Ein Prüfstand zur Temperaturmessung, Strombelastbarkeit und zum Stromimpulsverhalten mechatronischer Produkte

Aufbau und Programmierung


Diplomarbeit, 2011

45 Seiten, Note: 1,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Allgemeine Einleitung
1.2 Sonstiges

2 Die Mess- und Prüfverfahren im Überblick
2.1 Temperaturerhöhung
2.1.1 Anwendungsbereich und Zweck
2.1.2 Prüfverfahren
2.2 Strombelastbarkeit
2.2.1 Anwendungsbereich und Zweck
2.2.2 Prüfverfahren
2.3 Stromimpulsverhalten
2.3.1 Anwendungsbereich und Zweck
2.3.2 Prüfverfahren

3 Grundlegender Aufbau des Prüfstandes
3.1 Mechanik
3.1.1 Anforderungen
3.1.2 Prüfstandsaufbau
3.2 Elektrik
3.2.1 Anforderungen
3.2.2 Elektrischer Prüfaufbau
3.3 Software
3.3.1 Allgemeines und Vorgaben
3.3.2 Programmablaufpläne
3.3.3 Aufbau der Prüfapplikation

4 Umsetzung
4.1 Mechanik
4.1.1 Prüfraum
4.1.2 Prüfeinsatz
4.1.3 Anbauelemente
4.2 Elektrik
4.3 Software
4.3.1 Prüfung konfigurieren
4.3.2 Prüfung starten
4.3.3 Prüfung verwalten

5 Schlussbetrachtung

6 Literaturverzeichnis

7 Anhang

Abbildungsverzeichnis

1.1 Ansicht des Grundaufbaus in Inventor

3.1 Prüfraumskizze: Lage des Prüfeinsatzes im Prüfraum

3.2 Typische Messanordnung

3.3 Programmablaufplan: Unterprogramm Temperaturerhöhung

3.4 Programmablaufplan: Unterprogramm Strombelastbarkeit

3.5 Programmablaufplan: Unterprogramm Stromimpulsverhalten

4.1 Ansicht des Grundaufbaus in Inventor

4.2 Detailaufnahme: Befestigung der Flächenelemente

4.3 Ansicht des Prüfstandes ohne Anbauelemente

4.4 Ansicht des Prüfstandes von oben

4.5 Ansicht des Deckels in verschiedenen Positionen

4.6 Ansicht des Prüfeinsatzes mit Prüftisch und Prüfling

4.7 Prüfstand mit eingesetzem Prüfeinsatz

4.8 Seitliche Ansicht des Prüfstandes mit Anbauelementen

4.9 Kabelsockel für Binder mit Nutstein

4.10 Quellcode der Kanalüberprüfung

4.11 Fenster zur Eingabe der Prüfparameter

4.12 Übersicht der Treiber-VIs

4.13 Quellcode zum Auslesen der Geräteinformationen der Stromquelle

4.14 Ansicht der Messdaten in DIAdem

4.15 Ansicht der Messdaten in LabVIEW

4.16 Vorlage eines Berichts in DIAdem

4.17 Ansicht eines fertigen Beispielberichtes

1 Einleitung

1.1 Allgemeine Einleitung

Im Rahmen meines Studiums und dem SolarCar Projekt der Hochschule Bochum habe ich gute Kontakte zu der Firma National Instruments in München aufbaut. Mit deren Unterstützung wurde es mir ermöglicht, zahlreiche Lehrgänge zu ihren Softwarepro­dukten LabVIEW und DIAdem zu besuchen. Aufgrund der guten Erfahrungen stand recht früh für mich fest, das ich mein Wissen in dem Bereich gerne vertiefen möchte. In meinem Praxissemester bei der Firma EDAG bekam ich dann Einblicke in das The­ma Prüfstandstechnik und Anlagenbau. Deshalb war mein Ziel, ein Thema für meine Diplomarbeit zu finden, das möglichst beide Themengebiete beinhaltet. Auf der Suche nach einer passenden Aufgabenstellung habe ich unter anderem von der Leopold Kostal GmbH & Co. KG einen Themenvorschlag bekommen.

Für das Zentrallabor in Lüdenscheid sollte ein Prüfstand zur Temperaturmessung kon­struiert und programmiert werden.

Die Aufgabenstellung entsprach meinen Vorstellungen und nach dem Bewerbungsge­spräch konnte ich mir gut vorstellen, meine Arbeit in dieser Firma zu schreiben. Die Diplomarbeit enthält sowohl einen Mechanik-, Elektrik- als auch Informatikanteil, so dass sie als Abschlussarbeit zum Studiengang Mechatronik sehr gut geeignet ist.

1.2 Sonstiges

Die Aufgaben wurden selbstständig am Standort Dortmund durchgeführt und regelmä­ßig mit dem späteren Prüfingenieur und dem Leiter des Zentrallabors, Herrn Andresen abgesprochen. Der gesamte Prüfstand wurde mit der Software Inventor von Autodesk konstruiert und anhand der Zeichnungen gebaut. Der Zusammenbau, sowie sämtliche mechanische Arbeiten wie fräsen, sägen, bohren und Gewinde schneiden wurden selbst­ständig durchgeführt. Die Programmierung erfolgte in LabVIEW 2010 und DIAdem 2010. Zur Versionsverwaltung wurde ein Subversion-Server aufgesetzt und genutzt. Die Diplomarbeit selbst wurde in Latex geschrieben. Der Grundaufbau wurde anhand der Diplomarbeit von Tobias Erbsland [8] erstellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.1: Ansicht des Grundaufbaus in Inventor

An dieser Stelle möchte ich außerdem auf folgende Bücher verweisen, die für die Erstel­lung meiner Arbeit direkt oder indirekt hilfreich waren:

- Bachelor-, Master- und Doktorarbeit: Anleitungen für den naturwissenschaftlich­technischen Nachwuchs [9]
- Kochbuch für LaTeX [6]
- LATEX - Einführung in das Textsatzsystem [7]
- LaTeX - kurz & gut [11]
- Subversion 1.5: Das Praxisbuch [4]
- GUI-Design [13]
- Einführung in LabVIEW [10]
- Handbuch für die Programmierung mit LabVIEW [5]
- LabVIEW: Advanced Programming Techniques [12]
- The LabVIEW Style Book [3]

Es wurde bei dieser Diplomarbeit darauf verzichtet, den kompletten Quellcode im An­hang anzufügen, da LabVIEW eine graphische Programmiersprache ist. Es wurde an einem Arbeitsplatz mit der Auflösung von 1680x1050 Pixeln programmiert, so dass die „Bilder“ sehr groß sind. Insgesamt lässt sich zudem sagen, dass ein komplexes LabVIEW­Programm sich nur sehr schwer durch den ausgedruckten Code dokumentieren lässt. Der Code wird auszugsweise in der Diplomarbeit präsentiert, sowie der grobe Aufbau beschrieben. Das Kolloquium soll dann die Möglichkeit des tieferen Einblicks in den Quellcode geben.

2 Die Mess- und Prüfverfahren im Überblick

Mit dem Prüfstand sollen insgesamt drei verschiedene Prüfungen durchgeführt werden können. Diese sind größtenteils in den entsprechenden DIN Normen [1, 2] beschrieben. Im folgenden Abschnitt werden kurz das Ziel der jeweiligen Prüfung sowie der Vorgang selbst beschrieben.

Als Grundlage für jede Messung dient mindestens ein vorbereiteter Prüfling. Dieser ist mit einer Konstantstromquelle verdrahtet und wurde mit einem oder mehreren Tem­peratursensoren am voraussichtlich heißesten Punkt des Bauteils versehen. Zusätzlich steht ein Temperatursensor zur Messung der Umgebungstemperatur zur Verfügung.

2.1 Temperaturerhöhung

2.1.1 Anwendungsbereich und Zweck

Das Ziel der Prüfung ist es festzustellen, ob Bauelemente bei Raumtemperatur durch Einwirkung eines festgelegten Stromes eine festgelegte Temperaturerhöhung nicht über­schreiten.

2.1.2 Prüfverfahren

Der Prüfling wird mit einem festgelegten Strom belastet, bis Temperaturstabilität er­reicht ist.

Nach Erreichen der Stabilität[1] ist der Strom eine festgelegte Dauer beizubehalten.

Der Prüfling darf während dieser Dauer eine festgelegte Temperaturerhöhung nicht über­schreiten. Am Ende der Prüfung darf er keine die übliche Funktion beeinträchtigenden Mängel aufweisen.

Falls nicht anders festgelegt, müssen insgesamt drei Prüflinge getestet werden.

2.2 Strombelastbarkeit

2.2.1 Anwendungsbereich und Zweck

Bei dieser Prüfung soll die Strombelastbarkeit eines Bauelementes bei erhöhter Umge­bungstemperatur ermittelt werden.

2.2.2 Prüfverfahren

Der Prüfling wird nach der korrekten Anordnung im Prüfraum mit mehreren festgelegten Strömen belastet. Es wird jeder Stromwert so lange angelegt, bis Temperaturstabilität erreicht ist.

Nach Erreichen der Stabilität ist der Strom eine festgelegte Dauer beizubehalten.

Die Prüfung beginnt mit dem kleinsten Stromwert. Sie endet mit dem Höchsten oder bei Erreichen der oberen Grenztemperatur des Bauteils.

Aus den Mittelwerten der Messdaten von insgesamt drei Messungen lässt sich die Basis­Strombelastbarkeitskurve erstellen und die Derating-Kurve berechnen, die zur Aussage über die Strombelastbarkeit bei erhöhter Umgebungstemperatur erforderlich ist.

2.3 Stromimpulsverhalten

2.3.1 Anwendungsbereich und Zweck

Durch diese Prüfung soll festgestellt werden, wie sich Bauelemente bei Raumtemperatur durch Einwirkung von Stromimpulsen verhalten.

2.3.2 Prüfverfahren

Der Prüfling wird mit einem vorher festgelegten Stromimpuls belastet, bis die obere Grenztemperatur des Bauteils oder die eingestellte Prüfdauer überschritten wird. Anhand der Messdaten können weitere Auswertungen erfolgen.

3 Grundlegender Aufbau des Prüfstandes

3.1 Mechanik

3.1.1 Anforderungen

Die Anforderungen an den Prüfaufbau werden vorwiegend durch die Messung zur Strom­belastbarkeit bestimmt und lassen sich in zwei Bereiche gliedern:

Prüfraum

Der Prüfraum soll aus vorwiegend nichtwärmereflektierenden Werkstoffen bestehen und den Prüfling von äußeren Luftbewegungen in der unmittelbaren Umgebung schützen. Bei Verwendung eines Deckels müssen Ventilationsöffnungen vorhanden sein, um den Anstieg der Umgebungstemperatur im Prüfraum zu minimieren.

Prüflingsmontage

Der Prüfling soll mittig mit mindestens 200 mm Abstand von den Wänden des Prüfrau­mes befestigt sein. Der Abstand zum Boden soll 50 mm und zum Deckel mindestens 150 mm betragen. Er ist freihängend oder mit einem wärmeisolierenden Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner 2 W/mK zu befestigen. Die maximale Auflagefläche beträgt 20%.

3.1.2 Prüfstandsaufbau

Die genannten Anforderungen, die Prüflingsmaße sowie die Möglichkeit, bis zu drei Prüf­linge parallel zu messen, bestimmen die Prüfstandsgröße. In Absprache mit dem Betrieb wurde ein rechteckiger Prüfraum mit einer Fläche von mindestens 800 mm x 600 mm und einer Höhe von mindestens 300 mm festgelegt. Zum zusätzlichen Schutz vor Luft­verwirbelungen ist ein Deckel vorgesehen.

Zur leichteren Prüflingsvorbereitung befindet sich in der Mitte des Prüfraumes ein her- rausnehmbarer Prüfeinsatz. So lassen sich die Prüflinge mit den nötigen Temperatur­sensoren am Arbeitsplatz des Prüfers vorbereiten und fixieren. Nach dem Einbringen in den Prüfstand ist lediglich das jeweilige Meßgerät per Stecker zu verbinden und die Stromversorgung herzustellen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1: Prüfraumskizze: Lage des Prüfeinsatzes im Prüfraum (Der Prüfeinsatz ist hellblau dargestellt.)

3.2 Elektrik

3.2.1 Anforderungen

Die Anforderungen für den elektrischen Aufbau sind in erster Linie durch die vom Her­steller oder durch Industrienormen vorgegebene Verdrahtung bestimmt. Der zu verwen­dende Querschnitt des Anschlussdrahtes bestimmt die Mindestdrahtlänge, die sich im Prüfraum befinden muss (siehe Tabelle 3.1). Diese Vorgabe dient dazu, dass die Wär­meableitung nach außen möglichst gering gehalten wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.1: Mindestlänge des Anschlussdrahtes

3.2.2 Elektrischer Prüfaufbau

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.2: Typische Messanordnung

Die Abbildung 3.2 stellt die typische Messanordnung für alle drei verwendeten Prüfun­gen mit einem Temperatursensor für die Umgebungstemperatur (tu) und einem für die Bauteiltemperatur (tb) dar. Nachfolgend werden kurz die verwendeten Geräte näher be­schrieben.

Stromversorgung

Als Konstantstromquelle dient ein SM 15 - 400 von der Firma Delta Elektronika. Mithilfe des USB-Moduls EXT der Firma Schulz Electronic lässt sich die Stromquelle über den USB Port des PCs steuern.

Die maximale Spannung beträgt 15 V und der maximale Strom 400 A.

[...]


[1] Temperaturstabilität ist erreicht, wenn die Temperaturerhöhung von drei aufeinander folgenden Mes­sungen im Intervall von 5 min kleiner als 2 K ist.

Ende der Leseprobe aus 45 Seiten

Details

Titel
Ein Prüfstand zur Temperaturmessung, Strombelastbarkeit und zum Stromimpulsverhalten mechatronischer Produkte
Untertitel
Aufbau und Programmierung
Hochschule
Hochschule Bochum
Veranstaltung
Mechatronik
Note
1,0
Autor
Jahr
2011
Seiten
45
Katalognummer
V174265
ISBN (eBook)
9783640946648
Dateigröße
67094 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Diplomarbeit, LabView, Mechatronik, Prüfstand, Konstruktion, Aufbau, Programmierung, halbautomatische Prüfung, Temperaturerhöhung, Strombelastbarkeit, Stromimpulsverhalten
Arbeit zitieren
Christian Wulfert (Autor), 2011, Ein Prüfstand zur Temperaturmessung, Strombelastbarkeit und zum Stromimpulsverhalten mechatronischer Produkte, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/174265

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