Ein hydraulischer Prüfstand erzeugt mehr als nur Druck und Durchfluss. Sein wahrer Wert liegt in seiner Fähigkeit, zu messen, was während eines Tests passiert, und diese Messungen in zuverlässige, verwertbare Daten umzuwandeln.
Egal, ob der Prüfstand hydraulische Zylinder, Pumpen, Ventile, Motoren oder andere hydraulische Komponenten testet, der Test muss normalerweise spezifische Leistungsfragen beantworten. Kann das Bauteil dem erforderlichen Druck standhalten? Hält eine Pumpe den erwarteten Durchfluss bei steigendem Druck? Ist die interne Leckage innerhalb eines akzeptablen Bereichs? Produziert ein hydraulischer Motor das erwartete Drehmoment und die erwartete Geschwindigkeit?
Um diese Fragen zu beantworten, kombiniert ein hydraulischer Prüfstand Sensoren, Instrumentierung, Signalverarbeitung, Steuerungshardware und Software. Die Qualität des finalen Testergebnisses hängt daher nicht nur vom hydraulischen Kreislauf, sondern auch von der gesamten Messkette ab, von der physikalischen Bedingung, die gemessen wird, bis zu den vom System angezeigten und aufgezeichneten Daten.
Inhaltsübersicht
Umschalten aufWelche Sensoren werden an einem hydraulischen Prüfstand verwendet?
Die an einem hydraulischen Prüfstand verwendeten Sensoren hängen hauptsächlich von dem getesteten Bauteil und den zu bewertenden Parametern ab. Druck, Durchfluss, Temperatur und Leckage gehören zu den häufigsten Messungen, während Position, Geschwindigkeit, Drehmoment und Kraft für spezialisiertere Tests ebenfalls erforderlich sein können.
Drucktransmitter können beispielsweise am Pumpenausgang, an den Ein- und Auslassanschlüssen des Bauteils, in Zylinderkammern oder an anderen wichtigen Stellen im Kreislauf installiert werden. Durchflussmesser sind besonders wichtig, wenn es darum geht, die Pumpenleistung, die Leistung von Ventilen oder die Operation hydraulischer Motoren zu bewerten, während Temperatursensoren helfen, festzustellen, ob sich die Ölviskosität auf Leckage, Effizienz oder Druckverlust auswirkt.
Die Prüfung von Zylindern und Ventilen kann auch die Messung sehr kleiner Leckstromstärken erfordern. In diesen Anwendungen ist ein spezielles Niedrigflussmessgerät möglicherweise geeigneter als die Verwendung des Hauptsystemdurchflussmessers.
| Messung | Typisches Instrument | Typischer Testzweck |
|---|---|---|
| Druck | Drucktransmitter | Prüfdruck, Druckhaltung, Ventileinstellung |
| Strömung | Durchflussmesser | Pumpenausgang, Ventilströmung, Motorleistung |
| Temperatur | Temperatursensor | Überwachung der hydraulischen Öltemperatur |
| Durchsickern | Niedrigdurchflussmesser / Leckagemessgerät | Zylinder- oder Ventilinnendichtung |
| Position | Positionssensor | Zylinderhub und Bewegung |
| Geschwindigkeit | Geschwindigkeitssensor / Encoder | Hydraulische Motoren geschwindigkeit |
| Drehmoment | Drehmomentaufnehmer | Hydraulikmotorleistung und -effizienz |
| Kraft | Lastzelle / Kraftsensor | Zylinderkraft- oder mechanische Lastprüfung |
Eine hydraulische Zylindertestbank kann sich daher hauptsächlich auf Druck, Leckage, Position und Kraft konzentrieren, während eine Pumpen- oder Motorentestbank möglicherweise gleichzeitig Druck, Durchfluss, Temperatur, Geschwindigkeit und Drehmoment messen muss. Die Sensoranordnung sollte stets dem Testziel, folgen und nicht einfach mehr Messinstrumente hinzufügen.
Wie funktioniert die Datenerfassung an einem hydraulischen Prüfstand?
Ein Sensor allein liefert kein brauchbares Testergebnis. Zuerst wandelt er eine physikalische Größe wie Druck, Durchfluss oder Temperatur in ein elektrisches Signal um, welches dann vom Testsystem empfangen, in einen technischen Wert umgewandelt, angezeigt und in der Regel gespeichert werden muss.
Viele industrielle hydraulische Sensoren verwenden Standardsignale wie 4–20 mA oder 0–10 V, obwohl auch Puls-, Frequenz-, digitale und kommunikationsbasierte Ausgaben verwendet werden können. Der PLC, das Datenerfassungssystem oder die Signalverarbeitungshardware interpretiert diese Signale und wandelt sie in Werte wie bar, L/min, °C, mm, U/min oder N·m um.
Der grundlegende Messweg kann verstanden werden als:
Hydraulischer Zustand → Sensor → Elektrisches Signal → PLC oder DAQ → HMI/Software → Aufgezeichnete Testdaten
Jede Stufe in dieser Kette ist wichtig. Falsche Signalskalierung, schlechte Erdung, elektrische Störungen, ungeeignete Verkabelung, falsche Eingabekonfiguration oder Softwarekonvertierungsfehler können die endgültige Messung beeinflussen, selbst wenn der Sensor selbst gute Spezifikationen hat.
Deshalb sollte die Genauigkeit des hydraulischen Prüfstands auf Systemebene, nicht nur auf der Sensorebene berücksichtigt werden.
Was ist der Unterschied zwischen PLC-Steuerung und Datenerfassung?
Die PLC-Steuerung und die Datenerfassung sind eng miteinander verbunden, erfüllen jedoch nicht unbedingt die gleiche Funktion. Ein PLC ist hauptsächlich für die Maschinensteuerung verantwortlich, wie das Starten von Pumpen, das Schalten von Ventilen, das Verwalten von Testfolgen, das Steuern von Haltezeiten, das Überwachen von Sicherheitseinrichtungen und das Generieren von Alarmen.
Ein Datenerfassungssystem, oft als DAQ-System bezeichnet, konzentriert sich stärker auf das Sammeln, Synchronisieren und Aufzeichnen von Messsignalen. Bei relativ langsamen Tests, wie einem Druckhalte-Test eines Hydraulikzylinders, kann die aquisition auf Basis eines PLC völlig ausreichend sein. Für schnellere dynamische Tests kann ein dediziertes DAQ-System oder ein Industriecomputer geeigneter sein, wenn höhere Abtastraten oder synchronisierte Mehrkanalaufzeichnungen erforderlich sind.
Ein fortschrittlicherer hydraulischer Prüfstand könnte daher einen SPS zur Maschinensteuerung, ein HMI für die Interaktion mit dem Bediener und einen DAQ oder Industriecomputer zur detaillierten Messdatenerfassung und -analyse verwenden.. Diese Unterscheidung ist wichtig, da das bloße Vorhandensein einer SPS nicht automatisch bedeutet, dass die Maschine über ein leistungsfähiges Datenerfassungssystem verfügt.
Was bedeutet Testgenauigkeit tatsächlich?
Der Begriff “Genauigkeit” wird häufig zu breit verwendet, wenn es um die Beschreibung von hydraulischen Prüfeinrichtungen geht. Ein Prüfstand kann als “hochgenau” bezeichnet werden, aber diese Aussage hat eine begrenzte Bedeutung, es sei denn, sie gibt an, ob sie sich auf Druck, Durchfluss, Leckage, Temperatur, Drehmoment, Position oder einen anderen gemessenen Parameter bezieht.
Es ist auch wichtig, zwischen Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösung zu unterscheiden.. Genauigkeit beschreibt, wie nah ein gemessener Wert am tatsächlichen oder Referenzwert liegt, während Wiederholbarkeit beschreibt, wie konsistent das System ähnliche Ergebnisse produziert, wenn derselbe Test unter den gleichen Bedingungen wiederholt wird. Die Auflösung beschreibt die kleinste Änderung, die das Messsystem unterscheiden oder anzeigen kann.
Diese Eigenschaften sollten nicht miteinander verwechselt werden. Ein Bildschirm kann beispielsweise den Druck auf zwei Dezimalstellen anzeigen, aber das bedeutet nicht, dass das System auf zwei Dezimalstellen genau ist. Ebenso kann ein automatisierter Prüfstand die gleiche Testsequenz sehr konsistent ausführen und dennoch ungenaue Messungen liefern, wenn der Sensor, die Kalibrierung oder die Signalverarbeitung ungeeignet sind.
Warum der Messbereich wichtig ist
Der Messbereich ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Gewinnung nützlicher Testdaten. Angenommen, ein hydraulischer Prüfstand verwendet einen Drucksensor mit einem maximalen Bereich von 600 bar, während ein bestimmter Test normalerweise nur bei 10 oder 20 bar arbeitet. Der Sensor kann möglicherweise trotzdem eine Messung liefern, aber nur ein kleiner Teil seines verfügbaren Messbereichs wird genutzt.
Dies wird besonders wichtig, wenn die Genauigkeit als Prozentsatz der vollen Skala angegeben wird. Wenn ein Sensor spezifiziert ist auf ±0.5% FS, zum Beispiel ist der mögliche Fehler mit dem vollen Sensorbereich verbunden und nicht einfach mit dem aktuellen gemessenen Wert. Die Verwendung eines sehr großen Bereichs für eine relativ niederdruckige Messung kann daher die Nützlichkeit des Ergebnisses verringern.
Das bedeutet nicht, dass immer der kleinste mögliche Sensorbereich gewählt werden sollte. Der maximale Prüfdruck, Überlastbedingungen, Sensortechnologie, erforderliche Sicherheitsmarge und die Art und Weise, wie die Genauigkeit spezifiziert ist, müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
Das gleiche Prinzip gilt für die Durchflussmessung. Eine Prüfbank kann über einen Hauptkreis verfügen, der hunderte von Litern pro Minute bewältigen kann, während ein Zylinder-Leckagetest möglicherweise nur einen sehr geringen Durchfluss messen muss. In dieser Situation kann ein spezialisiertes Niedrigdurchfluss-Messgerät viel aussagekräftigere Informationen liefern als der Hauptdurchflussmesser des Systems.
Bedeutet eine höhere Abtastrate bessere Genauigkeit?
Die Abtastrate beschreibt, wie häufig das Datenerfassungssystem eine Messung aufzeichnet. Ihre Bedeutung hängt stark davon ab, wie schnell sich die getesteten hydraulischen Bedingungen ändern.
Bei einem statischen Druckhaltetest, der 60 Sekunden dauert, kann eine extrem schnelle Datenerfassung nur begrenzt zusätzlichen Wert bieten. Im Gegensatz dazu können Druckspitzen während des Ventilumschaltens, das Ansprechverhalten von Proportionalventilen, hydraulische Schocks oder schnelle Änderungen der Motorleistung sehr schnell auftreten, und eine niedrige Abtastrate kann versäumen, das tatsächliche Ereignis zu erfassen.
Jedoch, macht eine höhere Abtastrate den Sensor selbst nicht genauer.. Es bedeutet lediglich, dass die Messungen häufiger erfasst werden. Ein System kann ebenso leicht minderwertige Messungen tausende Male pro Sekunde aufzeichnen wie gute.
Die Abtastrate sollte daher mit der Dynamik des Tests übereinstimmen, anstatt als Spezifikation betrachtet zu werden, bei der eine größere Zahl automatisch besser ist.
Warum Kalibrierung und Messunsicherheit wichtig sind
Selbst hochwertige Sensoren können sich im Laufe der Zeit verändern. Drucktransducer, Durchflussmesser, Wägezellen, Drehmomentsensoren und andere Instrumente können aufgrund wiederholter Druckzyklen, Temperaturschwankungen, Vibrationen, Verunreinigungen, mechanischem Verschleiß oder Alterung Abweichungen aufweisen.
Die Kalibrierung vergleicht ein Instrument mit einem bekannten Referenzwert, um festzustellen, ob seine Messwerte innerhalb der erforderlichen Toleranz bleiben. Dies wird besonders wichtig, wenn Testergebnisse für die Produktionsqualitätskontrolle, die Kundenakzeptanz, die Validierung oder formale Testberichte verwendet werden, da die Kalibrierungshistorie zur Rückverfolgbarkeit der Messung beiträgt.
Gleichzeitig sollte die Genauigkeitsspezifikation eines einzelnen Sensors nicht automatisch als die Genauigkeit der gesamten Prüfstation behandelt werden. Signalaufbereitung, Eingangsmodule, Kalibrierungsreferenzen, Temperatur, Installationsbedingungen, hydraulische Stabilität, Softwareverarbeitung und das Prüfverfahren können alle das Endergebnis beeinflussen.
Dieses breitere Konzept wird oft als Messunsicherheit. beschrieben. Für die meisten industriellen hydraulischen Tests ist es nicht notwendig, jeden Test in eine labortechnische Messübung zu verwandeln, aber es ist wichtig zu verstehen, dass die Zuverlässigkeit des Endergebnisses von mehr als nur einer Sensorspezifikation abhängt.
Die komplette Messkette bestimmt die Testqualität
Eine hydraulische Prüfstation sollte nicht nur nach ihrer PLC-Marke, Sensorgenauigkeit oder Datenabtastrate bewertet werden. Ein hochgenauer Drucktransducer kann instabilen hydraulischen Druck, eingeschlossenes Luft, unangemessenen Messbereich, schlechte Verkabelung, ungenaue Skalierung oder unzureichende Kalibrierung nicht ausgleichen.
Ebenso kann eine fortschrittliche Datenerfassungssoftware keine schlechten Informationen korrigieren, die bereits in das System eingegeben wurden. Zuverlässiges Testen erfordert, dass der Sensor, der Messbereich, die hydraulischen Bedingungen, die Signalübertragung, die Datenerfassung, die Kalibrierung und das Prüfverfahren zusammenarbeiten.
Der gesamte Prozess kann daher als betrachtet werden:
Geeigneter Sensor → Passender Messbereich → Stabile hydraulische Bedingung → Zuverlässige Signalübertragung → Korrekte Datenerfassung → Kalibrierung → Kontrolliertes Prüfverfahren.
Wenn diese Kette richtig gestaltet ist, werden die resultierenden Daten viel nützlicher für die Produktionsqualitätskontrolle, die Diagnostik von Komponenten, die Reparaturverifizierung, die technische Validierung und den Leistungsvergleich.
Schlussfolgerung
Sensoren und Datenerfassungssysteme verwandeln eine hydraulische Prüfstation von einer hydraulischen Energiequelle in ein Mess- und Validierungssystem.. Drucktransducer, Durchflussmesser, Temperatursensoren, Leckagemessgeräte, Positionssensoren, Geschwindigkeitssensoren, Drehmomentsensoren und Kraftsensoren liefern Informationen darüber, wie sich ein hydraulisches Bauteil unter kontrollierten Bedingungen verhält.
Die PLC, das DAQ-System, das HMI oder der Industrierechner wandeln dann diese Signale in Informationen um, die angezeigt, aufgezeichnet, verglichen und in Testberichten aufgenommen werden können. Zuverlässige Testdaten hängen jedoch von der Sensorleistung, dem Messbereich, der Auflösung, der Wiederholgenauigkeit, der Abtastrate, der Kalibrierung, der Signalverarbeitung, der hydraulischen Stabilität und dem gesamten Prüfverfahren ab, die zusammenarbeiten.
Daher ist es bei der Bewertung einer hydraulischen Prüfstation nicht ausreichend zu fragen “Welchen Druck und Durchfluss kann diese Station erzeugen?”
Eine ebenso wichtige Frage ist:
“Wie genau, konsistent und rückverfolgbar kann die Prüfstation messen, was während des Tests geschieht?”
