuitiv über ein Touchpanel bedienen lässt. Hier werden auch alle Anlagenzustände und Regelparameter visualisiert. „Die Programmierung ist offen“, erklärt Hoffmann. „Der Kunde erhält somit sämtliche Details und kann dadurch die Parameter auch während des laufenden Betriebs verändern, ohne beispielsweise einen externen Techniker des Herstellers hinzuziehen zu müssen.“

Ergebnisdarstellung via PC oder intuitivem Touchpanel

Mittels Rotationsabsorber ist es möglich, die Luftfeuchte auch im negativen Temperaturbereich zu regeln

Die Visualisierung der Ergebnisse erfolgt abschließend auf Wunsch über einen PC oder ein integriertes Touchpanel. Dort werden neben den Temperaturverläufen auch Fließbilder sowie Funktionsschemata der zu prüfenden Komponenten und Systeme optisch dargestellt; treten hierbei Abweichungen von den geforderten Parametern auf, erscheint in Echtzeit eine Alarmmeldung auf dem Bildschirm. „Nach Beendigung eines komplikationsfreien Vorgangs werden die entsprechenden Werte digital oder analog an die übergeordneten Systeme des Kunden kommuniziert“, so Hoffmann abschließend. „Die anwenderseitige Auswertung der Umweltsimulation samt Soll-Ist-Analyse entscheidet dann, ob eine Validierung stattfindet und der Prüfzyklus erfolgreich war beziehungsweise die Komponente für die Serienfertigung freigegeben wird.“


15.09.2019

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