Funktionstest und Dichtheitsprüfung Pumpenprüfstand
Patricia Viebke, 28.04.2023
Um die Inbetriebnahme des Prüfstands erfolgreich zu nennen, müssen die einzelnen Komponenten getestet werden. Anschließend muss das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten zuverlässig funktionieren.
Magnetventile und Pumpe
Hierfür wird mit der Funktionalität der Magnetventile angefangen. Über den manuellen Modus in der GUI auf dem Reiter 'Bedienung' werden die einzelnen Magnetventile angesteuert. Für jedes der fünf verbauten Magnetventile ist ein unterschiedlich lautes Klicken zu hören. Die Art des Klickens ist bei einigen Ventilen dumpfer als bei anderen, dies ist jedoch irrelevant. Das Klicken ist die Bestätigung, dass das Ventil angesteuert wurde. Bei erneutem Betätigen der Buttons für Y01 bis Y05 ist ein wiederholtes Klicken wahrzunehmen. Bei Ansteuern der Magnetventile leuchtet die jeweilige LED auf der 230V-SSR Platine auf. Somit wird die Funktionalität der einzelnen Magnetventile bestätigt. In der nachfolgenden Tabelle ist die Funktion des jeweiligen Magnetventils zusammengefasst.
| Magnetventil | Funktion |
|---|---|
| Y01 | Wasserbefüllung |
| Y02 | Entlüftung/Druckabbau |
| Y03 | Auswahl Temperaturbalkon / Druckbalkon |
| Y04 | Entleerung |
| Y05 | Sperrventil für Druckaufbau |
Bei der Pumpe gab es Probleme mit der Beförderung von Wasser. Dieses hat sich durch den Aufbau der Pumpe begründen lassen. Bei der aktuell verbauten Pumpe von NUERT handelt es sich um eine Flügelzellenpumpe. Wie dargestellt, besitzt die Pumpe keine Schaufeln für die Beförderung des Fluids. Die Flügelzellenpumpe befördert das Wasser durch radial eingesetzte Nutsteine, welche auch als Flügel bezeichnet werden. Durch den exzentrisch gelagerten Rotor variiert der Abstand zwischen Rotor und der Begrenzung (Stator) bei der Drehung des Rotors. Durch das Antreiben des Rotors wirkt die Zentrifugalkraft auf die einzelnen Flügel. Durch die wirkende Kraft gleiten die Flügel nach außen, bis zur äußeren Begrenzung. Durch das Anliegen der Flügel am Stator entstehen Kammern, welche das Fluid befördern. Die Seite, auf welcher das Kammervolumen steigt, ist als Saugseite definiert (blau). Mit abnehmenden Kammervolumen wird das Fluid zur Druckseite (grün) der Pumpe befördert. Anhand der speziellen Funktionsweise der Pumpe, sind einige Dinge zu beachten. Nach la ̈ngerem Stillstand kann es dazu kommen, dass die Flügel in den Nuten verkeilen. In dem Fall ist die Spannung des Leistungnetzteils so weit zu erhöhen, dass ei- ne Wasserbeförderung wieder möglich ist. Im Optimalfall, also ohne zusätzlichen Druck, ist im System die Nenndrehzahl von 1450 zu erreichen. Dadurch ist die auf die Flügel wirkende Fliehkraft ausreichend, um bis an den Stator zu gleiten und das Wasser zu befördern. Anschließend ist auch ein Betrieb der Pumpe mit geringerer Drehzahl möglich.
Basisfunktionen
Nachdem die Magnetventile und die Pumpe funktionieren, muss das Zusammenspiel dieser innerhalb einer Basisfunktion funktionieren. Es sind vier Basisfunktionen definiert: Befüllen, Entleeren, Durchspülen, Entlüften. Bei Betätigen der Buttons in der GUI müssen die entsprechenden Magnetventile schalten. Die Pumpe muss manuell eingeschaltet werden. Durch Überprüfen der LEDs auf der GUI und auf der 230V-SSR Platine wird das korrekte Schalten bestätigt. Durch manuelles Bedienen der Pumpe wird die gewünschte Funktion im Pumpenprüstand realisiert. Lediglich die Durchspülung bedarf kein aktives Magnetventil. Hier kann das Y03 geschalten werden, um beide Messbalkone durchzuspülen.
GUI Funktionen
Die GUI wird schrittweise entwickelt und nach jedem Entwicklungsschritt werden die neu implementierten Funktionen getestet. Es lässt sich erfolgreich eine Verbindung zur NI-Messkarte 9220 und zur Microcontroller herstellen. Mit dem Reiter der Bedienung lassen sich die Magnetventile und die Pumpe erfolgreich bedienen. Weiter bietet dieser Reiter die Ansteuerung des Heizelements durch einen Schieberegler die Ansteuerung des elektrischen Dosierventils durch ein Eingabefeld.
Damit das Heizelement über die GUI bedient werden kann, muss das zwischengeschaltete XSSR über Steuerleitungen mit der 230V-SSR Platine verbunden sein. Über den Schieberegler in der GUI wird die Heizleistung eingestellt. Da aktuell keine Temperatursensoren verbaut sind, ist die Temperatur nicht festzustellen. Mit einem NTC ist es jedoch gelungen einen Temperaturanstieg festzustellen. Durch den negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) deutet ein Spannungsabfall auf eine Temperaturerhöhung hin.
Das elektrische Dosierventil ist ebenfalls durch die GUI bedienbar. Das erwartete Verhalten einer Öffnung bzw. Schließung der Leitung ist durch Vibration am elektrischen Dosierventil festzustellen.
Die Prüfstandsüberwachung zeigt die Messwerte der Sensoren dar. Dies zeigt, dass die Messkarte korrekt konfiguriert wurde.
Elektronikplatinen
Durch das Überprüfen der Magnetventile kann die Funktionalität der 230V-SSR-Platine bestätigt werden. Die entsprechenden LEDs werden eingeschalten. Auf dieser Platine war geplant die Magnetventile ab dem ersten SSR anzuschließen. Hier wird ein Durchbrennen des SSRs vermutet. Das erste Magnetventil wird somit bei dem zweiten SSR angeschlossen. Dies ist für den Programmcode praktisch, da jetzt das Ventil Y01 als SSR1 definiert ist. Auch der 230 V Verteiler funktioniert, wordurch die Netzteile und das Heizelement gespeist werden.
Die Verteilerplatine, zuständig für die Versorgung der Sensorik, funktioniert fast einwandfrei. Die 24 V-Verteiler, Masserverteiler und PE-Verteiler funktionieren problemlos. Der Spannungsregler auf der Platine stellt sich als problematisch heraus. Durch diesen gibt es Probleme in den Signalen. Daher wird dieser entfernt und ein externes 5 V Netzteil ist für die Versorgung der Komponenten zuständig. Die Füllstandsanzeige funktioniert mithilfe der roten LED wie erwartet.
Patricia Viebke, 06.01.2023
Die Elektronik wurde miteinander laut Anschlussplan verbunden. Dadurch war ein erster Funktionstest der Magnetventile möglich. Für den Funktionstest muss das System bestromt werden. Der Schalter neben dem NOT-AUS muss ein-geschalten werden.
In der GUI besteht die Möglichkeit, die Magnetventile Y01 bis Y05 manuell einzeln anzusteuern. Bei allen Magnetventilen hat man beim Betätigen des passenden Buttons ein Klicken gehört. Das deutet auf das Umschalten innerhalb des 3/2-Wegeventils hin. Bei erneutem Betätigen der Buttons war erneut für alle Magnetventile ein Klicken zu hören. Durch das zweite Schalten, befinden sich die Magnetventile wieder im Ausgangszustand.
Weiter wurde das Einschalten des 24V-Leistungsnetzteiles getestet. Durch Ansteuern des SSR 14 wird das Netzteil mit Strom versorgt. Durch Drehen des oberen Rädchen (Erhöhung der Spannung) wird die Pumpe über die Welle angetrieben. Die Pumpe erhöht ihre Geschwindigkeit bei höher zugeführter Spannung des Getriebes. Es ist aufgefallen, dass das Wasser im System nicht zirkuliert. Beim Betätigen der Pumpe wird erwartet, dass das Wasser zirkuliert. Bei Schalten des Magnetventils Y05 ist der Zugang für das Befüllen geöffnet. Hier muss kalkfreies Wasser verwendet werden! Das Befüllen des Prüfstandes konnte nicht erfolgreich durchgeführt werden. Die Pumpe zieht das Wasser nicht. Die Ursache muss untersucht werden.
Eric Hübner, 10.12.2021
Am 08.12.21 wurde der Pumpenprüfstand betrieben um eine Kennlinie der Getriebepumpe auszulesen. Im Rahmen dieser Inbetriebnahme konnte eine Funktionsprüfung des aktuellen Aufbaus durchgeführt werden. Alle Ventile, die Getriebepumpe, die Ansteuerung mit MATLAB über die Basisplatine und die NI-Messkarte funktionieren. Die Funktion aller Sensoren kann bestätigt werden, sobald Kalibrierdruck und Kaliberiertemperatur angeschlossen sind. Das Heizelement wird bei der Funktionsprüfung der DC-Antriebe überprüft. Im Rahmen der Inbetriebnahme wurde ebenfalls eine Dichtheitsprüfung durchgeführt. Es konnten keine Undichtigkeiten festgestellt werden.
Eric Hübner, 02.12.2021
Im Rahmen der ersten Inbetriebnahme des Prüfstands am 01.12.21 wurde die Funktion der Ventile und der Pumpe grundlegend getestet. Durch den Austausch des Wassers im Boiler konnte die Ansaugfunktion der Getriebepumpe bestätigt werden. Es konnten bisher keine Undichtigkeiten im Prüfstand festgestellt werden. Eine vollständige Abnahme der Funktion findet statt sobald alle Komponenten am Prüfstand angeschlossen sind. Die Dichtheitsprüfung findet in Zusammenhang mit der Auslesung der Kennlinie der Getriebepumpe statt.
Eric Hübner, 16.11.2021
Die Funktionsprüfung findet statt, sobald die Basisplatine Fertig angeschlossen und hinreichend programmiert ist. Hierbei wird die Funktion der Sensoren und Ventile sowie die Kommunikation zwischen Basisplatine und MATLAB überprüft. Die Dichtheitsprüfung überprüft die Dichtheit des Wasserkreislaufs und seinen Komponenten.