DA010 - Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe

Inhaltsverzeichnis
FORMELZEICHEN UND KONSTANTEN......................................................................III
1 MOTIVATION UND ZIEL...........................................................................................4
2 TURBOLUFTSTRAHLTRIEBWERKE ...........................................................................5
2.1 Bauformen ..........................................................................................................5
2.2 Der Vergleichsprozess........................................................................................9
2.3 Das Triebwerk Larzac 04 C6 ............................................................................13
3 PRÜFSTÄNDE......................................................................................................18
3.1 Notwendigkeit ...................................................................................................18
3.2 Ausführungsformen ..........................................................................................18
3.3 Aufbau ..............................................................................................................23
4 AUSGANGSZUSTAND ...........................................................................................28
4.1 Hardwareaufbau des Feldprüfstandes..............................................................28
4.2 Softwareaufbau des Steuerungsprogramms ....................................................32
4.3 Probleme ..........................................................................................................32
4.4 Ziele..................................................................................................................33
5 LÖSUNGSFINDUNG ..............................................................................................34
5.1 Hardwareauswahl für das Realtimesystem.......................................................35
5.2 Visualisierungs-PC ...........................................................................................37
5.3 Datenspeicherung.............................................................................................37
5.4 Schnittstelle zum Feldprüfstand........................................................................38
6 REALISIERTES KONZEPT......................................................................................39
6.1 Hardwareaufbau ...............................................................................................39
6.2 Softwarekonzept...............................................................................................41
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ....................................................................55
8 LITERATUR .........................................................................................................56
9 ANHANG.............................................................................................................59
I

10 EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG............................................................................74
II

Formelzeichen und Konstanten
Formelzeichen und Konstanten
A Fläche
a Schallgeschwindigkeit
c spez. Wärmekapazität
cp spez. Isobare Wärmekapazität
cv spez. isochore Wärmekapazität
E Energie
Ekin kinetische
Epot potenzielle
F Kraft
g Erdbeschleunigung
H Enthalpie
Ho spez. Brennwert
Hu spez. Heizwert
h spez. Enthalpie
I Impuls
m Masse
P Leistung
p Druck
Q Wärmeenergie
q spez.
R individuelle Gaskonstante
Rm universelle Gaskonstante
S Entropie
s spez. Entropie
T thermodynamische Temperatur
t Zeit
U innere Energie
u spez. innere Energie
V Volumen
v spez. Volumen
W Arbeit
v Geschwindigkeit
κ Isentropenexponent
η th Thermischer Wirkungsgrad
η V Vortriebswirkungsgrsad
P V Vortriebsleistung
P s Schubleistung
F s Schubkraft
m& Massenstrom
π Druckverhältnis
III

1 Motivation und Ziel 4
1 Motivation und Ziel
Der Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe der Brandenburgischen
Technischen Universität Cottbus betreibt einen ausgemusterten Feldprüfstand der Bundeswehr
mit einem Triebwerk vom Typ LARZAC 04 C06. Dort werden Untersuchungen
zur Unterstützung bei der Messtechnikentwicklung sowie Grundlagenuntersuchungen
und Demonstrationen zu Lehrzwecken durchgeführt. Für interessierte Unternehmen
besteht die Möglichkeit, Prüfstandsstunden zu mieten. Vor allem während bestehender
Verpflichtungen gegenüber Dritten können ungewollte Stillstandszeiten der Anlage unangenehme
und kostspielige Folgen haben. Da die eingesetzte Technik aus den Jahren
1978 bis 1988 stammt, kommt es häufig zu unvorhergesehenen Problemen mit Baugruppen
der Spannungsversorgung, Messwertanpassung und der elektronischen Datenverarbeitung.
Des Weiteren erfordert das starre Programm des Prüfstandsrechners
ein manuelles Abfahren eines Messprogramms durch einen Bediener, wodurch die Reproduktion
von Messergebnissen erschwert wird. Defekte Netzteile und Messwandler
sind relativ einfach, billig und mit vertretbarem zeitlichem Horizont zu ersetzen. Bei Störungen
an der Datenerfassungsanlage entstehen durch die mittlerweile überholte Rechentechnik
große Kosten und lange Ausfallzeiten. Daraus ergibt sich der Wunsch nach
einer Erhöhung der Verfügbarkeit der Anlage und größerer Flexibilität der Software.
Diese Arbeit beschreibt den Weg zur Erfüllung dieser Ziele. Dabei wird auf verschiedene
Konzepte eingegangen sowie deren Vorteile und Schwächen diskutiert.

2 Turboluftstrahltriebwerke 5
2 Turboluftstrahltriebwerke
Luftatmende Turbostrahltriebwerke haben sich bis zum heutigen Zeitpunkt als der Antrieb
für zivile und militärische Fluggeräte durchgesetzt. Gerade auf dem wachsenden
Markt der zivilen Personenbeförderung über große Distanzen spielen sie ihre Vorzüge
aus. Es werden große Massen (bis 600t) über einen großen Geschwindigkeitsbereich
(0…ca. 700m/s) bei hoher Lebensdauer und hoher Zuverlässigkeit bewegt. Dabei werden
mittlerweile kleine Bauformen und ein niedriger Brennstoffverbrauch erreicht. Hier
soll ein Überblick über Ausführungsformen, Einsatz und Berechnung des Vergleichsprozesses
gegeben werden.
2.1 Bauformen
Turboluftstrahltriebwerke lassen sich nach Abbildung 2-1 grob in solche mit und ohne
Nachverbrennung unterteilen. Innerhalb dieser Gruppen unterscheidet man dann zwischen:
• Einfachen Strahltriebwerken (auch Turbo-Jet oder TL-Triebwerk)
• Zweikreistriebwerken (ZTL-, Bypass-, Turbofan-, Hochbypasstriebwerk)
• Wellentriebwerk (auch PTL-Triebwerk oder Turboprop).
Abb. 2-1: Einteilung von Turboluftstrahltriebwerken
Der zugrunde liegende Kreisprozess (offener Joule-Prozess) ist stets gleich, auch die
verwendeten Baugruppen (Verdichter, Turbine und Brennkammer) sind gleich. Im folgenden
soll der Aufbau sowie die Funktion der einfachen TL-,ZTL-, und PTL-Triebwerke
und deren Komponenten beschrieben werden. Auf eine Besprechung der Nachverbrennung
wird bewusst verzichtet, da sie als Sonderlösung mit schlechtem Wirkungsgrad
nur eine geringe Rolle, meist im militärischen Sektor, spielt.

2 Turboluftstrahltriebwerke 6
2.1.1 TL-Triebwerke
Der schematische Aufbau eines einfachen Strahltriebwerks ist in Abbildung 2-2 dargestellt.
Abb. 2-2: Aufbau und Bezugsebenen des einf. Strahltriebwerks, aus [12]
Entsprechend der Nummerierung der Bezugsebenen im oberen Teil des Bildes kann
das Triebwerk in folgende Komponenten unterteilt werden:
• Einlauf (∞ ..1)
• Verdichter (1..2)
• Diffusor (2..3)
• Brennkammer (3..4)
• Turbine (4..5)
• Düse (6..a)
Über den Einlauf wird dem Triebwerk der benötigte Luftmassenstrom zugeführt. Dies
soll mit möglichst geringen Verlusten erfolgen. Er garantiert eine gleichmäßige Verteilung
der Totalzustände und passt die Verhältnisse in der Kontrollebene 1 den jeweiligen
Zuströmbedingungen (abhängig von Geschwindigkeit) an.
Der Verdichter erhöht das Druckniveau mit möglichst großem Wirkungsgrad. Da er von
der Turbine angetrieben wird, müssen diese aufeinander abgestimmt sein.
Der Diffusor soll die Strömung auf die Brennkammereintrittsgeschwindigkeit verzögern,
und dabei einen möglichst hohen Druckrückgewinn erzielen.
In der Brennkammer wird der verdichteten Luft Wärme zugeführt. Dies geschieht durch
die Verbrennung eines Kraftstoffes, in der Regel Kerosin. Die Temperaturerhöhung
sollte gleichmäßig und mit hohen Ausbrandgrad erfolgen.
Der Turbine fällt die Aufgabe der Umwandlung eines Teils der kinetischen Energie des
heißen Gases in Energie zum Antrieb des Verdichters zu. Da hier hohe Temperaturen
(bis 2100K) auftreten, muß das Material der Schaufeln auf den Einsatz abgestimmt
sein, oder sogar gekühlt werden.
Um die im Abgasstrahl noch vorhandene Druckenergie (potentielle Energie) in kinetische
Energie umzuwandeln, wird der Turbine eine Düse nachgeschaltet.
Durch Aufteilung des Verdichters und der Turbine in verschiedene Druckbereiche
(Hochdruck / Niederdruck) entstanden Mehrwellentriebwerke. Derzeit sind Zwei- und

2 Turboluftstrahltriebwerke 7
Drei-Wellentriebwerke im Einsatz. Ein Beispiel für den Aufbau eines 2 Wellen-TL-
Triebwerkes zeigt Abbildung 2-3.
2.1.2 ZTL-Triebwerke
Abb. 2-3: Aufbau eines 2 Wellen-TL-Triebwerkes, aus [13]
Ausgehend von den TL-Triebwerken wurden durch hinzufügen eines zweiten Kreises,
der dem Abgasstrahl Energie zum Antrieb eines Verdichters für den Bypass-
Massenstrom entnimmt, die ZTL-Triebwerke entwickelt. In Abbildung 2-4 ist der schematische
Aufbau eines Zweikreistriebwerks dargestellt.
Abb. 2-4: Aufbau eines Zweikreistriebwerkes, nach [13]
Der Aufbau ähnelt dem aus Abbildung 2-3, es fällt jedoch ein zweiter (bypass-) Massenstrom
auf, der neben dem Abgasstrahl der Schuberzeugung dient. Diese Art wird als
Front- bzw. Aft-Fan gebaut. Es wurden Triebwerke mit Bypassverhältnissen von 1 bis
über 8 realisiert. Mit derart großen Bypässen nehmen diese Triebwerke eine Zwischenstellung
zwischen TL- und Turboprop-Treibwerken ein. Dies zeigt auch Abbildung 2-5
anhand des Wirkungsgrades in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit. Passagierflugzeuge
im Fernverkehr fliegen im hohen Unterschallbereich. Diesem Umstand und
dem in diesem Bereich relativ hohen Wirkungsgrad verdanken diese Triebwerke ihre
weite Verbreitung.

2 Turboluftstrahltriebwerke 8
2.1.3 Wellenleistungstriebwerke
Abb. 2-5: Wirkungsgrade von Triebwerken, aus [13]
Wie Abbildung 2-6 zeigt, bestehen Wellenleistungstriebwerke sozusagen aus einem TL-
Triebwerk (als Gasgenerator) mit einer nachgeschalteten freien Turbine (5..6) und einem
Getriebe (G). Um Wellenleistung entnehmen zu können, wird die Turbine mit einem
Leistungsüberschuß gegenüber dem Verdichter ausgelegt. Das Getriebe muß der
Drehzahl des Verbrauchers angepasst sein.
Abb. 2-6: Schema eines Wellenleistungstriebwerks, nach [12]

2 Turboluftstrahltriebwerke 9
Turboproptriebwerke nach Abbildung 2-7 erhält man, wenn noch Schub aus dem Abgas
bereit steht und die Welle einen Propeller antreibt.
2.2 Der Vergleichsprozess
Abb. 2-7: Aufbau eines Turbo-Proppeller-Triebwerkes, aus [13]
Als Vergleichsprozess wird der offene Joule-Prozess verwendet. Dabei wird von einem
idealen Gas als Arbeitsmedium ausgegangen. Ein Schaltschema für die technische
Umsetzung zeigt Abbildung 2-8. Die Zustandsänderungen sind in den Abbildungen 2-9
und 2-10 im T-s und p-v-Diagramm dargestellt. Die Funktion des Kühlers in Abbildung
2-8 übernimmt beim offenen Prozess die Umgebung, was bedeutet, es wird Abeitsmedium
(Luft) mit der Temperatur T1 angesaugt und mit der Temperatur T4 an die Umgebung
abgegeben.
Abb. 2-8: Schaltschema zur techn. Realisierung, nach [14]

2 Turboluftstrahltriebwerke 10
Abb. 2-9: T-s-Diagramm des Jouleprozesses, nach [14]
Abb. 2-10: p-v-Diagramm des Jouleprozesses, nach [14]
Die nur schematisch dargestellte Wärmezufuhr erfolgt im der Praxis durch Verbrennung
eines fossilen Energieträgers (bei Flugtriebwerken Kerosin) in einer Brennkammer.

2 Turboluftstrahltriebwerke 11
Die Zustandsänderungen sind festgelegt zu:
• 1 nach 2 : Isentrope Verdichtung
• 2 nach 3 : Isobare Wärmezufuhr
• 3 nach 4 : Isentrope Expansion
• 4 nach 1 : isobare Wärmeabfuhr.
Der thermische Wirkungsgrad ergibt sich für den idealen Prozess zu:
T ⎛ ⎞
1 p1
η = 1−
= 1−
⎜
⎟
T2
⎝ p2
⎠
⎛ κ −1
⎞
⎜ ⎟
⎝ κ ⎠
⎛ 1 ⎞
= 1−
⎜ ⎟
⎝ π ⎠
⎛ κ −1
⎞
⎜ ⎟
⎝ κ ⎠
th [Gl. 2-1]
Da die Nutzarbeit die Differenz der Turbinen- und Verdichterarbeit ist, ergibt sich nach
Umstellen, Ersetzen und Einführung des Durchsatzes, unter der Annahme:
T
T
3
4
T
=
T
2
1
= π
κ −1
κ
und für Luft und Rauchgas
κ −1
1,
4 −1
= = 0,
285
κ 1,
4
die Nutzleistung zu:
0,
285 ⎤ ( π − ) ⎥⎦
⎡ ⎛ 1 ⎞
= m ⋅ ⎢c
p ⋅T3
⋅⎜1
− ⎟ − c ⋅T1
1
0,
285
⎣ ⎝ π ⎠
P p
[Gl. 2-2]
[Gl. 2-3]
N & [Gl. 2-4]
Die nach Gleichung 2-4 berechnete theoretische Nutzleistung verringert sich für den
realen Prozess durch die Wirkungsgrade des Verdichters, der Brennkammer und der
Turbine (stets kleiner 1) und durch die Eigenschaften des realen Gases, die den Joule-
Prozess „verzerren“.
Die zur Verfügung stehende Nutzleistung kann an der Welle abgenommen werden.
Um Strahlleistung zu erhalten, wird die Turbine auf den Leistungsbedarf des Verdichters
abgestimmt und belässt Energie im Abgas, die dann durch eine Düse in kinetische
Energie umgewandelt werden kann.
Abbildung 2-11 zeigt den idealen Joule-Prozess für ein „fliegendes“ Strahltriebwerk.
Hier ist zu erkennen, dass Turbinen- und Verdichterarbeit gleichgesetzt wurden. Die
weitere Expansion des Arbeitsgases (von 4 nach 5) wandelt die restliche Enthalpie in
Strahlarbeit um.
Der Entstehung der Vortriebskraft liegt das Prinzip des Rückstoßantriebes zu Grunde.
Die Enthalpieerhöhung im Einlauf ist in der Zustandsänderung von 0 nach 2 dargestellt.

2 Turboluftstrahltriebwerke 12
Abb. 2-11: Jouleprozess des Strahltriebwerks, nach [6]
Unter Vernachlässigung der Brennstoffmasse kann eine einfache Schubformel angegeben
werden zu:
F s
( c − c )
= m&
⋅
[Gl. 2-5]
5
0
Die Schubleistung kann nach Formel 2-6 berechnet werden.
Ps s
0
( c5
− c0
) ⋅ c0
= F ⋅ c = m&
⋅
[Gl. 2-6]
Die Vortriebsleistung ergibt sich zu:
P V
m
= ⋅
2
&
2 2 [ ( c ) − ( c ) ]
5
0
Somit erhält man für den Vortriebswirkungsgrad:
2
η V =
c5
1+
c
0
[Gl. 2-7]
[Gl. 2-8]

2 Turboluftstrahltriebwerke 13
2.3 Das Triebwerk Larzac 04 C6
Das Larzac 04 ist ein Zweiwellen-Zweistromtriebwerk und wurde ab 1975 von der MTU
in Zusammenarbeit mit den beiden französischen Triebwerksherstellern Snecma und
Turbomeca sowie Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) produziert.
Eingesetzt werden jeweils 2 Larzac 04 im Alpha Jet. Bis zur Ausmusterung des Alpha
Jets bei der Deutschen Luftwaffe 1997 wurden Triebwerke für über 500 Kampfflugzeuge
gebaut. Derzeit fliegt der Alpha Jet zum Beispiel noch in Thailand.
Dieses Triebwerk verfügt über ein vollautomatisches Regelsystem und ist in Modulbauweise
gefertigt. Die Wartung wird zustandsabhängig ausgeführt.
2.3.1 Technische Daten
In Tabelle 2-1 sind die Daten für das Triebwerk Larzac 04 C6 zusammengestellt.
2.3.2 Mechanischer Aufbau
Maximaler Schub 14 kN
Luftdurchsatz 28,6 kg/s
Nebenstromverhältnis 1:1
Druckverhältnis 11,1:1
Turbineneintrittstemperatur 1430 K
Länge 2097 mm
Durchmesser 760 mm
Gewicht 320 kg
Spezifischer Verbrauch 0,7
Tabelle 5-1: Kennwerte des Larzac 04
Wie Abbildung 2-12 entnommen werden kann, handelt es sich um ein ZTL-Triebwerk.
Abb. 2-12: Aufbau des Larzac 04 C6, nach [15]

2 Turboluftstrahltriebwerke 14
Die Welle des Niederdruckkreises ist durch die hohle Welle des Hochdruckkreises hindurchgeführt.
Der Verdichter ist aufgeteilt in einen 2-stufigen Niederdruck- und einen 4stufigen
Hochdruckverdichter. Der Bypassmassenstrom wird vor dem Eintritt in den
Hochdruckverdichter abgezweigt. Die Turbine ist auch in Hoch- und Niederdruckteil
aufgeteilt. Es sind jeweils1-stufige Axialturbinen. Bei der Brennkammer handelt es sich
um eine 1-stufige Ringbrennkammer.
2.3.3 Messebenen und Messstellen
Abbildung 2-13 bis 2-15 zeigen die Messebenen und die wichtigsten Messstellen am
Triebwerk auf. Eine komplette Liste der Messstellen des Prüfstandes und derer Messbereiche
kann im Anhang eingesehen werden. In Tabelle 5-2 sind exemplarisch 10 analoge
Eingangskanäle aufgeführt.
Abb. 2-13: Messebenen (schematisch) am Larzac 04 , nach [15]
In Abbildung 2-13 ist die Nummerierung der Messebenen wie folgt zu verstehen:
0 - Umgebung 5 - HD-Turbineneintritt
1 - Lufteinlauf 6 - ND-Turbineneintritt
2 - Triebwerkeintritt 7 - ND-Turbinenaustritt
3F - ND-Verdichteraustritt 10F - Mantelstromdüsenaustritt
3P - HD-Verdichtereintritt 10P - Strahlrohraustritt.
4 - HD-Verdichteraustritt

2 Turboluftstrahltriebwerke 15
Abb. 2-14: Position der Messaufnehmer (von rechts) am Larzac 04, nach [15]
Abb. 2-15: : Position der Messaufnehmer (von links) am Larzac 04, nach [15]

2 Turboluftstrahltriebwerke 16
Lfd. Nr. Parameter Klartext Kurztext Meßbereich Einheit
1 α Soll Leistungshebel-Position LH 0 - 105 °
2 α Ist Stellmotor-Position LH-TWK 0 - 105 °
3 N1 RE ND-Drehzahl RE N1-RE 0 -110 %
4 N1 RA ND-Drehzahl RA N1-RA 0 -110 %
5 N1 Teststecker ND-Drehzahl Testplug N1-TES 0 -110 %
6 N2 RE HD-Drehzahl RE N2-RE 0 -110 %
7 N2 RA HD-Drehzahl RA N2-RA 0 -110 %
8 N2 Teststecker HD-Drehzahl Testplug N2-TES 0 -110 %
9 N2 Tachogenerator HD-Drehzahl Tacho N2-TG 0 -110 %
10 FMESS Mess-Schub F-MESS 0 - 1500 daN
Tabelle 5-2: Auszug aus der Messstellenliste
In Tabelle 5-3 wurden die Betriebsgrenzwerte zusammengetragen.
Parameter Betriebsbereich Grenzwert Zeit bzw.
Einstufung
tt7 Anlassen 900°C Spitzenwert
tt7 Beschleunigen 830°C Spitzenwert
tt5 Stabilisierte Volllast 1160°C Spitzenwert
n2 gesamter Betriebsbereich 104-106% 10s
n2 gesamter Betriebsbereich 106% Spitzenwert
n1 gesamter Betriebsbereich 104-106% 10s
n1 gesamter Betriebsbereich 106% Spitzenwert
pH ab Leerlauf >1,8 bar Minimum
tH Stabilisierte Drehzahlen

2 Turboluftstrahltriebwerke 17
X
Q
Q
p
⋅ HU ⋅1,
0155
Twk
= [Gl. 2-10]
Twk
t 4
Q ⋅
=
⋅HR
⋅ SD
5
( ρ + , 7 ⋅ ( tC − tC ) )
0 0 0 A
1000
[Gl. 2-11]
Tt = tt + 282,
15
[Gl. 2-12]
4
4
2
T = −0,
9236⋅Tt
+ 866,
47)
⋅ X + ( 1,
5056⋅Tt
− 258,
73)
⋅ X + 0,
5017⋅Tt
+ 334,
0135 [Gl. 2-13]
5
( 4
4
4
tt = T − 273,
15
[Gl. 2-14]
5
5

3 Prüfstände 18
3 Prüfstände
3.1 Notwendigkeit
Um eine einwandfreie Funktion von technischen Gegenständen wie zum Beispiel Triebwerken
oder Motoren zu gewährleisten, kommen Prüfstande in großem Umfang zum
Einsatz.
Abhängig von der Ausführungsform dienen sie der Validierung von Simulationen oder
Messwerten sowie der Verifizierung von Leistungsdaten.
Angesichts der Komplexität heutiger Maschinen ist ein Prüfstandslauf vor dem Einsatz
meist unumgänglich, vor allem wenn durch eine mangelhafte Funktion Menschenleben
gefährdet werden können. So muss zum Beispiel jedes neu produzierte oder überholte
Triebwerk sein Leistungsvermögen und seine sichere Funktion auf einem dafür zugelassenem
Prüfstand unter Beweis stellen, bevor eine Freigabe zum Flug erfolgen kann.
Aber auch zu Zwecken der Qualitätssicherung, zum Beispiel im Motorenbau werden
Prüfstände eingesetzt.
Auch wenn Geräte oder Materialien unter bestimmten Bedingungen ihre Funktion beweisen
sollen, zum Beispiel bei hohen Temperaturen, nutzt man Prüfstände zur kontrollierten
Erzeugung der geforderten Umweltbedingungen.
3.2 Ausführungsformen
Nach [4] und [5] kann eine Einteilung der Prüfstände vorgenommen werden nach:
• Funktion:
o Dauerlaufprüfstand
o Emissionsprüfstand / Abgasprüfstand
o Klimaprüfstand
o Prüfstände zur Qualitätssicherung in der Fertigung
o Schwingungsprüfstand / Festigkeitsprüfstand
o Höhenprüfstand
o Entwicklungsprüfstand
o MRO Prüfstand
o Leistungsprüfstand
o Homologationsprüfstand
o Multifunktionsprüfstand
• Prüfling:
o Motorenprüfstand
o Aggregateprüfstand
o Fahrzeugprüfstand / Rollenprüfstand
o Triebwerksprüfstand
• Aufstellungsort:
o Freifeldprüfstand
o Gebäudeprüfstand

3 Prüfstände 19
3.2.1 Dauerlaufprüfstand
Diese Art der Prüfstände wird eingesetzt, um beliebige Prüflinge auf ihr Verhalten im
andauernden Einsatz zu testen.
So werden zum Beispiel vorgegebene Zyklen durchfahren, die der Prüfling unbeschadet
überstehen muss, um eine Mindestlebensdauer angeben zu können.
Um eine Grenze für die Lebensdauer ermitteln zu können wird der Prüfling bis zum
Versagen betrieben.
Während des Laufs werden Messdaten aufgenommen, die nach der Auswertung Aussagen
über den Grund des Versagens und verschleißbedingte Parameteränderungen
zulassen.
Diese Art der Prüfstände ist meist sehr genau an den Prüfling angepasst, das heißt die
Anzahl und Art der Messwertaufnehmer, die Ausführung des Testbed, die Software zur
Langzeitaufnahme der Messdaten sowie Sicherheitseinrichtungen für den Betrieb ohne
Bediener sind auf diesen speziellen Prüfling und dessen Dauerlaufprüfung angepasst.
Als Prüfling kommen Motoren, Triebwerke, Glühlampen und vieles andere in Betracht.
3.2.2 Emissionsprüfstand
Emissions- bzw. Abgasprüfstände werden eingesetzt, um die Einhaltung der gesetzlichen
Bestimmungen zur Abgasemission zu prüfen und zu optimieren.
Dazu werden über den gesamten Betriebsbereich der zu prüfenden Anlage die Werte
für Luftmenge, COX, NOX, CXHY sowie O2 des Abgases bestimmt und auf Konformität
mit Vorgaben des Gesetzgebers und Erfüllung der Auslegungskriterien überprüft.
Diese Prüfstände können auch mobil ausgeführt sein und sind für nahezu jeden Prüfling
geeignet, der einen Energieträger verbrennt.
Um eine Aussage über die Emissionsentwicklung über den Lebenszyklus der Anlage zu
erhalten, kombiniert man Dauerlauf- und Emissionsprüfstände.
3.2.3 Klimaprüfstand
Auf bzw. in Klimaprüfständen wird das Verhalten des Prüflings unter verschiedenen
Umweltbedingungen analysiert.
Meist sind Temperatur, Feuchtigkeit und UV-Strahlung in beliebigem Verhältnis simulierbar.
So können umweltbedingte Veränderungen von Eigenschaften des Prüflings in relativ
kurzen Zeiträumen über den gesamten Lebenszyklus protokolliert werden.
Abhängig von Aufbau und Größe der Klimakammer können hier fast alle Geräte untersucht
werden.
Häufig werden neue Materialien auf Korrosion, Farbechtheit oder Versprödung geprüft.
Auch der Einfluss aggressiver Medien auf Materialeigenschaften wie Härte usw. kann
untersucht werden.

3 Prüfstände 20
3.2.4 Prüfstände zur Qualitätssicherung in der Fertigung
In modernen Fertigungen werden diese meist recht einfach gehaltenen Prüfanlagen
eingesetzt, um bestimmte Funktionseigenschaften von Einzelteilen vor der Freigabe zur
Montage oder Weiterbearbeitung ganzer Chargen zu überprüfen.
In den verschiedenen Produktionsanlagen werden zum Beispiel Eigenschaften wie
Form, Maßhaltigkeit, Zähigkeit, Funktion von Baugruppen und vieles andere überprüft,
um den Ausschussanteil am Endprodukt zu verringern.
3.2.5 Schwingungsprüfstand / Festigkeitsprüfstand
Ist eine Prüfung der mechanischen Festigkeit bei Vibration und anderen mechanischen
Belastungen erforderlich, so kommt ein Schwingungsprüfstand zum Einsatz.
Dazu wird der Prüfling mechanischen Belastungen und Schwingungen ausgesetzt, die
denen im Einsatzfall überlegen oder zumindest ähnlich sind. Durch diese Untersuchungen
wird gewährleistet, dass es im Einsatz nicht zum Versagen durch Schwingungsbrüche
kommt. Besonders für Verdichter- und Turbinenschaufeln in Triebwerken ist dies
eine sehr wichtige Prüfung. Durch gewonnene Ergebnisse kann auch der Materialeinsatz
optimiert und somit das Gewicht reduziert werden.
3.2.6 Höhenprüfstand
Diese Prüfstände dienen der Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Prüflings unter
vermindertem Umgebungsdruck, wie er in großen Höhen anzutreffen ist. Sie kommen
hauptsächlich bei Leistungsmessungen an Strahltriebwerken zum Einsatz.
3.2.7 Entwicklungsprüfstände
Entwicklungsprüfstände werden in der Forschung und Entwicklung eingesetzt, um Simulationsergebnisse
zu bestätigen, und somit neue Modelle zu etablieren und um vorherberechnete
Eigenschaften von Bauteilen (z.B. Verdichter) zu bestätigen. Sie sind
meist mit deutlich mehr Messkanälen ausgerüstet als andere Prüfstände. So sind mehrere
Tausend Kanäle keine Seltenheit. Oft werden auch erhöhte Anforderungen an die
Genauigkeit und die Aufzeichnungsgeschwindigkeit (0,1% ; mehrere kHz) gestellt. Die
Untersuchungsergebnisse geben Auskunft über Schwächen im Design und ermöglichen
somit eine Optimierung der entsprechenden Baugruppen. Aufgrund der hohen Kanalanzahl
und der hohen erreichbaren Datenraten sind diese Prüfstände recht flexibel einsetzbar.
3.2.8 MRO Prüfstand
MRO steht für den englischen Begriff Maintenance, Repair & Overhaul und bedeutet im
Deutschen Wartung, Reparatur und Überholung. Im Wesentlichen wird durch den Prüflauf
der Erfolg der durchgeführten Arbeiten kontrolliert. Dazu werden je nach Prüfling
bis zu mehrere hundert Parameter aufgenommen und ausgewertet. Unter anderem

3 Prüfstände 21
werden Dichtigkeitstests, Leistungsmessungen und Vibrationstests durchgeführt. Des
Weiteren wird die Einhaltung der vom Hersteller vorgegebenen Parameter unter standardisierten
Bedingungen nachgewiesen. Auch diese Prüfstande sind in ihrer Ausführung
auf spezielle Prüflinge zugeschnitten.
3.2.9 Leistungsprüfstand
Leistungsprüfstande werden benutzt, um die Leistungskennwerte einer Maschine zu
bestimmen. Dies sind unter anderem Leistung, Drehmoment oder Schubkraft. Dabei
kann es sich um Einzelkomponenten, wie zum Beispiel Motoren aber auch um komplexe
Maschinen, wie etwa komplette Kraftfahrzeuge handeln. Sie sind meist ortsfest und
auf die Prüflinge spezialisiert ausgeführt.
3.2.10 Homologationsprüfstände
Auf Homologationsprüfständen werden Tests zur Erlangung von Zulassungen durchgeführt.
Sie sind somit besonders für die Einführung neuer Produkte am Markt sehr wichtig.
Zertifikate nach Lloyd, FAA, DIN, ISO oder EN spielen eine immer wichtiger werdende
Rolle bei der weltweiten Vermarktung von Produkten aller Art und der Schaffung
vergleichbarer Standards.
3.2.11 Multifunktionsprüfstände
Diese Prüfstände sollen den Nachteil der Spezialisierung und somit beschränkter Einsetzbarkeit
der anderen Prüfstandstypen wettmachen. Dies wird erreicht durch hohe
Kanalanzahlen, hohe Datenraten, flexibel anwendbare Software, Standardschnittstellen,
hohe Anzahl verschiedener Messaufnehmer (Druck, Temperatur, COx, Drehmoment,
Leistung, Drehzahl, usw.), erweiterbare Systeme und an den Prüfling adaptierbare
Testbeds. Da man sich die universelle Verwendbarkeit (viele verschiene Tests, verschiedenste
Prüflinge, unterschiedliche Umweltbedingungen) mit sehr hohen Anschaffungskosten
erkaufen muss und viele Hersteller sowieso einer Spezialisierung auf bestimmte
Produkte unterliegen, kommt dieser Typ kaum zum Einsatz.
3.2.12 Motorenprüfstände
Für elektrische, hydraulische oder Verbrennungskraftmaschinen werden Kennlinien für
Drehmoment, Drehzahl oder Leistung aufgenommen. Auch die Einhaltung von Grenz-
und Sollwerten für Emission, Wirkungsgrad usw. wird nachgewiesen.
3.2.13 Aggregateprüfstand
Aggregateprüfstände dienen der Prüfung von Funktionseinheiten zur Energiewandlung,
wie zum Beispiel Bremsen, Getriebe, Pumpen, Düsen und vielen anderen.

3 Prüfstände 22
3.2.14 Fahrzeugprüfstand / Rollenprüfstand
Um das Gesamtsystem Kraftfahrzeug unter dem Fahrbetrieb ähnlichen Bedingungen zu
testen wurden Fahrzeug- bzw. Rollen-Prüfstände entwickelt. Das KFZ wird auf Rollen
aufgesetzt und Fahrzyklen simuliert, wobei die Gesamteigenschaften, also auch die
Verluste des Antriebstranges wie Getriebe, Antriebswelle und Lager, mit vermessen
werden. Auf einem Rollenprüfstand werden meist auch die Homologationsprüfungen
(Zulassungstests) inklusive Abgasmessungen durchgeführt.
3.2.15 Triebwerksprüfstand
Bei dem Prüflauf geht es im Wesentlichen darum, zum einen die mechanische Integrität,
in Form von Dichtigkeitstest und Vibrationstest, zum anderen im eigentlichen Leistungslauf
die erforderlichen Leistungsparameter, z.B. Schub zu demonstrieren. Dabei
werden viele verschiedene Parameter auf die von dem Triebwerkshersteller definierten
Vorgaben überprüft und auf standardisierte Bedingungen, unter anderem die so genannten
ISA-Konditionen korrigiert, um eine Vergleichbarkeit der Leistungsparameter
zu erhalten.
3.2.16 Freifeldprüfstand
Freifeldprüfstände dienen hauptsächlich der Untersuchung von Strahltriebwerken unter
Bedingungen, die auch am späteren Montageort (unter dem Flügel) herrschen. Dazu
wird es auf freiem Feld von einer speziellen Haltekonstruktion aufgenommen. Das
Triebwerk kann Luft frei ansaugen und den Schubstrahl ungehindert an die Umwelt abgeben.
Dies führt natürlich auch zu Geräuschentwicklungen wie beim Start eines Flugzeugs.
Wegen diesem Nachteil finden sich Freifeldprüfstände nur in sehr dünn besiedelten
Gebieten. Eine besondere Form dieses Typs stellt der Feldprüfstand der Bundeswehr
dar, er ist zusätzlich noch als mobiler Prüfstand ausgeführt. Das heißt, er ist in
wenigen Stunden in seine Komponenten zerlegbar und transportfertig sowie am Bestimmungsort
innerhalb kurzer Zeit wieder aufbaubar.
3.2.17 Gebäudeprüfstand
Diese Variante ist die am meisten verbreitete Form. Sie werden meist in Form eines
liegenden „U“ mit vertikaler Luftansaugung, horizontaler Triebwerkspositionierung und
vertikaler Umlenkung des Abgasstrahles um 90° in die Atmosphäre gebaut. Durch den
Einsatz von Schalldämpfern kann eine Lärmbelästigung weitgehend vermieden werden.
Jedoch hat die Gestaltung der Ansaugung und des Abgasmischrohres Einfluss auf die
gemessenen Parameter. Durch Vergleichstest mit Freifeldmessungen werden Daten
zur Korrektur gewonnen und durch die Software in die Ermittlung der standardisierten
Werte einbezogen.

3 Prüfstände 23
3.3 Aufbau
Der prinzipielle Aufbau von Prüfständen kann für alle Typen nach Abbildung 3-1
verallgemeinert werden.
3.3.1 Testbed
Abb. 3-1: schematische Darstellung eines Prüfstandsaufbaus
Unter Testbed wird hier eine mechanische Aufnahmevorrichtung für den Prüfling verstanden.
Bei Prüfungen an Strahltriebwerken ist dies das Schubmessgerüst, in welches
das Triebwerk appliziert wird. Meist handelt es sich um eine Konstruktion aus Stahl, die
mit dem Boden verschraubt ist und geeignete Aufnahmepunkte (Flansche, Schrauben,
etc.) zur Montage des Triebwerkes bietet. Aber auch der Einfluss der Gondelform und
des Bodens können nachgebildet bzw. vermessen werden.
3.3.2 Betriebsstoffversorgung
Um den Prüfling mit seinen Betriebsstoffen zu versorgen, ist zum Teil ein erheblicher
Aufwand nötig. Abhängig von der Art des Aggregates ist eine Versorgung mit Kraftstoff
(über Tankanlage, Pumpen und Schläuche), Luft (über Kanäle, Ventilatoren und Schalldämpfer),
Schmierstoffen (Öl, Ölpumpe), Kühlmittel (Wasser, Pumpen, Wärmetauscher)
und Strom (über Sicherungen, Transformatoren und Kabel) erforderlich. Bei einfachen
Motorenprüfständen ist der Aufwand für die Betriebsmittelversorgung zum Teil erheblich
aufwendiger als die dann relativ simpel gehaltene Messtechnik. Steuerbare Komponenten
der Betriebsstoffversorgung, wie zum Beispiel Pumpen oder Schütze, sind in Abbildung
3-1 den Aktuatoren zugeordnet.
3.3.3 Sensorik
Um die Betriebsdaten des Prüflings erfassen zu können, sind für die entsprechende
Messaufgabe geeignete Sensoren auszuwählen. Oft zu messende Größen sind Tempe-

3 Prüfstände 24
ratur, Druck, Durchfluss, Drehmoment, Leistung, Spannung und Strom. Es stehen eine
Vielzahl von Messwertaufnehmern und Herstellern zur Auswahl. Um eine gewisse
Kompatibilität zu erreichen, haben sich die Hersteller auf so genannte Normsignale geeinigt.
Beispiele für Normsignale sind 0 - 10V, 0 - 20mA, 0 - 5V, 2 - 10V, 4 - 20mA. Dazu
wird ein auf dem Sensor vermerkter Eingangsbereich (z.B. 0 - 1000°C) in den ebenfalls
angegebenen Ausgangsbereich (z.B. 4 - 20mA) umgewandelt. Daher werden die
Sensoren oft auch als Messumformer bezeichnet. Für Anwendungen, die eine Drahtbruchüberwachung
benötigen, wählt man Ausgangsbereiche mit einem von Null verschiedenen
Anfangswert (z.B. 2 - 10V oder 4 - 20mA). Des weiteren muss bei Auswahl
der Sensoren auf den zu erwartenden Messwert geachtet werden. Das heißt, der
Messbereich muss groß genug (Range) sein, um alle auftretenden Werte erfassen zu
können. Die Messwerte sollten im oberen Drittel des Bereichs liegen, um ausreichende
Genauigkeit zu erreichen. Auch der angegebene Messfehler beeinflusst das Ergebnis,
er ist entsprechend den Anforderungen zu wählen.
Als Sensoren nach Abbildung 3-1 gelten auch solche, die eine Schwellwert- oder schaltende
Funktion erfüllen (z.B. Öldruckschalter, Meldung Pumpe EIN).
Einige Sensoren werden über separate Anschlüsse mit der notwendigen Betriebsspannung
versorgt, andere über die Stromschleife am Ausgang des Sensors.
3.3.4 Aktuatoren
Als Aktuatoren nach Abbildung 3-1 sind sowohl analog als auch digital ansteuerbare
Stellglieder anzusehen. Analog ansteuerbar sind unter anderem Aktuatoren wie Drosselklappenstellung
am Verbrennungsmotor oder Leistungshebel am Triebwerk. Dazu
wird ein Eingangsnormsignal, meist 2 - 10V oder 4 - 20mA, in eine entsprechende mechanische
Ausgangsgröße, zum Beispiel Winkelstellung, umgewandelt. Zu den digital
ansteuerbaren Stellgliedern zählen hier auch Schütze, Pumpen, Kontrollleuchten und
viele mehr. Hier erfolgt eine Umsetzung der digitalen Befehle in entsprechende Funktionen,
so entspricht zum Beispiel der Befehl Pumpe EIN = 5V dem Betrieb der Pumpe.
3.3.5 Signalanpassung
Eine Anpassung der Signale der Sensorik ist immer dann notwendig, wenn deren Ausgangssignale
nicht mit den Eingangssignalen der nachgeschalteten Baugruppen übereinstimmen.
Da der Aufstellungsort des Testbed oft räumlich von den Räumlichkeiten
zur Versuchsdurchführung getrennt ist, müssen die Signale meist über größere Distanzen
(20 - 100m) übertragen werden. Um Beeinflussungen der Messwerte durch elektromagnetische
bzw. elektrische Felder (z.B. von Handys oder Frequenzumrichtern) zu
vermeiden, wählt man meist ein Stromsignal für den „langen“ Weg. Die meisten EDV-
Systeme arbeiten jedoch mit Spannungssignalen, wodurch eine Signalanpassung in
direkter Nähe zur EDV notwendig wird. Für sehr spezielle Sensoren (z.B. Vibration)
stehen oftmals nicht alle Normsignale als Ausgangsvariante zur Verfügung, weshalb
auch dann Messumformer zur Signalanpassung erforderlich werden. Häufig verwendet
werden solche, die einen Strom von 4 - 20mA in eine Spannung von 2 - 10V umsetzen.
Im einfachsten Fall genügt dazu ein Widerstand entsprechender Größe (500 Ohm),
ausreichender Genauigkeit und guter Temperaturstabilität. Für höhere Anforderungen
wird, je nach Anwendungsfall, ein Filter vorgeschaltet oder eine Potenzialtrennung integriert.

3 Prüfstände 25
3.3.6 Stromversorgungssystem
Das Stromversorgungssystem übernimmt die Versorgung der einzelnen Komponenten
mit ihrer Betriebsspannung. Dazu wird das am Hauptanschluss anliegende Netz entsprechend
den Anforderungen gepuffert, verteilt und umgeformt.
Die Pufferung wird meist durch eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), die
im allgemeinen aus Umformern und einem Batteriepack besteht, übernommen und ist
meist auf die EDV und die Messkette beschränkt. Der Grund dafür liegt im meist sehr
hohen Stromverbrauch der Betriebsmittelversorgung. Durch die Pufferung soll ein geordnetes
Herunterfahren sowohl des Prüflings als auch der EDV während eines Problems
mit dem Hauptanschluss der Stromversorgung gewährleistet werden. Derartige
Probleme treten oft während der Sommermonate, bei Gewittern oder bei Defekten an
Generatoranlagen auf.
Verteilt wird der Strom mittels Kabeln, Stromschienen und Sicherungen an alle
Verbraucher. Die Auslegung der Sicherungen sowie der Kabelquerschnitte hat dabei
nach den benötigten Leistungen der Verbraucher entsprechend den Vorgaben des VDE
und der DIN-Normen zu erfolgen.
Die meisten Verteilnetze für Elektroenergie sind als Wechselstromnetz ausgeführt, da
viele elektronische Geräte (z.B. Messumformer oder Sensoren) aber eine Gleichspannungsversorgung
erfordern, bilden so genannte Netzteile einen Hauptbestandteil des
Stromversorgungssystems. Sie formen die Eingangswechselspannung in eine Gleichspannung
um, die meist im Bereich um 24V (Triebwerk 28V) liegt.
Da eine Funktion der Komponenten nur bei entsprechender Versorgung mit Betriebsspannung
möglich ist, sollten hier hochwertige und somit zuverlässige Produkte zum
Einsatz kommen. Zur Erhöhung der Funktionssicherheit kommen auch redundant ausgeführte
Systeme zum Einsatz.
3.3.7 Sicherheitssystem
Auf die Ausführung des Sicherheitssystems ist besonderes Augenmerk zu legen, da es
Schaden an Mensch und Maschine verhindern soll. Dazu überwacht es ständig und
meist von der anfälligen EDV unabhängig den Betriebszustand des Prüflings (z.B.
Drehzahl, Temperatur u.a.), Umweltbedingungen (z.B. Feuer, CO2 Gehalt uvm.) und die
Betätigung von Sicherheitsschaltern (z.B. NOTAUS oder Schnellstop).
Im allgemeinen werden bei Auslösen des Sicherheitssystems dem Auslöser entsprechende
Aktionen durchgeführt. Dazu ist es notwendig, ein entsprechendes Regime zu
erstellen und umzusetzen. In diesem Regime werden jedem gefährlichen Zustand von
Anlage oder Umweltbedingungen bestimmte Aktionen zugeordnet. Als einfaches Beispiel
sei hier die Reaktion auf eine zu hohe CO2 Konzentration erwähnt, die je nach
Ausführung der Anlage wie folgt aussehen könnte. Zuerst wird eine optische und akustische
Warnung ausgegeben, dann folgt eine gewisse Wartezeit. Wenn die Wartezeit
ohne Reaktion des Bedieners abgelaufen ist, wird die Lüftung eingeschaltet und die
Verbrennung von Treibstoff gestoppt usw.
Das Sicherheitssystem ist nach Abbildung 3-1 in der Lage, alle Befehle der EDV bzw.
des Bedienpultes entsprechend der geforderten Sicherheitsmaßnahmen zu übersteuern,
d.h. es übernimmt zum Beispiel das automatische Herunterfahren des Prüflings auf
ein sicheres Niveau. Um auch Sicherheit bei Ausfällen einzelner Teilkomponenten zu
erlangen, ist beträchtlicher Aufwand nötig. Der Mensch ist immer Teil des Sicherheitssystems
und muss seine Überwachungspflichten sehr ernst nehmen. Grundsätzlich ist
die Sicherheit des Menschen immer über die des Prüflings zu stellen.

3 Prüfstände 26
3.3.8 Steuerpult
Das Steuerpult dient der Aufnahme der Bedienelemte zur manuellen Steuerung des
Prüflings (z.B. Leistungshebel) und dessen Peripherie (z.B. Schalter für Kraftstoffpumpe).
Heute wird eine Bedienung über die Maus bzw. Tastatur des EDV-systems bevorzugt.
Bei Ausfall der EDV ist diese dann aber wirkungslos, weshalb eine konventionelle
Handsteuerung auch heute noch ihre Berechtigung hat.
Um eine Notabschaltung gewährleisten zu können, sollte wenigstens ein mechanischer
Notausschalter vorhanden sein.
Ist eine Handsteuerung vorhanden, so ist eine Signalweiche und somit deren Ansteuerung
durch das Steuerpult (gemäß Abbildung 3-1) notwendig.
3.3.9 Signalweiche
Ihre Aufgabe besteht darin, die Eingänge der Signalanpassung der Aktuatoren in Abhängigkeit
von der Ansteuerung wahlweise auf die Ausgänge der EDV oder des Steuerpultes
zu schalten. Ist keine konventionelle Handsteuerung vorhanden, kann sie entfallen.
3.3.10 EDV unabhängiges Anzeigesystem
Sollte die EDV ausfallen oder ein Teil der Software abstürzen, so ist eine Anzeige des
aktuellen Betriebszustandes und somit dessen Überwachung nicht mehr gegeben.
Unter ungünstigen Bedingungen kann selbst das beste Sicherheitssystem versagen.
Dann obliegt es dem Bediener, entsprechend des Betriebszustandes einzugreifen. Um
diesen beurteilen zu können, werden die wichtigsten Parameter des Prüflings auf separaten,
EDV-unabhängigen Anzeigen dargestellt. Dies sind beim Triebwerk zum Beispiel
Drehzahlen und Temperaturen.
3.3.11 A/D Wandler
Ihre Aufgabe besteht darin, Strom- bzw. Spannungssignale in eine der EDV verständliche
Form zu wandeln. Nach Abbildung 3-1 zählen wir hier auch die digitalen Kanäle
dazu. Da in der EDV nur binär codierte Zeichen und Zahlen verarbeitet werden können,
erfolgt eine Wandlung von einem analogen Eingang mit einem Spannungswert von z.B.
10V, bei einem Messbereich von 0 bis 10V und einer Auflösung von 16 Bit, beispielsweise
in 1111111111111111 Binär oder 0V in 0000000000000000 Binär.
Für die digitalen Eingänge geschieht für einen Eingangsspannungsbereich von zum
Beispiel 0 bis 1V eine Wandlung in 0 Binär und für U > 1V in 1 Binär.
In dieser binären Darstellung ist es der EDV möglich, die Messwerte zu verarbeiten.
3.3.12 D/A Wandler
Stellt die Umkehrung des A/D Wandlers dar und ermöglicht es somit der EDV mit Ihrer
binären Darstellung, den Prüfstand zu steuern.

3 Prüfstände 27
3.3.13 EDV-System
Das EDV-System besteht in der Regel aus einem Rechner (CPU, RAM, Festspeicher,
Massenspeicher, Schnittstellen, Stromversorgung), einer Tastatur, einer Maus und Bildschirmen.
Es kommuniziert mit dem Prüfstand über Schnittstellen (z.B. Seriell, Parallel,
PCI, PXI, Ethernet uvm.), verarbeitet programmgesteuert die Messwerte, bringt diese
zur Anzeige auf dem Bildschirm und steuert die Aktuatoren zur „Bedienung“ des Prüflings
nach Vorgaben von Programm oder Benutzer. Zur Dokumentation der Prüfläufe
werden alle relevanten Daten während eines Prüflaufs auf Massenspeichern abgelegt
und somit für Online- bzw. Offline-Analysen verfügbar gemacht. Auf dem Bildschirm
werden dem Bediener Hinweise zur Bedienung sowie Warnungen und Fehlermeldungen
ausgegeben. Diese werden durch die Überwachung der Messwerte auf Über- bzw.
Unterschreiten von Grenzwerten generiert. Komplette Prüfläufe können in ein Steuerprogramm
eingearbeitet werden, um immer gleiche, vom Bediener unabhängige, Messbedingungen
zu erhalten. Den Darstellungen auf dem Bildschirm als Schnittstelle zwischen
Mensch und Maschine sollte viel Aufmerksamkeit geschenkt werden. Dadurch
kann eine einfache, intuitive Bedienung erreicht werden.

4 Ausgangszustand 28
4 Ausgangszustand
4.1 Hardwareaufbau des Feldprüfstandes
Der Aufbau des Feldprüfstandes lässt sich nach Abbildung 4-1 darstellen.
Abb. 4-1: schematische Darstellung des Feldprüfstandes
Da es sich um einen transportablen Prüfstand handelt, sind die Komponenten zu transportfähigen
Einheiten zusammengefasst.
Diese sind:
• Tankanlage (Tank1, Tank2 und Kraftstoffpumpe)
• Schubmessgerüst mit EAE
• Container (mit eingebauter EDV, Steuerpult, Stromversorgung)
• Anlassgerät (elektrisch oder mit OTTO-Motor)
• Einlauf und Düse
• Kabelsatz und Anlasser.
Als EDV-System kommt hier eine PDP 11 vom Hersteller DIGITAL, die ab ca. 1981 gebaut
wurden, zum Einsatz. Die A/D- und D/A-Wandlung übernimmt ein MIOS (Multiple
Input Output System) ebenfalls von DIGITAL. Die Funktionen der Signalanpassung
werden hier von den mit EAE (Elektronische-Anpass-Einheit) bezeichneten Komponenten
übernommen. Des weiteren ist der elektronische Rechner des Triebwerks mit an
den Prüfstand angeschlossen, dies dient seiner Überprüfung und Wartung.

4 Ausgangszustand 29
Den nötigen Strom zum Anlassen (28VDC, 1000A) liefert ein Anlassgenerator, der als
Leonhardsatz ausgeführt ist. Das MIOS-Trennfeld beinhaltet die Wandlung der Stromsignale
in für die MIOS verständliche Spannungssignale.
Der Ausrüstungsumfang ist in den folgenden Bildern dargestellt.
Abb. 4-2: Komponenten der Tankanlage (links: Tanks, rechts: Kraftstoffpumpe)
Abb. 4-3: Anlassgenerator (elektrisch)
Abb. 4-4: Meßcontainer

4 Ausgangszustand 30
Abb. 4-5: Schubmessgerüst (links: leer, rechts: mit Triebwerk)
Abb. 4-6: Blick auf die EAE (links: von außen, rechts: von innen)
Abb. 4-7: exemplarische Sensoren (links: Druck, rechts: Vibration)

4 Ausgangszustand 31
Abb. 4-8: Stromversorgung (links: USV, mitte: 28VDC, rechts: 24VDC)
Abb. 4-9: Stromverteiler (links: 28VDC, rechts: 400VAC)
Abb. 4-10: Elemente des Steuerpults (links: Rechnertest, rechts: Leistungshebel)
Abb. 4-11: links: unabhängige Anzeigen, rechts: PDP11

4 Ausgangszustand 32
4.2 Softwareaufbau des Steuerungsprogramms
Bei dem original zum Einsatz kommendem Betriebssystem RSX-11 handelt es sich um
ein Multitasking Echtzeitbetriebssystem. Das heißt, die Ausführungszeiten der einzelnen
Tasks sind deterministisch (vorhersagbar) bzw. festlegbar.
Das Programm hat im Prinzip zwei Hauptaufgaben:
1. Aufnahme, Skalierung und Überwachung der Messwerte
2. Bedienerführung nach GAF und Anzeige von Warnungen.
Um ein ausreichend schnelles Reagieren auf Fehler zu gewährleisten, wurde ursprünglich
die Zykluszeit auf 250ms festgelegt. Während dieser Zeit führt das Programm die
Aufgaben nach Abbildung 4-12 in sich wiederholenden Zyklen aus.
Abb. 4-12: schematische Darstellung der Funktion des Steuerprogramms
Dazu bedient es sich aus mehr als 300 verschiedenen Funktionen bzw. Tasks des Betriebssystems
sowie aus der Anwenderbibliothek des Programms.
Nach dem Auslesen der Binärwerte B aus der MIOS (12 bit, entspricht 0 - 4095) werden
diese nach:
M = a ⋅ B + b
[Gl. 4-1]
zum Messwert M linear skaliert. Die entsprechenden Koeffizienten der einzelnen Kanäle
sind im Anhang aufgeführt. Dann erfolgt eine Prüfung auf Bereichsüberschreitung und
gegebenenfalls die Ausgabe einer Warnmeldung. Gleiches geschieht auch mit den digitalen
Kanälen. Nun wird der Tastaturpuffer auf neue Befehle überprüft und diese, falls
vorhanden, ausgeführt. Am Ende des Zyklus werden die entsprechenden Ausgangsparameter
in die MIOS geschrieben. 250ms nach dem vorhergehenden Zyklusstart beginnt
der nächste Zyklus.
Weitere nicht näher dargestellte Aufgaben des Programms sind die Generierung der
entsprechenden Bildschirme, Bedienerführung nach GAF-TO sowie die Überwachung
der vom Bediener vorgenommenen Handlungen.
4.3 Probleme
Bedingt durch das hohe Alter der vorhandenen Technik (PDP 11 von ca. 1985 und
Netzteile und Messumformer von ca. 1978) kommt es zu spontanem Versagen einzelner
Komponenten. Mittlerweile sind nahezu alle Netzgeräte und die USV erneuert und

4 Ausgangszustand 33
somit relativ problemfrei. Die 3B-Module von Analog Devices bereiten kaum Schwierigkeiten
und sind noch lieferbar. Die größten Probleme tauchen auf, wenn Teile der PDP
11 oder der MIOS unvorhergesehen den Betrieb einstellen, denn dafür ist eine Ersatzteilbeschaffung
nicht nur äußert kostspielig, sondern auch recht zeitintensiv (lange Lieferzeiten).
So ist die FFT-Funktion zum Beispiel schon seit Jahren nicht nutzbar.
Ein weiteres Feld der Probleme stellt die Prüfstandssoftware dar. Die Speicherung auf
dem alten System bietet keine direkte Möglichkeit für den Datenaustausch mit aktuellen
Computersystemen. Eine umständliche Variante bietet die Verbindung über die RS232
Schnittstelle. Jedoch erschwert das veraltete Dateisystem sowie die nur in ungenügendem
Umfang stattfindende Datenspeicherung eine nachträgliche Auswertung der Versuchsdaten.
Auf dem alten System ist eine derartige Auswertung sowie eine dauernde
Speicherung auf Massenspeicher nicht vorgesehen. Auch ist die Software nicht geeignet,
selbst erstellte und gespeicherte Prüfläufe zu verarbeiten. Einer Anpassung der
vorhandenen Software stehen Lizenzrechtliche Probleme, das hohe Alter der verwendeten
Programmiersprache, fehlende Unterstützung aktueller Massenspeicher sowie
die Unübersichtlichkeit der mehr als 250 verschiedenen Tasks entgegen.
4.4 Ziele
Um die Funktionssicherheit der Anlage zu erhöhen und die Funktionalität zu steigern,
soll die PDP 11 und die MIOS durch aktuelle Hardware ersetzt werden. Des weiteren
muss ein geeignetes neues Betriebssystem sowie eine geeignete Entwicklungsumgebung
gefunden werden. Dann soll eine Software implementiert werden, die folgenden
Umfang abdeckt:
• Messwerterfassung
• Kalibrierung der Messkanäle
• Laden, Editieren und Speichern eines Versuchsprogramms
• Online Darstellung und Protokollierung der Messwerte
• Unterstützung beim Triebwerksstart
• Experimentelle FFT
• Messdatenspeicherung
• Beibehaltung der Echtzeitfähigkeit.

5 Lösungsfindung 34
5 Lösungsfindung
Um eine Unterstützung aktuell eingesetzter Massenspeicher, Drucker, Monitore und
anderer Hardware mit vertretbarem Aufwand zu realisieren, kommt nur der Einsatz eines
modernen Betriebssystems wie Windows XP oder Vista in Frage. Da zu Vista noch
keine ausreichenden Erfahrungen gemacht werden konnten, wird Windows XP gewählt.
Zur Erreichung von Echtzeitfunktionalität, die sowohl für die FFT als auch für eine zeitlich
vorhersagbare Reaktion auf Fehler nötig ist, sind mit einem Windows Frontend folgende
Varianten möglich:
1. Einsatz einer Echtzeiterweiterung für Windows
2. Aufteilung des Systems in einen Windows- und einen Echtzeitteil.
Da die Echtzeiterweiterung von Windows nur einen Kompromiss darstellt und nur eine
geringe Kostenersparnis erlaubt, wird das Prüfstandssystem in einen Visualisierungsteil
mit Windows XP Betriebsystem und einen Echtzeitteil aufgeteilt. Die Kopplung dieser
Teile geschieht mittels Ethernet. Als Protokoll wurde wegen der direkten Kopplung
zweier Teilnehmer, des einfachen Aufbaus und der hohen erreichbaren Datenrate, UDP
gewählt.
Vor der Beschaffung eines Echtzeitsystems war zu klären, welche Variante Erfolg versprechender
ist. Zur Auswahl standen:
1. PXI-System mit Labview Realtime (von National Instruments)
2. SPS (verschiedener Hersteller).
In Tabelle 5-1 sind die Vor- und Nachteile der 2 Varianten gegenüber gestellt.
PXI-System
mit Labview Realtime
SPS
Echtzeitfunktionalität ++ +++
Ethernetanbindung ++ +
freie Programmierung +++ +
Programmbibliotheken
verfügbar
++ +
FFT möglich ++ -
UDP +++ +
Geschwindigkeit ++ +
Erfahrungen am Lehrstuhl
vorhanden
+ -
Entwicklungsumgebung
vorhanden
+++ -
Tabelle 5-1: Vor- und Nachteile der verschiedenen Echtzeitvarianten
Es fällt auf, dass die Vorteile eindeutig auf der Seite des PXI-Systems mit Labview
Realtime liegen.
Der Realtimeteil, also das PXI-System, wird mit der Datenerfassung, Skalierung, Bereichsüberwachung
und der FFT betraut. Der über Ethernet angekoppelte PC soll die
Visualisierung und Speicherung der Messdaten übernehmen. Unter Windows XP ist
dann auch ein einfacher Zugriff auf Ressourcen wie Massenspeicher und Drucker mög-

5 Lösungsfindung 35
lich. Es stehen auch Komplettsysteme zum Beispiel von der Fa. Schenk, zur Verfügung,
die jedoch nicht die erforderliche Flexibilität in der Programmierung bieten.
Zur Umsetzung des unter Windows laufenden Programmteils ist eine Vielzahl von Entwicklungsumgebungen
zur verfügbar. Um die Auswahl zu erleichtern, wurde die Tabelle
5-2 mit exemplarischen Vertretern zusammengestellt.
C Labview 8 Visual Basic Matlab
UDP ++ ++ + +
virtuelle Instrumente - ++ - -
Geschwindigkeit ++ + + +
Erzeugung ausführbaren
Codes
++ ++ ++ -
Erfahrungen am Lehrstuhl
vorhanden
+ +++ ++ +
Entwicklungsumgebung + + - -
vorhanden
Programmbibliotheken
zum Messen, Steuern,
Regeln
+ +++ + +
Treiber für DAQ + +++ + -
Tabelle 5-2: Vor- und Nachteile der verschiedenen Entwicklungsumgebungen
Ausgehend von den gemachten Erfahrungen und Vorbetrachtungen nach Tabelle 5-1
und 5-2 kommt ein PXI-System mit Labview Realtime und ein Visualisierungs-PC mit
einem in Labview 8 geschriebenem Programm zum Einsatz.
5.1 Hardwareauswahl für das Realtimesystem
5.1.1 Auslegung der Datenerfassung
Als Grundlage für die Auslegung wurde aus den Unterlagen des bestehenden Systems
Tabelle 5-3 erarbeitet.
Kanalart Frequenz Anzahl
langsame Analogeingänge < 5Hz 40
schnelle Analogeingänge < 50kHz 2
Analogausgänge < 5Hz 1
Digitaleingänge - 24
Digitalausgänge - 6
Tabelle 5-3: notwendige Ein- und Ausgänge
Wie Erfahrungen zeigen, ist es von Vorteil, ein durchgängiges Konzept von der Hardware
bis zur Software zu wählen. Dies wird auch durch negative Testergebnisse beim
Einsatz von PXI-Karten von Drittanbietern bestätigt. Die Firma National Instruments bietet
jedoch eine große Auswahl an DAQ-Karten, wodurch eine Festlegung auf diesen
Hersteller keine Schwierigkeiten bereiten sollte.
Als Auswahlhilfe wurde eine Übersicht nach Tabelle 5-4 zusammengestellt.

5 Lösungsfindung 36
Beschreibung Stückpreis Preis für 40 Kanäle Preis für 40 Kanäle Preis für 40 Kanäle Preis für 40 Kanäle Beschreibung
NI PXI-6233, Iso (Volt: 16 AI, 2 AO; 30V: 6 DI, 4 Sinking DO) € 1,099.00 3297,00
NI PXI-6232, Iso (Volt: 16AI, 2 AO, 30V, 6 DI, 4 Sourcing DO) € 1,099.00 3297,00
NI PXI-6255 (80 Analog Inputs, 24 Digital I/O, 2 Analog Outputs) € 1,999.00 1999,00
NI PXI-6225 (80 AI, 24 DIO) € 1,199.00 1199,00
NI PXI-6284 (32 Analog Inputs, 48 Digital I/O) € 1,749.00 3498,00
NI PXI-6281 (16 AI, 24 DIO, 2 AO) € 1,649.00 4947,00
NI PXI-6280 (16 Analog Inputs, 24 Digital I/O) € 1,549.00 4647,00
NI PXI-6254 (32 AI, 48 DIO) € 1,199.00 2398,00
NI PXI-6220 (16 AI, 24 DIO) € 499.00 1497,00
NI PXI-6224 (32 Analog Inputs, 48 Digital I/O) € 699.00 1398,00
NI PXI-6250 (16 Analog Inputs, 24 Digital I/O) 1,25MS/s € 979.00 2937,00
Tabelle 5-4: Übersicht der PXI-DAQ-Karten (Analogeingänge)
Um die langsamen Analogeingänge erfassen zu können, wurde nach Tabelle 5-4 die
Karte PXI-6225 ausgewählt. Dies ist die günstigste Karte und sollte den Anforderungen
genügen. Zur Erfassung der schnellen Analogeingänge wurde die Karte PXI-6250 ausgewählt,
da hier eine Samplerate von bis zu 1,25 MS/s möglich ist.
Beschreibung Preis
NI PXI-6722 8-Channel Analog Output Board 879.00
NI PXI-6723 32 ch Analog Output Module 1,199.00
NI PXI-6733 with 8 16-Bit Waveform Analog Outputs 1,849.00
Tabelle 5-5: Übersicht der PXI-DAQ-Karten (Analogausgänge)
Für die Ausgabe des analogen Steuersignals der Schubhebelverstellung wurde eine
Karte vom Typ PXI-6723 ausgewählt. Obwohl von den verfügbaren 32 Kanälen nur einer
benötigt wird, scheint im Hinblick auf zukünftige Anwendungen eine Mehrausgabe
von ca. 300 Euro vertretbar.
Da die digitalen Kanäle abweichend vom Standard mit 28VDC arbeiten, kommen dafür
zwei Karten vom Typ PXI-6527 zum Einsatz.
5.1.2 PXI-Frame
Der PXI-Frame nimmt die DAQ-Karten und den Embedded PC auf und beinhalt deren
Stromversorgung. Um maximale Kompatibilität mit der Entwicklungsumgebung zu gewährleisten
wird auch hier den Produkten der Firma National Instruments der Vorzug
gegeben. Auf Grundlage der unter 5.1.1 ausgewählten DAQ-Karten (5 Stck. benötigen
5 Slots) und zur Gewährleistung der Möglichkeit der Erweiterung für zukünftige Aufgaben
wurde ein Frame vom Typ Ni PXI-1045 gewählt. Zusätzlich wurden Montagewinkel
für 19“- Schränke verwendet.

5 Lösungsfindung 37
5.1.3 Embedded PC
Da eine Abschätzung der für die FFT und den anderen Teil des Realtimeprogramms
benötigten Rechenpower nicht möglich war, wurde ein NI PXI-8196RT gewählt. Nach
Aussagen von National Instruments ist dies der schnellste verfügbare Rechner und wird
ausdrücklich für diesen Einsatz empfohlen. Er verfügt über das Realtimebetriebssystem
Labview 8 RT von National Instruments, Ethernetschnittstelle, Festplatte zur Speicherung
der Software, VGA-Anschluß und PXI-Bus zur Kopplung an die PXI-Karten. Weitere
Schnittstellen sind zur Kopplung von seriellen Geräten (COM, USB, PCI-Express)
vorhanden.
5.1.4 Benötigtes Zubehör
Zur Anbindung des PXI-Systems an die Prüfumgebung stehen diverse Kabel und Adapter
für Hutschienenmontage zur Verfügung. Eine Übersicht der benötigten Zubehörteile
ist in der folgenden Tabelle zu sehen.
5.2 Visualisierungs-PC
Anzahl Artikel Artikelnummer
3 SHC68-68 191945-01
1 SH68-C68S 186381-01
2 SH100100 182853-01
2 SCB-100 776990-01
4 CB-68LP 777145-01
Tabelle 5-6:Zubehör
Da der Echtzeitteil die zeitkritischen Aufgaben übernimmt, sollte ein handelsüblicher PC
mit aktueller Hardware durchaus im Stande sein, die ihm zugedachten Aufgaben in akzeptabler
Geschwindigkeit auszuführen. Die Netzwerkkarte sollte jedoch Gigabit-LAN
fähig sein. Um einen besseren Überblick über die große Anzahl an Messwerten zu ermöglichen,
sollte eine Grafikkarte mit Anschlussmöglichkeit für mehrere Monitore zum
Einsatz kommen. Die Größe der Festplatte, die der Messwertspeicherung dienen soll,
ist relativ unkritisch, da die anfallende Datenrate mit ca. 1 Mbit/s relativ gering ist. Somit
reicht 1Gbyte Festplattenspeicher für mindestens 8192 Sekunden (ca. 2,2 Stunden)
dauernder Aufzeichnung. Aus Gründen der Datensicherheit sollte der PC über eine
USV versorgt werden und über ein RAID System zum Schutz vor Festplattenausfall verfügen.
Da nur Standardkomponenten zum Einsatz kommen, ist die Ersatzteilsicherheit
gewährleistet, was für eine Erhöhung der Verfügbarkeit sorgt.
5.3 Datenspeicherung
Um die Daten der Prüfläufe für spätere Analysen abzuspeichern, muss ein Format gewählt
werden, das zu den Analysewerkzeugen kompatibel ist. Da die Labviewdatenfor-

5 Lösungsfindung 38
mate für fast alle anderen Programme unverständlich sind, fiel die die Wahl auf das
CSV-Format.
Dieses Format bietet folgende Vorteile:
1. Human readable (Klartext mit Tabulator als Trennzeichen)
2. kompatibel zu EXCEL
3. kompatibel zu WORD
4. Kompatibel zu vielen anderen Anwendungen.
Die manipulationssichere Speicherung von Kalibrier- und Konfigurationsdaten erfordert
einen besonderen Mechanismus. Dazu wird in der Datei eine Prüfsumme der enthaltenen
Daten abgelegt. Beim Laden der Datei überprüft die Software anhand der Prüfsumme
die Richtigkeit der Daten. Beim Auftreten eines Fehlers in der Prüfsumme wird
dann mit entsprechender Meldung abgebrochen. Dies ist nötig, um zum Beispiel einen
Schutz gegen versehentliches Ändern von Kalibrierkoeffizienten zu gewährleisten, welche
zu Schäden am Triebwerk führen könnten.
5.4 Schnittstelle zum Feldprüfstand
Es galt, die optimale Schnittstelle zum Feldprüfstand zu finden. Als Möglichkeiten kommen
die Kopplung an die alte EAE oder ein Neuaufbau der Signalanpassung zur Schaffung
einer neuen Schnittstelle in Betracht. Die beste Lösung stellt nach Bild 4-1 eine
Kopplung an die EAE im Container dar. Dort sind alle Messwerte als 4 – 20mA Signale
vorhanden und werden über Module von Phoenix Contact auf 2 – 10V umgesetzt.
Durch den Einsatz von Flachbandkabeln zwischen EAE und MIOS können deren Stecker
weiterverwendet werden. Bild 5-1 zeigt im oberen Teil die ankommenden Signalkabel,
darunter die Umformer und ganz unten die leeren Flachsteckkupplungen.
Abb. 5-4: Trennfeld zwischen MIOS und EAE
Anstatt der MIOS soll hier später das PXI-System angekoppelt werden. Um Vergleichsläufe
zwischen der neuen und der alten Technik zu ermöglichen, sollte ein einfaches
und schnelles „Umstecken“ zwischen beiden Varianten möglich sein. Da sich das
Trennfeld im Originalzustand schwerzugänglich hinter einem Schaltschrank befindet,
wurde es als Vorbereitung dieser Arbeit nach außen an den Prüfstandscontainer versetzt.

6 Realisiertes Konzept 39
6 Realisiertes Konzept
6.1 Hardwareaufbau
Der schematische Aufbau des realisierten Hardwareaufbaus ist in Abbildung 6-1 zu sehen.
Flachbandkabel
PXI / Flachbandadapter
Verschiedene
NI Systemkabel
National Instruments
PXI-System
mit Labview Realtime
Abb. 6-1: Übersicht des Systemaufbaus
Ethernetkabel
Visualisierungs
PC
Zusätzlich zu den unter 5 ausgewählten Komponenten kommt ein in ein 19“-Gehäuse
integrierter PXI/Flachbandadapter zum Einsatz. Er dient der Adaption der Stecker des
PXI-Systems an die Flachbandkabelanschlüsse des Prüfstandes. Der Aufbau ist aus
Abbildung 6-2 ersichtlich. Die interne Verdrahtung ist in Tabelle 6-1 auszugsweise dargestellt,
die komplette Tabelle ist im Anhang zu finden.
Abb. 6-2: Ansicht des PXI/Flachbandadapter
Abb. 6-3: Ansicht des zusammengestellten PXI-Systems

6 Realisiertes Konzept 40
Flachbandstecker PXI-System Flachbandstecker PXI-System
Name Pin Pin Karte Stecker Name Pin Pin Karte Stecker
ZSV 7 4 48 6527 / 1 1 ZSV 7 5 47 6527 / 1 1
ZSV 7 6 46 6527 / 1 1 ZSV 7 7 45 6527 / 1 1
ZSV 7 8 44 6527 / 1 1 ZSV 7 9 43 6527 / 1 1
ZSV 7 10 42 6527 / 1 1 ZSV 7 11 41 6527 / 1 1
ZSV 7 12 40 6527 / 1 1 ZSV 7 13 39 6527 / 1 1
ZSV 7 14 38 6527 / 1 1 ZSV 7 15 37 6527 / 1 1
ZSV 7 16 36 6527 / 1 1 ZSV 7 17 35 6527 / 1 1
ZSV 7 18 34 6527 / 1 1 ZSV 7 19 33 6527 / 1 1
ZSV 7 20 32 6527 / 1 1 ZSV 7 21 31 6527 / 1 1
ZSV 7 22 30 6527 / 1 1 ZSV 7 23 29 6527 / 1 1
ZSV 7 24 28 6527 / 1 1 ZSV 7 25 27 6527 / 1 1
ZSV 7 26 26 6527 / 1 1 ZSV 7 27 25 6527 / 1 1
ZSV 7 28 24 6527 / 1 1 ZSV 7 29 23 6527 / 1 1
ZSV 7 30 22 6527 / 1 1 ZSV 7 31 21 6527 / 1 1
ZSV 7 32 20 6527 / 1 1 ZSV 7 33 19 6527 / 1 1
ZSV 7 34 18 6527 / 1 1 ZSV 7 35 17 6527 / 1 1
ZSV 8 4 16 6527 / 1 1 ZSV 8 5 15 6527 / 1 1
ZSV 8 6 14 6527 / 1 1 ZSV 8 7 13 6527 / 1 1
ZSV 8 8 12 6527 / 1 1 ZSV 8 9 11 6527 / 1 1
ZSV 8 10 10 6527 / 1 1 ZSV 8 11 9 6527 / 1 1
ZSV 8 12 8 6527 / 1 1 ZSV 8 13 7 6527 / 1 1
ZSV 8 14 6 6527 / 1 1 ZSV 8 15 5 6527 / 1 1
ZSV 8 16 4 6527 / 1 1 ZSV 8 17 3 6527 / 1 1
ZSV 8 18 2 6527 / 1 1 ZSV 8 19 1 6527 / 1 1
ZSV 8 20 48 6527 / 2 1 ZSV 8 21 47 6527 / 2 1
ZSV 8 22 46 6527 / 2 1 ZSV 8 23 45 6527 / 2 1
ZSV 8 24 44 6527 / 2 1 ZSV 8 25 43 6527 / 2 1
ZSV 8 26 42 6527 / 2 1 ZSV 8 27 41 6527 / 2 1
ZSV 8 28 40 6527 / 2 1 ZSV 8 29 39 6527 / 2 1
ZSV 8 30 38 6527 / 2 1 ZSV 8 31 37 6527 / 2 1
Tabelle 6-1: Verdrahtung des PXI/Flachbandadapters (in Auszügen)
Abb. 6-4: PXI-System und Flachbandadapter zusammen (links von vorn, rechts von hinten)

6 Realisiertes Konzept 41
6.2 Softwarekonzept
Die Software wurde in zwei voneinander unabhängige Programme unterteilt. Das Visualisierungsprogramm
läuft auf einem PC unter WINXP ab und wird wie üblich gestartet
und beendet. Auf dem PXI-System beginnt die Ausführung des Startup-Programms automatisch
nach dem Zuschalten der Versorgungsspannung und endet mit dem Ausschalten.
Beide Programmteile kommunizieren via Ethernet. Das zugrunde liegende
Protokoll ist UDP. Die Programmteile werden einzeln beschrieben. Um eine übersichtliche
Darstellung zu ermöglichen, wurden SubVI’s (so werden in Labview Unterprogramme
bezeichnet) verwendet.
6.2.1 Realtimeprogramm
Die Aufgaben des auf dem PXI-System ablaufenden Programms sind:
• Kommunikation mit Visualisierungsrechner
• Messwerterfassung und Skalierung
• Überwachung von Grenzwerten
• Melden von Fehlern und Grenzwertverletzungen
• Berechnung der FFT
• Steuerung der Ausgänge.
Nachdem Start der Startup-Applikation (Realtimeprogramm) wird zunächst eine Initialisierung
der verwendeten Variablen durchgeführt und dann die Hauptschleife (Mainloop)
gestartet.
Abb. 6-5: Ablauf des PXI-Systemstarts
Der in Abbildung dargestellte Ablauf hat im Labview-Blockdiagramm das Aussehen
nach Abbildung 6-6. Mann erkennt die 3-stufige flache Sequenz und die Unterprogamme
INIT und MAINLOOP.
Abb. 6-6: Ablauf des PXI-Systemstarts als Labview-Blockdiagramm

6 Realisiertes Konzept 42
Der Inhalt des VI’s INIT.vi ist in Abbildung 6-7 dargestellt. Alle verwendeten Variablen
werden auf einen definierten Anfangswert gesetzt.
Abb. 6-7: Subvi INIT.vi
Zur Verbesserung der Übersicht wurden alle Variablen in einer so genannten globalen
Variablendatei abgelegt. Dadurch kann in jedem Unterprogramm komfortabel auf alle
Variablen zugegriffen werden. Der Inhalt der globalen Variablendatei des PXI-Systems
ist in Abbildung 6-8 dargestellt.
Abb. 6-8: Globale_PXI.vi

6 Realisiertes Konzept 43
Anhand der Darstellungen in den Abbildungen 6-6 bis 6-8 wird deutlich, dass die von
Labview verwendete grafische Darstellung des Programmablaufs für größere Einheiten
nicht geeignet ist. Es werden deshalb mit Microsoft VISIO erstellte Ablaufpläne zur Veranschaulichung
verwendet. Die Labview-Blockdiagramme sind im Anhang bzw. auf der
entsprechenden CD der Dokumentation zu finden.
Abb. 6-9: Aufbau des Mainloops in Version 1
Der Ablaufplan einer ersten Version des Realtimeprogramms ist in Abbildung 6-9 dargestellt.
Hier wurde noch mit einer Umschaltung in einen sicheren Modus (SAFE) gearbeitet,
der das Triebwerk bei Problemen schützen sollte. Bei Versuchen am Triebwerk
erwies es sich jedoch als unpraktikabel und überflüssig, diese Umschaltung automatisch
vorzunehmen. Gründe dafür sind:
• nur Zündung oder Anlasser sind über EDV abschaltbar
• beim Beschleunigen treten kurzzeitig Grenzwertverletzungen auf.
Der Aufbau der revidierten Variante des Mainloops ist in Abbildung 6-10 dargestellt.
Abb. 6-10: Aufbau des Mainloops in Version 2

6 Realisiertes Konzept 44
Der Mainloop besteht eigentlich aus zwei voneinander unabhängigen Tasks. Dies sind
der DAQ-Task im oberen Teil von Abbildung 6-10 und der Kommunikationstask im unteren
Teil.
Der DAQ-Task wird alle 250 ms ausgeführt und liest die Zustände an den Eingängen
ein, skaliert die Messwerte, überwacht die skalierten Werte auf Minimum und Maximum,
berechnet die FFT, gibt Warnungen (und den Status) aus, sendet die Messwerte an den
PC und setzt die Ausgänge entsprechend den empfangenen Daten.
Abb. 6-11: Aufbau des Mainloops in Version 2 als Blockdiagramm
Der Kommunikationstask liest die am UDP-Port anliegenden Daten aus und verteilt diese
in die entsprechenden globalen Variablen.
Die Subvi’s haben folgende Aufgaben:
• Init_network_write.vi � Initialisierung des UDP-Ports zum Senden
• Init_network_read.vi � Initialisierung des UDP-Ports zum Lesen

6 Realisiertes Konzept 45
• DAQ_in.vi � analoge Eingänge lesen, skalieren, FFT
• Grenzwerte_überwachen.vi � Überwachung der Messwerte
• DAQ_out.vi � Ausgänge schreiben
• PXI_DATA_to_string.vi � Daten für Übertragung formatieren
• Network_write.vi � Daten per UDP an PC senden
• Network_read.vi � Daten vom UDP-Port lesen und sortieren.
Zur Unterstützung beim Debugging wurde zusätzlich für die Zeit der Entwicklung eine
Funktion zur Generierung eines Statusscreens implementiert. Abbildung 6-12 zeigt einen
Screenshot, dabei bedeutet das X auf der linken Seite, dass der Task ausgeführt
wird. Dann folgen Abkürzungen für die Statusflags. Große Buchstaben stehen für TRUE
und kleine für FALSE. Daneben sind die aktuellen Zykluszeiten der zwei Tasks in Millisekunden
aufgeführt.
Abb. 6-12: Statusscreen des PXI-Systems
Die Flags haben folgende Bedeutung (bei TRUE):
• a gesetzt (KA) � Kalibrierkonstanten a[0] bis a[36] gesetzt
• b gesetzt (KB) � Kalibrierkonstanten b[0] bis b[36] gesetzt
• GWMA gesetzt (MA) � Grenzwerte Maximum GWMA[0] bis GWMA[36] gesetzt
• GWMI gesetzt (MI) � Grenzwerte Minimum GWMI[0] bis GWMI[36] gesetzt
• Systemfehler (SY) � Fehler bei der Datenumformatierung
• I/O Fehler (IO) � Fehler in der DAQ-Hardware
• Netzwerkfehler (N) � Netzwerkfehler (Kabel, Switch, etc.)
• GW Fehler (GW) � Grenzwertverletzung
• Connected (C) � Verbindung aufgebaut
• Timed out (T)� Überschreitung des Netzwerktimeouts.
Die aufgenommenen Daten werden in den Typ Single umgewandelt (4 Byte je Zahl),
wodurch sich eine UDP-Paketlänge von weniger als 2^16 Byte ergibt (maximal also ca.
15000 Messwerte je Paket), die durch den Protokollaufbau beschränkt ist.

6 Realisiertes Konzept 46
Das Subvi Network_read.vi unterscheidet folgende Datenpakete:
• INIT � Neuinitialisierung der Variablen
• DAQO � Daten für die Ausgabe mittels DAQ
• GWMI � Grenzwertdaten Minimum für die 36 Kanäle
• GWMA � Grenzwertdaten Maximum für die 36 Kanäle
• KALA � Kalibrierkonstante a für die 36 Kanäle
• KALB � Kalibrierkonstante b für die 36 Kanäle.
Die Art des Paketes wird durch den 4 Byte langen Code zu Begin eines jeden Paketes
festgelegt. Entsprechend der Codierung werden die Daten in die dafür vorgesehenen
globalen Variablen geschrieben.
Die Messdaten werden in einem mit dem Code PXI beginnendem Datenpaket an den
PC versandt.
6.2.2 Visualisierungsprogramm
Das Visualisierungsprogramm wurde als zustandsgesteuerte Maschine (Satemachine)
entworfen. Das bedeutet, das Programm verharrt in einem festen Zustand bis ein bestimmtes
Ereignis eintritt. Dadurch kann jedem Zustand auf einfache Art und Weise ein
entsprechender Bildschirminhalt zugeordnet werden. Die Abbildungen 6-13 bis 6-20
zeigen die verschiedenen Bildschirme.
Abb. 6-13: Willkommen-Bildschirm
Nach Bestätigung auf dem Willkommenbildschirm wird nach dem PXI-System gesucht
(Bildschirm nach Abbildung 6-14), dazu werden zufällige Daten gesendet und auf eine
Antwort gewartet. Stimmen die empfangenen Daten mit den gesendeten überein, kann
vom Vorhandensein eines funktionstüchtigen PXI-Systems ausgegangen werden. Sollte
die Suche mit einem Fehler beendet werden, so wird der Bildschirm nach Abbildung 6-
15 angezeigt.

6 Realisiertes Konzept 47
Abb. 6-14: Bildschirm verbinde mit PXI
Abb. 6-15: Bildschirm PXI-Fehler
Nach erfolgreicher Suche des PXI-Controllers wird im darauf folgenden Bildschirm, siehe
Abbildung 6-16, zur Eingabe der notwendigen Parameter aufgefordert.
Abb. 6-16: Bildschirm Parametereingabe

6 Realisiertes Konzept 48
Nach Betätigung der Schaltfläche „Weiter“ wird der Kalibrierbildschirm angezeigt. Hier
können die einzelnen Messkanäle kalibriert werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit,
Kalibrierdaten zu laden oder zu speichern. Der Aufbau des Bildschirms ist aus Abbildung
6-17 ersichtlich.
Abb. 6-17: Bildschirm Kalibrierung
Bei Neukalibrierung eines Kanals werden Sollwerte für die einzustellenden Eingangsgrößen
ausgegeben. Dies geschieht in Stufen von 0, 25, 50, 75 und 100% des Messbereichsendwertes.
Nach erfolgter Aufnahme der den Prozentstufen entsprechenden
Spannung werden die Kalibrierkoeffizienten a und b berechnet. Die errechnete Approximation
wird anschließend mit den Sollwerten verglichen und die Differenz in Prozent
vom Messbereichsendwert angezeigt. Mit „Weiter“ gelangt man auf den Grenzwertbildschirm
nach Abbildung 6-19. Dort können für jeden Kanal getrennt Grenzen für ein Über-
bzw. Unterschreiten festgelegt werden. Die Verletzung eines Grenzwertes wird
durch ein Meldungsfenster angezeigt. Die Meldung, siehe Abbildung 6-18, muß bestätigt
werden.
Abb. 6-19: Bildschirmmeldung Grenzwertverletzung

6 Realisiertes Konzept 49
Abb. 6-19: Bildschirm Grenzwerte
Durch Bestätigung der Grenzwerte mit einem Klick auf „Weiter“ gelangt man auf den
Hauptbildschirm nach Abbildung 6-20. Dieser ist in folgende 4 Bereiche aufgeteilt:
1. Status des Messsystems
2. Programmsteuerung
3. automatischer Lauf
4. Bereich für die Ausgaben des jeweiligen Programmabschnittes.
Im Bereich 1 werden die internen Zustände des PXI-Systems durch an LED’s angelehnte
Anzeigeelemente dargestellt. Dabei steht die Farbe Grün für normale (gute) Zustände
und die Farbe Rot für Fehler. Mit den Buttons des Bereichs 2 wird der Inhalt des Bereiches
4 gesteuert. „Detail“ blendet einen Bildschirm ein, der es ermöglicht, die Messsignale
genauer zu untersuchen. Dazu werden für zwei frei wählbare Kanäle Signalverlaufsdiagramme
dargestellt. Durch Verändern der Skalierung der y-Achse (Zahlen anklicken)
kann sogar das Quantisierungsrauschen der A/D-Wandler sichtbar gemacht
werden. Der Bildschirm FFT stellt das Leistungsdichtespektrum der Vibrationssignale im
Bereich 0 bis 25kHz mit einer Auflösung von 5Hz dar. Auch hier kann durch Ändern der
Skalierung der x-Achse eine genauere Untersuchung erfolgen. Auf dem Bildschirm „Optionen“
können Einstellungen vorgenommen werden. Der Bildschirm „Übersicht“ zeigt
eine Zusammenfassung aller Kanäle. Der Farbbalken hinter der Anzeige wurde integriert,
um eine schnelle visuelle Beurteilung zu ermöglichen. Der gelbe Bereich signali-

6 Realisiertes Konzept 50
siert ein Unterschreiten, der rote ein Überschreiten eines Grenzwertes. Implementierte
Bildschirminhalte für den Bereich 4 sind im Anhang zu finden.
3
1
Abb. 6-20: Aufbau des Hauptbildschirmes (im Bereich 4 ist die Übersicht der Messwerte eingeblendet)
Durch Betätigen von „Editieren“ im Bereich 3 kann ein Bildschirm zum Editieren des
Automatischen Prüflaufs aufgerufen werden. Außerdem kann die Speicherung der
Messdaten aktiviert werden und der Schubhebel von Handsteuerung auf Automatikbetrieb
(nach autom. Prüflauf) umgeschaltet werden. Über die Schaltflächen „TWK starten“
bzw. „TWK Stopp“ wird ein an die GAF-TO angelehnter Dialogprozess gestartet,
der den Bediener beim Anlassen bzw. Abstellen des Triebwerkes unterstützt. Dazu
werden Anweisungen in einem Meldungsfenster nach Abbildung 6-21 ausgegeben.
Abb. 6-21: Anweisungsfenster beim Anlassen
Durch Betätigen der Schaltfläche „beenden“ wird das Programm beendet.
2
4

6 Realisiertes Konzept 51
Der Zustandsgraph der Statemachine ist in Abbildung 6-23 dargestellt. Er steuert die
mit Bildschirm und Bildschirm2 bezeichneten Anzeigeelemente sowie die Ausführung
der Unterprogramme:
• Load_kalli.vi, Load_gw.vi, Load_prog.vi zum Laden abgespeicherter Daten
• Kalli.vi zum Kalibrieren eines Kanals
• Save_kalli.vi, Save_gw.vi, Save_prog.vi zum Speichern eingegebener Daten
• Kommunikation.vi zum Datenaustausch mit dem PXI-System
• TWK_start.vi zum Anlassen des Triebwerks
• TWK_stopp.vi zum Abschalten ds Triebwerks
• Meldung.vi zur Anzeige von Fehlern und Grenzwertverletzungen.
Die Daten werden wieder in einer globalen Variablendatei abgelegt, diese heißt Global_pc.vi.
Die Aktivierung der Unterprogramme erfolgt durch Setzen einer Variable der
Form Unterprogrammname.start auf den Wert TRUE. Nach Abarbeitung des Unterprogramms
setzt diese die Variable wieder auf FALSE und verhindert somit eine wiederholte
Ausführung.
Abb. 6-22: Hauptprogramm auf dem PC mit zyklischen Aufruf der Statemachine

6 Realisiertes Konzept 52
Abb. 6-23: Zustandsgraph der Statemachine

6 Realisiertes Konzept 53
Abb. 6-24: Umsetzung des Zustandsgraphen durch eine Case-Struktur
Die Abbildungen 6-22 bis 6-24 zeigen den prinzipiellen Aufbau des Programms. Detailierte
Informationen können nur aus den auf einer CD beiliegenden Blockdiagrammen
gewonnen werden, auf deren Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet
werden muss. Dazu findet sich im Anhang eine Auflistung der verwendeten Unterprogramme
mit einer kurzen Beschreibung der Funktion.
Die Speicherung der Messdaten erfolgt im CSV-Format, d.h. die Messwerte sind als
Klartext (ASCII) gespeichert. Als Trennzeichen wird der Tabulator verwendet. Das Zeilenende
ist wie üblich mit CRLF markiert. Aus Abbildung 6-25 ist der Aufbau ersichtlich.
Abb. 6-25: Messdaten importiert in MS-Excel

6 Realisiertes Konzept 54
Im Excel ist es möglich, Offline-Analysen durchzuführen. So wurde zum Beispiel die
Schub-/Drehzahl-Kurve in Abbildung 6-26 aus Messwerten eines Probelaufes generiert.
F-mess in daN
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0 20 40 60 80 100 120
N1 in %
Abb. 6-26: Mit MS-Excel erstellte Standschubkurve
Da alle vorhandenen Messwerte abgespeichert werden, können beliebige Kombinationen
von Messwerten untersucht werden. Auf Grundlage der gewonnenen Daten könnte
zum Beispiel ein virtuelles Triebwerk zur Einsparung von Kerosin (z.B. bei Praktika’s)
entwickelt werden.

7 Zusammenfassung 55
7 Zusammenfassung und Ausblick
Die Erprobung des Systems hat die Erwartungen bestätigt. Sowohl die Datenerfassung,
Datenspeicherung als auch die FFT funktionieren zur vollsten Zufriedenheit. Bei der
Funktion des automatischen Prüflaufes wurden Mängel im Steuerverfahren aufgedeckt.
Mit Kenntnis dieser Mängel kann nun eine Rampenfunktion mit einstellbarer Steigung
zum langsamen Beschleunigen auf die vorgegebenen Sollwerte implementiert werden.
Dies wurde nötig, da beim schnellen Beschleunigen starke Vibrationen auftreten. Für
eine noch flexiblere Nutzung sollten die Sollwerte im Prüfprogramm für verschiedene
Parameter (z.B. N2) wählbar sein und über einen auf den Schubhebel wirkenden Regler
direkt angefahren werden können.
Da nun eine FFT zur Verfügung steht, sollte es möglich sein, die Ursachen der erhöhten
Vibrationen zu erforschen. Durch die moderne Technik zur Datenerfassung und Speicherung
ist nun auch die Möglichkeit gegeben, Forschungsvorhaben am Triebwerk zu
verwirklichen.

8 Literatur 56
8 Literatur
[1] Boyce, M.P.
„Gasturbinen Handbuch“
Springer Verlag
Berlin Heidelberg, 1999
[2] Dietzel, F.
„Gasturbinen kurz und bündig Industrielle Gasturbinen-Anlagen
Strahltriebwerke für den Flugbetrieb “
Kamprath-Reihe kurz und bündig Technik
Vogel-Verlag
Würzburg, 1974
[3] Wikimedia Foundation Inc.
„PDP-11”
http://de.wikipedia.org/wiki/PDP-11
23.06.2007
[4] Wikimedia Foundation Inc.
„Teststand Strahltriebwerk“
http://de.wikipedia.org/wiki/Teststand_Strahltriebwerk
23.06.2007
[5] Wikimedia Foundation Inc.
„Prüfstand“
http://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%BCfstand
23.06.2007
[6] Wikimedia Foundation Inc.
„Strahltriebwerk“
http://de.wikipedia.org/wiki/Strahltriebwerk
23.06.2007

8 Literatur 57
[7] MTU Aero Engines
„LARZAC 04“
http://www.mtu.de/de/geschaeftsbereiche/militaer/programme/larzac/index.html
23.06.2007
[8] EQUIcon Software GmbH Jena
„CHARON-11“
http://www.pdp11.de/deutsch/index_d.htm
23.06.2007
[9] TU Berlin
„LARZAC 04 Teststand“
http://www2.tu-
berlin.de/fst/de/service/ausstattung/versuchsfelder/aerodynamik/ilr_larzac.htm
23.06.2007
[10] WWW.Flugzeuginfo.net
„Alpha Jet“
http://www.flugzeuginfo.net/acdata_php/acdata_alphajet_dt.php
23.06.2007
[11] Wikimedia Foundation Inc.
„Alpha-Jet“
http://de.wikipedia.org/wiki/Alpha-Jet
23.06.2007
[12] Dietmar K. Hennecke, Karl Wörrlein
„Flugantriebe und Gasturbinen” Vorlesungsscript
TU Darmstadt / GFA
2000 / 2001

8 Literatur 58
[13] Hünecke K.
„Flugtriebwerke – Ihre Funktion und Anwendung”
Motorbuch Verlag
Stuttgart, 1987
[14] Wikimedia Foundation Inc.
„Joule-Kreisprozess”
http://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Prozess
23.06.2007
[15] „GAF T.O. 2J-LARZAC-12-1 Technisches Handbuch Prüflauf Larzac 04”
Materialamt der Luftwaffe
Bundesrepublik Deutschland, 1989
[16] „GAF T.O. 2J-LARZAC-12-1 Handbuch Bedienung TWK-Prüfstand Larzac 04”
Materialamt der Luftwaffe
Bundesrepublik Deutschland, 1988
[17] „Elektrische Schaltpläne TWK-Prüfstand Larzac 04”
MBB Marine- und Sondertechnik
Bremen, 1988
[18] National Instruments
http://www.ni.com
23.06.2007

9 Anhang 59
9 Anhang
A 1 Analoge Eingänge – Messbereiche ..................................................................60
A 2 Analoge Ausgänge ...........................................................................................61
A 3 Digitale Eingänge..............................................................................................61
A 4 Digitale Ausgänge.............................................................................................61
A 5 Kalibrierdaten des alten Prüfstandes................................................................62
A 6 Steckerbelegung PXI-6527...............................................................................63
A 7 Steckerbelegung PXI-6250...............................................................................64
A 8 Steckerbelegung PXI-6723...............................................................................64
A 9 Steckerbelegung PXI-6225...............................................................................65
A 10 Verdrahtung der digitalen Kanäle des Flachband-/PXI-Adapters .....................66
A 11 Verdrahtung der analogen Kanäle des Flachband-/PXI-Adapters ....................67
A 12 Bereich 4: Bildschirm Detail..............................................................................68
A 13 Bereich 4: Bildschirm Optionen ........................................................................68
A 14 Bereich 4: Bildschirm FFT ................................................................................69
A 15 Bereich 4: Editieren des Prüfprogramms..........................................................70
A 16 Screenshot des erfolgreichen Tests .................................................................71
A 17 Notwendige Software auf dem PXI-System......................................................71
A 18 Projektverzeichnis.............................................................................................72
A 19 Fotos des neu eingerichteten Prüfstands .........................................................73

9 Anhang 60
A 1 Analoge Eingänge – Messbereiche
Lfd. Nr. Parameter Klartext Kurztext Meßbereich Einheit
1 α Soll Leistungshebel-Position LH 0 - 105 °
2 α Ist Stellmotor-Position LH-TWK 0 - 105 °
3 N1 RE ND-Drehzahl RE N1-RE 0 -110 %
4 N1 RA ND-Drehzahl RA N1-RA 0 -110 %
5 N1 Teststecker ND-Drehzahl Testplug N1-TES 0 -110 %
6 N2 RE HD-Drehzahl RE N2-RE 0 -110 %
7 N2 RA HD-Drehzahl RA N2-RA 0 -110 %
8 N2 Teststecker HD-Drehzahl Testplug N2-TES 0 -110 %
9 N2 Tachogenerator HD-Drehzahl Tacho N2-TG 0 -110 %
10 FMESS Mess-Schub F-MESS 0 - 1500 daN
11 FEICH Eich-Schub F-EICH 0 - 1500 daN
12 Q Kraftstoff-Fluß Q 0 - 1500 l/h
13 P0 Umgebungsdruck PNULL 800 - 1100 mbar
14 tt31 HD-Verdichtertemperatur 1 TT31 0 -150 °C
15 tt32 HD-Verdichtertemperatur 2 TT32 0 -150 °C
16 tt33 HD-Verdichtertemperatur 3 TT33 0 -150 °C
17 tt34 HD-Verdichtertemperatur 4 TT34 0 -150 °C
18 tt35 HD-Verdichtertemperatur 5 TT35 0 -150 °C
19 tt36 HD-Verdichtertemperatur 6 TT36 0 -150 °C
20 tt4 HD-Verdichtertemperatur TT4 0 - 400 °C
21 tt7MESS TABGAS-Mess TT7MES 0 - 1000 °C
22 tt7 Rechnertest TABGAS-Rechner-Test TT7RTE 0 - 1000 °C
23 tt7 Simulation TABGAS-Simulation TT7SIM 0 - 1000 °C
24 IME Steuerstrom Stellmagnet IME 0 - 250 mA
25 IMPA Steuerstrom Luftmodulator IMPA 0 - 250 mA
26 Delta S Übertemperatur TABGAS DELT-S 0 - 2,5 V
27 PCA Fuel-Eintrittsdruck PCA 0 - 4 bar (abs)
28 tt7° Regel-Abgastemperatur TT7° 0 - 6 V
29 tt720F Bypass-Abgastemperatur TT720F 0 - 150 °C
30 t0 Umgebungstemperatur T0 -30 - +60 °C
31 P0-P2 Einlauf-Differenz-Druck P0-PS2 0 - 200 mbar (diff)
32 Pt3 ND-Austrittsdruck PT3 0 - 4 bar (abs)
33 Pt4 HD-Austrittsdruck PT4 0 - 12 bar (abs)
34 Delta Pt4 Differenz-HD-Austrittsdruck DELPT4 0 - 175 mbar (diff)
35 tH1 Öltemperatur TH1 -20 - +150 °C
36 tCA Fueltemperatur TCA -20 - +50 °C
37 PCIP Haupt-Fueldruck PCIP 0 - 60 bar (abs)
38 tCIP Haupt-Fueltemperatur TCIP 0 - 100 °C
39 VIB-V Vibration vorn VIB-V 0 - 100 mm/s
40 VIB-H Vibration hinten VIB-H 0 - 100 mm/s
41 PS4 - B PS4 Differenz-Druck-HD-Verdichter D-BPS4 0 - 6 bar (diff)
42 Pt720P Abgasdruck primär PT720P 0 - 2 bar (abs)
43 Pt720F Abgasdruck sekundär PT720F 0 - 4 bar (abs)
44 PCID Anlaß-Fueldruck PCID 0 - 12 bar (abs)
45 PH1 Öldruck CH1 0 - 6 bar (gauge)
46 Tank Kraftstoff-Vorrat TANK 0 - 5000 l (Liter)
47 ???? HD-Turbine-Austrittsdruck PT620 0 - 6 bar (abs)
48 N1 (V.-Band) ND-Drehzal V-Band N1-VB 0 -110 %
49 N2 (V.-Band) HD-Drehzal V-Band N2-VB 0 -110 %
50 α Kommando Hebel LH-DAC 0 - 105 °

9 Anhang 61
A 2 Analoge Ausgänge
A 3 Digitale Eingänge
A 4 Digitale Ausgänge
Lfd. Nr. Bezeichnung
1 MIOS Leistungshebel output
Bezeichnung Parameter Variablenname
1 Anlaßkraftstoffmagnetventil ERD LFUEVA
2 Anlasserabschaltung CD LANLST
3 Abblasventil (Steuersignal) ERVD LAZVAS
4 Wiederzündsignal DR LIGNIW
5 Kraftstoffpumpe LFUEPU
6 Zapfluftventil ZLV LBCVAL
7 Abblasventil (Antwort) AV LABVAA
8 N1 Begrenzung LN1LIM
9 N2 Begrenzung LN2LIM
10 Gaswarnung LGASW
11 Rechnerstörung LRESTO
12 Schnellschlußventil LSSVAL
13 Delta Leistungshebel LDALF
14 Stecker offen LPLUG
15 Not System LNOTSY
16 Anlaßrelais ein LANLRE
17 Klimaanlage LAIRCO
18 Delta-P Filter LDPFIL
19 Gaswarn-Störung LGASWS
20 Zündkreis 1 LIGNI1
21 Zündkreis 2 LIGNI2
22 Öldruck min (Öldruckschalter TWK) LPOEMI
23 Pt3/tt3-1 LP3T31
24 Pt3/tt3-2 LP3T32
25 Pt3/tt3-3 LP3T33
26 Pt3/tt3-4 LP3T34
27 Pt3/tt3-5 LP3T35
28 Pt3/tt3-6 LP3T36
29 KF-Halle LKFHAL
30 Warn-Reset LWARES
Lfd. Nr. Bezeichnung Parameter Variablenname
1 Anlasserabschaltung LSSTOP
2 Warnhupe LHUPE
3 Meßkanal überprüfen LMESSK
4 Leistungshebel auf Rechner umschalten LHLCHA
5 Zündung aus LIGAUS
6 Twk läuft LTWRUN

9 Anhang 62
A 5 Kalibrierdaten des alten Prüfstandes
Kanalnr. MESSGROSSE Messbereich
Einheit A B Datum
1 LEISTUNGSHEBEL-POS, LH 0 105 GRAD 0,0364 -30,34 24-MAR-04
2 STELLMOTOR-POS, LH-TWK 0 105 GRAD 0,0372 -30,99 24-MAR-04
3 ND-DREHZAHL RE N1-RE 0 110 % 0,0336 -27,52 24-MAR-04
4 ND-DREHZAHL RA N1-RA 0 110 % 0,0336 -27,62 24-MAR-04
5 ND-DREHZAHL/TESTPLUG N1-TES 0 110 % 0,0336 -27,53 24-MAR-04
6 HD-DREHZAHL RE N2-RE 0 110 % 0,0336 -27,50 24-MAR-04
7 HD-DREHZAHL RA N2-RA 0 110 % 0,0344 -28,31 02,04,2004
8 HD-DREHZAHL TESTPLUG N2-TES 0 110 % 0,0336 -27,53 24-MAR-04
9 HD-DREHZAHL TACHO N2-TG 0 110 % 0,0336 -27,53 24-MAR-04
10 MESS-SCHUB F-MESS 0 1500 DAN 0,4576 -374,34 24-MAR-04
11 EICH-SCHUB F-EICH 0 1500 DAN 0,4578 -374,95 24-MAR-04
12 KRAFTSTOFF-FLUSS Q 0 1500 L/H 0,4705 -383,79 24-MAR-04
13 UMGEBUNGSDRUCK PNULL 600 1100 MBAR 0,1524 477,48 26-MAR-04
14 HD-VERDICHTERTEMP, 1 TT31 0 150 C 0,0458 -37,52 24-MAR-04
15 HD-VERDICHTERTEMP, 2 TT32 0 150 C 0,0454 -36,81 15-MAR-89
16 HD-VERDICHTERTEMP, 3 TT33 0 150 C 0,0456 -37,17 15-MAR-89
17 HD-VERDICHTERTEMP, 4 TT34 0 150 C 0,0458 -37,78 15-MAR-89
18 HD-VERDICHTERTEMP, 5 TT35 0 150 C 0,0451 -35,96 15-MAR-89
19 HD-VERDICHTERTEMP, 6 TT36 0 150 C 0,0456 -36,90 15-MAR-89
20 HD-VERDICHTERTEMP, TT4 0 400 C 0,1222 -99,96 24-MAR-04
21 TABGAS-MESS TT7MES 0 1000 C 0,3866 -315,49 25-MAR-04
22 TABGAS-R-TEST TT7RTE 0 1000 C 0,3054 -250,91 24-MAR-04
23 TABGAS-SIMULAT, TT7SIM 0 1000 C 0,3058 -252,57 23-MAR-04
24 STEUERSTROM STELLMAG IME 0 250 MA 0,0764 -62,86 24-MAR-04
25 STEUERSTROM LUFTMOD IMPA 0 250 MA 0,0764 -62,93 24-MAR-04
26 UEBERTEMP, TABGAS DELT-S 0 125 C 0,0382 -31,31 25-MAR-04
27 FUEL-EINTRITTSDRUCK PCA 0 4 BAR 0,0012 -1,01 26-MAR-04
28 REGEL-ABGASTEMP, TT7* 0 1000 C 0,3051 -250,27 24-MAR-04
29 TT720F 0 150 C 0,0458 -37,85 06,06,1990
30 UMGEBUNGTEMPERATUR T0 -30 60 C 0,0274 -52,38 24-MAR-04
31 EINLAUF-DIFF-DRUCK P0-PS2 0 175 MBAR 0,0533 -43,73 26-MAR-04
32 ND-AUSTRITTSDRUCK PT3( ) 0 4 BAR 0,0012 -1,02 26-MAR-04
33 HD-AUSTRITTSDRUCK PT4 0 12 BAR 0,0037 -3,00 29-MAR-04
34 0 0 0,0000 0,00
35 OELTEMP, TH1 -20 150 C 0,0518 -62,45 24-MAR-04
36 FUELTEMP, TCA -20 50 C 0,0213 -37,35 24-MAR-04
37 HAUPT-FUELDRUCK PCIP 0 60 BAR 0,0183 -15,06 29-MAR-04
38 HAUPTFUELTEMP, TCIP 0 100 C 0,0305 -25,10 25-MAR-04
39 VIBRATION VORN VIB-V 0 100 MM/S 0,0307 -25,67 29-MAR-04
40 VIBRATION HINTEN VIB-H 0 100 MM/S 0,0306 -25,41 29-MAR-04
41 DIFF-DRUCK HD-VERD, D-BPS4 0 6 BAR 0,0018 -1,47 26-MAR-04
42 PT720P 0 2 BAR 0,0006 -0,53 07,06,1990
43 PS720P 0 4 BAR 0,0012 -1,02 07,06,1990
44 ANLASS-FUELDRUCK PCID 0 12 BAR 0,0037 -3,00 29-MAR-04
45 OELDRUCK PH1 0 6 BAR 0,0018 -1,50 26-MAR-04
46 KRAFTSTOFF-VORRAT TANK 0 100 % 0,0408 -33,13 09,09,1987
47 DP720 0 700 MBAR 0,0018 -1,52 16-MAR-89
48 ND-DREHZAHL V-BAND N1-VB 0 110 % 0,0268 -0,02 06,06,1990
49 HD-DREHZAHL V-BAND N2-VB 0 110 % 0,0268 0,01 06,06,1990
50 KOMMANDO HL LH-DAC 0 105 % 0,0320 0,00

9 Anhang 63
A 6 Steckerbelegung PXI-6527

9 Anhang 64
A 7 Steckerbelegung PXI-6250
A 8 Steckerbelegung PXI-6723

9 Anhang 65
A 9 Steckerbelegung PXI-6225

9 Anhang 66
A 10 Verdrahtung der digitalen Kanäle des Flachband-/PXI-Adapters
Flachbandstecker PXI-System Flachbandstecker PXI-System
Name Pin Pin Karte Stecker Name Pin Pin Karte Stecker
ZSV 9 5 48 6527 / 1 2
ZSV 9 7 46 6527 / 1 2
ZSV 9 9 44 6527 / 1 2
ZSV 9 11 42 6527 / 1 2
ZSV 9 13 40 6527 / 1 2
ZSV 9 15 38 6527 / 1 2
ZSV 9 4 47 6527 / 1 2
ZSV 9 6 45 6527 / 1 2
ZSV 9 8 43 6527 / 1 2
ZSV 9 10 41 6527 / 1 2
ZSV 9 12 39 6527 / 1 2
ZSV 9 14 37 6527 / 1 2
ZSV 7 4 48 6527 / 1 1 ZSV 7 5 47 6527 / 1 1
ZSV 7 6 46 6527 / 1 1 ZSV 7 7 45 6527 / 1 1
ZSV 7 8 44 6527 / 1 1 ZSV 7 9 43 6527 / 1 1
ZSV 7 10 42 6527 / 1 1 ZSV 7 11 41 6527 / 1 1
ZSV 7 12 40 6527 / 1 1 ZSV 7 13 39 6527 / 1 1
ZSV 7 14 38 6527 / 1 1 ZSV 7 15 37 6527 / 1 1
ZSV 7 16 36 6527 / 1 1 ZSV 7 17 35 6527 / 1 1
ZSV 7 18 34 6527 / 1 1 ZSV 7 19 33 6527 / 1 1
ZSV 7 20 32 6527 / 1 1 ZSV 7 21 31 6527 / 1 1
ZSV 7 22 30 6527 / 1 1 ZSV 7 23 29 6527 / 1 1
ZSV 7 24 28 6527 / 1 1 ZSV 7 25 27 6527 / 1 1
ZSV 7 26 26 6527 / 1 1 ZSV 7 27 25 6527 / 1 1
ZSV 7 28 24 6527 / 1 1 ZSV 7 29 23 6527 / 1 1
ZSV 7 30 22 6527 / 1 1 ZSV 7 31 21 6527 / 1 1
ZSV 7 32 20 6527 / 1 1 ZSV 7 33 19 6527 / 1 1
ZSV 7 34 18 6527 / 1 1 ZSV 7 35 17 6527 / 1 1
ZSV 8 4 16 6527 / 1 1 ZSV 8 5 15 6527 / 1 1
ZSV 8 6 14 6527 / 1 1 ZSV 8 7 13 6527 / 1 1
ZSV 8 8 12 6527 / 1 1 ZSV 8 9 11 6527 / 1 1
ZSV 8 10 10 6527 / 1 1 ZSV 8 11 9 6527 / 1 1
ZSV 8 12 8 6527 / 1 1 ZSV 8 13 7 6527 / 1 1
ZSV 8 14 6 6527 / 1 1 ZSV 8 15 5 6527 / 1 1
ZSV 8 16 4 6527 / 1 1 ZSV 8 17 3 6527 / 1 1
ZSV 8 18 2 6527 / 1 1 ZSV 8 19 1 6527 / 1 1
ZSV 8 20 48 6527 / 2 1 ZSV 8 21 47 6527 / 2 1
ZSV 8 22 46 6527 / 2 1 ZSV 8 23 45 6527 / 2 1
ZSV 8 24 44 6527 / 2 1 ZSV 8 25 43 6527 / 2 1
ZSV 8 26 42 6527 / 2 1 ZSV 8 27 41 6527 / 2 1
ZSV 8 28 40 6527 / 2 1 ZSV 8 29 39 6527 / 2 1
ZSV 8 30 38 6527 / 2 1 ZSV 8 31 37 6527 / 2 1

9 Anhang 67
A 11 Verdrahtung der analogen Kanäle des Flachband-/PXI-Adapters
Flachbandstecker PXI-System Flachbandstecker PXI-System
Name Pin Pin Karte Stecker Name Pin Pin Karte Stecker
MAF 11 4 22 6723 1
MAF 11 9 24 6723 1
MAF 4 4 68 6225 1 MAF 6 18 68 6225 2
MAF 4 6 32 6225 1 MAF 6 16 22 6225 2
MAF 4 8 33 6225 1 MAF 6 14 33 6225 2
MAF 4 10 32 6225 1 MAF 6 12 22 6225 2
MAF 4 12 65 6225 1 MAF 6 10 32 6225 2
MAF 4 14 32 6225 1 MAF 6 8 22 6225 2
MAF 4 16 30 6225 1 MAF 6 6 65 6225 2
MAF 4 18 32 6225 1 MAF 6 4 22 6225 2
MAF 4 20 28 6225 1 MAF 6 34 30 6225 2
MAF 4 22 32 6225 1 MAF 6 32 22 6225 2
MAF 4 24 60 6225 1 MAF 6 30 29 6225 2
MAF 4 26 32 6225 1 MAF 6 28 22 6225 2
MAF 4 28 25 6225 1 MAF 6 26 62 6225 2
MAF 4 30 32 6225 1 MAF 6 24 22 6225 2
MAF 4 32 57 6225 1 MAF 6 22 27 6225 2
MAF 4 34 32 6225 1 MAF 6 20 22 6225 2
MAF 5 18 34 6225 1 MAF 7 18 34 6225 2
MAF 5 16 32 6225 1 MAF 7 16 22 6225 2
MAF 5 14 66 6225 1 MAF 7 14 66 6225 2
MAF 5 12 32 6225 1 MAF 7 12 22 6225 2
MAF 5 10 31 6225 1 MAF 7 10 31 6225 2
MAF 5 8 32 6225 1 MAF 7 8 22 6225 2
MAF 5 6 63 6225 1 MAF 7 6 64 6225 2
MAF 5 4 32 6225 1 MAF 7 4 22 6225 2
MAF 5 34 61 6225 1 MAF 7 34 63 6225 2
MAF 5 32 32 6225 1 MAF 7 32 22 6225 2
MAF 5 30 26 6225 1 MAF 7 30 28 6225 2
MAF 5 28 32 6225 1 MAF 7 28 22 6225 2
MAF 5 26 58 6225 1 MAF 7 26 61 6225 2
MAF 5 24 32 6225 1 MAF 7 24 22 6225 2
MAF 5 22 23 6225 1 MAF 7 22 26 6225 2
MAF 5 20 32 6225 1 MAF 7 20 22 6225 2
MAF 8 4 59 6225 2 MAF 9 18 25 6225 2
MAF 8 6 22 6225 2 MAF 9 16 22 6225 2
MAF 8 8 24 6225 2 MAF 9 14 58 6225 2
MAF 8 10 22 6225 2 MAF 9 12 22 6225 2
MAF 8 12 23 6225 2 MAF 9 10 57 6225 2
MAF 8 14 22 6225 2 MAF 9 8 22 6225 2
MAF 8 16 55 6225 2 MAF 9 6 21 6225 2
MAF 8 18 22 6225 2 MAF 9 4 22 6225 2
MAF 8 20 20 6225 2 MAF 9 34 54 6225 2
MAF 8 22 22 6225 2 MAF 9 32 22 6225 2
MAF 8 24 19 6225 2 MAF 9 30 53 6225 2
MAF 8 26 22 6225 2 MAF 9 28 22 6225 2
MAF 8 28 52 6225 2 MAF 9 26 18 6225 2
MAF 8 30 22 6225 2 MAF 9 24 22 6225 2
MAF 8 32 60 6225 2 MAF 9 22 17 6225 2
MAF 8 34 22 6225 2 MAF 9 20 22 6225 2
MAF 10 18 16 6225 2 MAF 10 34 49 6225 2
MAF 10 16 22 6225 2 MAF 10 32 22 6225 2

9 Anhang 68
A 12 Bereich 4: Bildschirm Detail
A 13 Bereich 4: Bildschirm Optionen

9 Anhang 69
A 14 Bereich 4: Bildschirm FFT
Auf beide Eingänge wurde ein verrauschtes Sinussignal mit einer Frequenz von 1,2kHz gelegt. Diagramm
FFT1 zeigt das Spektrum über den gesamten Bereich. Hingegen zeigt Diagramm FFT2 einen
Ausschnitt um die angelegte Frequenz im Detail. Dazu wurde die Skalierung der x-Achse variiert.

9 Anhang 70
A 15 Bereich 4: Editieren des Prüfprogramms
Hier kann ein Prüfprogramm (bestehend aus bis zu 20 Schritten) eingegeben, gespeichert oder geladen
werden. Das Prüfprogramm kann mit dem Schalter „Schubhebel“ (im Bereich 3) gestartet bzw. abgebrochen
werden.

9 Anhang 71
A 16 Screenshot des erfolgreichen Tests
Diese Bildschirmkopie wurde beim abschließenden Test der Software unter Betriebsbedingungen angefertigt.
A 17 Notwendige Software auf dem PXI-System

9 Anhang 72
A 18 Projektverzeichnis

9 Anhang 73
A 19 Fotos des neu eingerichteten Prüfstands

10 Eidesstattliche Erklärung 74
10 Eidesstattliche Erklärung
Ich versichere, dass ich diese Diplomarbeit ohne fremde Hilfe selbstständig verfasst
und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Wörtlich oder dem Sinn
nach aus anderen Werken entnommene Stellen sind unter Angabe der Quellen kenntlich
gemacht.
.................... ................................................................
Datum Unterschrift