O+P Fluidtechnik 3/2019

PRÜFSTANDENTWICKLUNG
FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED
Typ Variable Bezeichnung Messbereich Messabweichung
Druck p Vorlauf
Raildruck Sensor, Fa. Delphi k.A. (OEM) k.A. (OEM)
p A
HBM P3MBP 0 – 5 000 bar < 0,3 %
p B
HBM P3ICP 0 – 3 000 bar < 0,2 %
p C
Hydac HDA 4700 0 – 600 bar < 0,5 %
Temperatur T Ein
Thermoelement Typ K -270 – 1 300 °C +/- 1,5 °C
T A
Thermoelement Typ T -40 – 350 °C +/- 1 °C
T B
Thermoelement Typ T -40 – 350 °C +/- 1 °C
T c
Thermoelement Typ T -40 – 350 °C +/- 1 °C
T Aus
Thermoelement Typ K -270 – 1 300 °C +/- 1,5 °C
T Außen,i
Blattthermoelement Typ K -270 – 1 300 °C +/- 1,5 °C
Massenstrom Wägezelle H10A-C3-0008 0 – 8 kg +/- 0,01 %
Tabelle 01: Sensorik im Mikrospaltprüfstand
11
12
Messstellen im Mikrospalt zur Erfassung des Drucks und
der Temperatur
Spaltkoordinate x
Finaler Mikrospaltprüfstand mit Sensorik
Zuleitung
Abfluss
zur Waage
und somit ist ein sicheres Verpressen der Beißkante in den
Grundkörper gewährleistet. Wenn Grund- und Gegenkörper mit
Führungsstiften vormontiert sind, wird die Einheit in die Servopresse
eingebaut, siehe Bild 10. Beim Pressvorgang werden spezielle
Montagevorrichtungen genutzt, welche die Montage der Schrauben
auch erlaubt, während Grund- und Gegenkörper in der Presse
verspannt sind.
Die Umsetzung der messtechnischen Erfassung der Drücke p ein
,
p A
, p B
und p C
und Temperatur T ein
, T A
, T B
, T C
und T aus
im Spalt sowie
der Volumenströme durch
den Spalt Q ein
und Q aus
ist in
Bild 11 abgebildet. Innerhalb
des Mikrospalts werden die
Messgrößen an drei Orten
aufgenommen. Dies ergibt
sich aus der Notwendigkeit,
dass die Messung das Experiment
in möglichst geringfügiger
Form beeinflusst. Hier
wird insbesondere der Tatsache
Rechnung getragen, dass
eine Anzahl an Sensoren größer
drei die Verformung des
gesamten Systems deutlich
beeinflusst und Anschlüsse
und Bohrungen in Spaltnähe
Fehlstellen im Material darstellen.
Die genaue Konfiguration ist in Tabelle 01 mit den verwendeten
Sensoren, ihrer Position und den Messbereichen sowie der vom
Hersteller genannten Messabweichung gelistet. An den jeweiligen
Messstellen sind Temperatursensoren (Grundkörper) und Drucksensoren
(Gegenkörper) an gegenüberliegenden Flächen kollinear
angeordnet, wie in Bild 11 dargestellt. Die in Tabelle 01 gelisteten
Blattthermoelemente dienen der Erfassung der Außentemperatur
des Mikrospaltprüfstands. Hierfür werden diese mit einem
wärmeleitenden Zweikomponentenklebstoff an der Oberfläche
befestigt. Der Volumenstrom wird indirekt über die bekannte
druck- und temperaturabhängige Dichte aus dem gemessenen
Massenstrom ermittelt.
Der Mikrospaltprüfstand mit sämtlicher Sensorik exklusive der
Waage zur Erfassung des Massenstroms ist in Bild 12 dargestellt.
Vor dem Hochdruckzulauf des Mikrospalts ist ein T-Stück angeordnet,
in welches ein Thermoelement zur Erfassung der Zulauftemperatur
eingebaut ist. Im und auf dem Grundkörper und dem
Gegenkörper sind die Sensoren zur Erfassung des Drucks und der
Temperatur an den Stellen A, B, C und der Oberfläche montiert. In
den Niederdruckausgang (Abfluss) ist ein Thermoelement zur
Erfassung der Ausgangstemperatur eingeschoben.
Vor der Inbetriebnahme des Mikrospalts werden die Sensoren
kalibriert. Die Temperatursensoren werden in einem temperierten
Bad mit einem kalibrierten Messfühler abgeglichen. Mittels eines
speziellen Prüfstands für Druckmessumformer wird ein Abgleich
der verwendeten Drucksensoren durchgeführt. Dieser zeigt, dass
die vom Hersteller gelieferten Kalibrierwerte korrekt sind.
7 INBETRIEBNAHME
Der in Bild 12 vorgestellte Mikrospaltprüfstand am Institut für
fluidtechnische Antriebe und Systeme ist in eine spezielle Peripherie
integriert. Diese stellt eine Druckversorgung für den Mikrospalt
dar. Der Schaltplan des Prüfstands mit Aggregaten ist in Bild 13
abgebildet. Mittels einer CR-Pumpe wird in einem Rail mit Druckbegrenzungsventil
(DBV) ein definierter Druck aufgebaut, welcher
den Eintrittsdruck in den, an das Rail angeschlossenen, Mikrospalt
darstellt. Die CR-Pumpe wird mit einer externen Schmierstoffpumpe
versorgt und saugt das zu verdichtende Fluid durch einen
Filter an. Als Schmiermittel wird dasselbe Medium verwendet, das
auch im Mikrospalt untersucht wird. Es handelt sich um ein Prüföl
für Dieseleinspritzprüfstände, das sog. SRS Calibration Fluid CV.
Im Rücklauf befinden sich verschiedene Kühler, die das durch den
Abdrosselvorgang im DBV erwärmte Fluid rückkühlen. Auf diese
Kühlung wird am Auslass des Mikrospalts verzichtet, da der Volumenstrom,
und damit der Enthalpiestrom, deutlich niedriger im
Verhältnis zum DBV-Rückstrom ausfällt.
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