Wie Betriebsfestigkeitsprüfungen die Zuverlässigkeit elektrischer Maschinen steigern

Die Betriebsfestigkeitsprüfung ist ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung jeder elektrischen Maschine und ermöglicht es Ingenieuren zu verstehen und zu bestätigen, wie eine Maschine dem realen Einsatz standhält. Dies erfordert Langzeittests elektrischer Maschinen. In der Regel erfolgt die Betriebsfestigkeitsprüfung über einen festgelegten Mindestzeitraum, um sicherzustellen, dass das Produkt ohne Ausfall durchhält, oder die Prüfung wird so lange durchgeführt, bis die Maschine ausfällt und Reparaturen erforderlich sind.

Bestimmung der Betriebsfestigkeit

Die Betriebsfestigkeit ist ein Maß für die Lebensdauer eines Produkts. Die Betriebsfestigkeit wird auf unterschiedliche Weise gemessen, beispielsweise mit Lebensdauer in Jahren, Nutzungsdauer in Stunden oder Anzahl der Betriebszyklen. Zuverlässigkeitsprüfungen stellen sicher, dass die Produktqualität während des gesamten vorgesehenen Lebenszyklus mit den Spezifikationen übereinstimmt. Diese Prüfungen können sowohl auf der Entwicklungs- als auch auf der Produktionsebene durchgeführt werden, zur Identifikation und Minimierung von Konstruktionsfehlern oder Behebung potenzieller Ausfälle in der Fertigung.

Zuverlässigkeitsprüfungen mit HBK

Die HBK-Lösung für Zuverlässigkeitsprüfungen ermöglicht die Validierung und Überprüfung der Eigenschaften und Funktionen elektrischer Komponenten und Teilsysteme. Im Verlauf der Prüfung werden „verdichtete“ Parameter wie Effektivwert, P, η, λ oder P_mech aufgezeichnet. Die Messungen erfolgen gemäß einem Zeitraster für die Prüfung in Intervallen, die von einmal alle paar Sekunden bis zu mehreren Malen pro Sekunde reichen können. Rohdaten können entweder in festen Zeitintervallen für einen kurzen Zeitraum (um die „Alterung“ des Motors zu verstehen) oder auf Basis von Triggerbedingungen (z. B. Motorausfall, und um dies mit Pre-Trigger zu verstehen) aufgezeichnet werden – oder mit einer Kombination aus beidem.

Zusätzlich zur Messwertaufzeichnung bietet die zur Analyse der Ergebnisse der Betriebsfestigkeitsprüfung eingesetzte Software Perception eine Datenbank mit Standardformeln, die in Echtzeit berechnet und gespeichert werden können. Die Software lässt sich leicht an kundenspezifische Konfigurationen anpassen und kann durch den Anwender bei Bedarf um weitere Formeln erweitert werden.

Betriebsfestigkeitsprüfungen in der Automobilindustrie

In der Automobilindustrie unterstützen Betriebsfestigkeitsprüfungen die Hersteller von Bauteilen und OEMs bei der Bewertung von Fahrzeugen zur Bestimmung der zu erwartenden Lebensdauer von Komponenten oder Teilsystemen. Diese Bewertungen erfolgen im Prüfstand, durch Nachbildung der realen Bedingungen und Beanspruchungen, die das Fahrzeug durch die tatsächliche Nutzung erfahren würde. Für diese Verfahren gibt es unterschiedliche Bezeichnungen wie beschleunigte Fahrzeugprüfung, Betriebsfestigkeitsprüfung am Gesamtfahrzeug, Hochleistungs-Betriebsfestigkeitsprüfung usw. – jedes von ihnen folgt jedoch den gleichen Grundprinzipien.

Regionale Unterschiede bei der Betriebsfestigkeitsprüfung von Fahrzeugen

In China gibt es eine für alle in Elektroautos eingesetzten Elektromotoren geltende nationale Norm für Betriebsfestigkeitsprüfungen. Die Norm GBT 29307 beschreibt das Prüfverfahren und gibt ein Minimum von 402 Stunden kontinuierlicher Prüfung vor. In der Praxis führen viele Kunden eine Betriebsfestigkeitsprüfung über bis zu 1000 Stunden durch. Zu den Kunden für Betriebsfestigkeitsprüfungen gehören UAES, DEKRA und ATMO in China sowie Volkswagen in Deutschland.

Grundlegende Anforderungen von Betriebsfestigkeitsprüfungen

Typische Anforderungen für Messkonfigurationen sind die folgenden:

  • Eine Abtastrate von 100 bis 200 kS/s
  • Gleichzeitige Messung und Datenerfassung von 6 bis 18 Leistungskanälen, mit einer Spannung von bis zu 1000 Volt und einem Strom von bis zu 1000 Ampere
  • Testaufbau mit Einzelmotor, Motor und Generator oder komplexere Aufbauten wie elektrische stufenlose Getriebe (eCVT)
  • Zusätzliche Signale wie Temperatur und/oder Schwingung
  • CAN-Bus-Signale
  • Übertragung der Ergebnisse an das Testautomatisierungssystem

Verarbeitung abgeleiteter Daten

Die gängigsten für Betriebsfestigkeitsprüfungen eingesetzten Methoden zur Datenverarbeitung sind die folgenden:

  • Kontinuierliches Streaming an EtherCAT
  • Kontinuierliches Streaming im PNRF-Format mit wählbarer Speicherrate

Bei Messungen mit niedrigeren Raten stehen folgende Optionen für die Datenverarbeitung zur Verfügung:

  • Langsamer als 1/s – kontinuierliches Speichern in einer EXCEL- oder CSV-Datei
  • Von 0,1/s bis 20/s – kontinuierliches Abrufen über RPC oder UDP

Die HBK-Lösung ermöglicht zudem den gleichzeitigen und kombinierten Einsatz dieser Methoden.

Verarbeitung von Rohdaten

Für jeden wählbaren Zeitblock können mehrmals Daten gespeichert werden (ein Block kann Sekunden bis hin zu einigen Stunden dauern). Das Speichern kann in jedem beliebigen Zeitintervall wiederholt werden – typischerweise jedoch einmal pro Tag.

(Überschreitet das Datenvolumen für einen Zeitblock die Speicherkapazität des Messdurchlaufs (Sweep), empfiehlt HBK die kontinuierliche Aufzeichnung.)

Interessieren Sie sich für Betriebsfestigkeitsprüfungen?

Die HBK-Lösung für Betriebsfestigkeitsprüfungen mit der Software Perception basiert auf unübertroffener Expertise im Bereich der Prüfung elektrischer Maschinen und Antriebsstränge. Grundlegende Verfahren der Zuverlässigkeitsprüfung in der Automobilindustrie folgen faktisch denen der Fehlerüberwachung in Stromnetzen, und wir haben auch in der Stromnetzen, und wir haben auch in der  Stromnetzprüfung  einen umfangreichen Erfahrungsschatz zu bieten. Wenden Sie sich noch heute an unsere Vertriebsmitarbeiter*innen, um weitere Informationen zu erhalten.