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Am Puls des Prüfstands: Das System erfasst unter anderem auch Temperatur, Druck und Durchflussmenge. Bild: PTL

Das Fraunhofer Institut IKTS in Dresden, die Firma Werner Industrielle Elektronik sowie das Unternehmen Prüfstandstechnik Leipzig (PTL) haben zusammen einen Zustandsmonitor entwickelt, speziell für die Überwachung von Komponenten hydraulischer Prüfstände. Ziel ist, mittels unterschiedlicher physikalischer Methoden ein effektives Monitoring zu ermöglichen. Die Sächsische Aufbaubank förderte das Forschungsprojekt im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung.

Einerseits war es bisher notwendig, die Prüfstände regelmäßigen Wartungs-Checks zu unterziehen, auch wenn sich noch kein Fehler in der Anlage abzeichnete. Mit dem nun entwickelten System gehen die Betreiber zu einer günstigeren, zustandsabhängigen Wartung über.

Andererseits treten auch unerwartet Fehler des Prüfstandes auf, obwohl beim letzten Wartungs-Check keine Auffälligkeiten beobachtet wurden. Dann muss der Prüfstandshersteller sehr schnell und kostenaufwändig reagieren. Das Monitoring-System soll diese Versagenszustände ausschließen.

Messverfahren: Schall und Öl

Im Mittelpunkt der Monitoring-Strategie steht die Überwachung der Ventile, insbesondere der Servoventile. Dies erfolgt mittels Körperschallsensoren. Durch den Ölstrom werden akustische Körperschallsignale in einem sehr breiten Frequenzspektrum von 10 bis 500 Kilohertz erzeugt, die die hydraulischen Prozesse charakterisieren.

So können auch Änderungen des Zustandes durchströmter Komponenten erfasst werden, zum Beispiel der Verschleiß von Ventilkegeln. Zusätzlich bezieht die Strategie Prozessgrößen wie Temperaturen, Druck und Durchflussmengen sowie Steuersignale in die Überwachung ein. Es ist möglich, Funksensorknoten zu integrieren und auf diese Weise Temperaturen und Beschleunigungen auch an Messstellen zu erfassen, zu denen keine Sensorkabel verlegt werden können.

Aus den Körperschallsignalen werden über die Einhüllenden der Zeitsignale und den Frequenzspektren Merkmale gebildet, die für die Überwachung relevant sind. Bei der Neuinstallation der Komponenten wird zunächst eine Datenbank mit Sollkurven hinterlegt, die für die relevanten Prozessparameter die individuelle Signatur der zu überwachenden Hydraulikkomponenten speichert.

Während des Betriebs des Prüfstandes werden die Messgrößen nach einem zuvor festgelegten Regime in regelmäßigen Zeitabständen erfasst, gegebenenfalls gemittelt und mit den Sollwert-Signaturen verglichen. In Trenddarstellungen können dann Änderungen verfolgt werden oder nach der Festlegung von Alarmschwellen entsprechende Signalisierungen erfolgen.

Bis zu fünf Megahertz Abtastrate

Der Hydraulikmonitor besteht aus digitalen Modulen, die jeweils zwei Kanäle hochfrequenter akustischer Signale mit einer möglichen Abtastrate von bis zu fünf Megahertz und vier Kanäle niederfrequenter Betriebsgrößen wie Temperatur, Durchfluss, Druck und Ventilsteuerstrom verarbeiten können.

Servoventil

Instrumentiertes Servoventil: Bei der Überwachungsstrategie stehen diese Komponenten im Mittelpunkt. Das System erkennt über Körperschallsignale beispielsweise den Verschleiß von Ventilkegeln. Bild: PTL

Die Signalerfassung der akustischen Messwerte kann dabei von einer dieser Prozessgrößen getriggert werden. Die Daten-Erfassung und -Übergabe an den PC erfolgt auf Basis eines digitalen

Signalprozessors im Messgerät. Die Messungen können kontinuierlich oder in festgelegten Intervallen ausgeführt werden.

Datenspeicherung, Auswertung der Daten und Visualisierung der Trends wurden auf einem PC unter einer Labview-Programm­oberfläche realisiert. Dies soll größtmögliche Flexibilität bei der Anpassung an die Prozesse, bei der Auswahl der Parameter und des Messregimes gewährleisten.

Spezialgebiet Sonderanlagen

Die Firma PTL hat ihre Wurzeln in der Orsta-Hydraulik, dem früher größten Hydraulikunternehmen im Osten Deutschlands. Das Unternehmen wurde 1993 als Firma IPM gegründet und 1998 mit neuen Gesellschaftern und erweitertem Unternehmenszweck neu ausgerichtet.

Im Jahr 2008 wurde die PTL Prüfstandstechnik Leipzig aus der IPM herausgegründet, um mit neuem Firmennamen das Leistungsspektrum besser zu verdeutlichen. Neben der Entwicklung und Fertigung eigener Produkte wie Weg- und Volumenstromsensoren, Servoventile und Linearantriebe konzentriert sich die Firma auf die Entwicklung, Projektierung und den Bau kompletter Sonderanlagen, insbesondere

  • Prüfstände jeder Art für Forschung und Entwicklung und Serie,
  • Antriebshydraulik und Steuerungen für Projekte im Stahlwasserbau wie Klappbrücken, Schiffsfähranleger, Schleusen, Wehranlagen, Talsperren,
  • Zentralhydraulikanlagen, Ringleitungen und Ähnliches. do