Projektarbeit Pumpenprüfstand 2021

Verfasser

Korbinian Ass
Valentin Sachmann
Simon Schmetz

Einleitung

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Technische Beeinflussbarkeit der Geschmackssache Kaffee“ wird eine Familie verschiedener Kaffeemaschinen entwickelt. Diese Maschinen sind mit unterschiedlichen Sensoren bestückt, um die Zubereitungsparameter des Kaffees zu erfassen und reproduzierbar einstellen zu können [Rohnen et al., 2019: S.6]. Herstellungstoleranzen in der Serienfertigung von Sensoren und Elektronik führen zu einer Streuung der Messergebnisse der individuellen Exemplare. Um diese Abweichungen und die damit einhergehenden geschmacklichen Schwankungen zu reduzieren, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Aus dieser Problematik resultiert die Aufgabe dieser Projektarbeit, einen Prüfstand und Prüfprozess zur Kalibrierung von Druck- und Temperatursensoren zu entwickeln. Die Kalibrierung erfolgt dabei mit Referenzwerten.

Als Grundlage hierfür wird ein Pumpenprüfstand erweitert, der im Rahmen studentischer Praktika des Labors für Schwingungstechnik und Maschinendynamik zum Einsatz kommt. Dar-über hinaus werden neben der zu kalibrierenden Elektronik, soweit möglich Komponenten in dem Prüfstand verbaut, die bereits bei der Entwicklung der Kaffeemaschinen verwendet wer-den. Hierzu zählen unter anderem Boiler für die Aufbereitung von Heißwasser mit zugehöriger Steuerungselektrik, Magnetventile und Halbleiterrelais (engl.: solid state relays), sowie ein Raspberry Pi 3B Einplatinencomputer.

Inhaltsverzeichnis

1 Verzeichnis der Formelzeichen
2 Verzeichnis der Abkürzungen
3 Einleitung
4 Kalibrierung durch Referenzsensoren
5 Kalibriersystem Grundstruktur
6 Hardware
6.1 Hydraulik
6.1.1 Wasserwechsel
6.1.2 Messstränge
6.1.2.1 Druckstrang
6.1.2.2 Temperaturstrang
6.1.3 Gesamtsystem Hydraulik
6.2 Boiler
6.2.1.1 Boileranschlüsse
6.2.1.2 Boilerisolierung
6.3 Integration der Sensoren
6.3.1 Berechnungsmodell
6.3.2 Resultat der Festigkeitsabschätzung
6.3.3 Konstruktive Umsetzung
6.4 Rahmenstruktur
6.5 Boilerintegration im Rahmen
6.5.1 Ventilstreben
6.5.2 Messbalkone
7 Elektrik
7.1 Funktionsprinzip Elektriksystem
7.2 Elektrikaufbaukonzept
7.2.1 Baugruppe Steuerung
7.2.2 Baugruppe Sensorik
7.2.3 Sonstige Module
7.3 Notauskonzept
7.4 Aktueller Stand der Elektrik
8 Software
8.1 MATLAB® Graphical User Interface (Benutzeroberfläche)
8.1.1 Startseite
8.1.2 Kalibriermodus
8.1.3 Wasserwechselmodus
8.1.4 Manueller Modus
8.1.5 Datenansicht
8.2 Regelung
8.2.1 Temperaturregelung
8.2.2 Druckregelung
8.2.3 Umsetztung
8.3 Datenverarbeitung
8.3.1 Datenbereitstellung
8.3.1.1 Raspberry Pi
8.3.1.2 NI-Messkarte
8.3.2 Datenübergabe
8.4 Kalibriervorgang
9 Testprogramm
10 Zusammenfassung und Ausblick
11 Abbildungsverzeichnis
12 Tabellenverzeichnis

Dateien

Datei:20210221 Valentin Sachmann Zeichnungssatz.pdf
Datei:20210219 Dokumentation Kalibrierung.pdf