Datenerfassung in Echtzeit

Im Praxiseinsatz ist die HBM-Technologie dann besonders anwenderfreundlich: Vor Inbetriebnahme werden zunächst die Thermoelemente über eine offene Schnittstelle des QuantumX bequem über die Software LabVIEW* kalibriert. Die Thermoaufnehmer werden danach über den Motorblock, Zylinderkopf und die Abgasanlage verteilt und in verschiedenen Tiefen des Materials appliziert. Im Test durchläuft der Prüfstand verschiedene Betriebspunkte, um die verschiedenen Belastungen während einer Fahrt zu simulieren. QuantumX erfasst dabei die Temperaturen und leitet die Informationen über skalierbare Ausgänge in Echtzeit in das Prüfstandsystem weiter.

QuantumX Temperaturmessung mit LabVIEWTM

„Unser System wird über das QuantumX CANbus-Gateway in das Messsystem des Prüfstands integriert und wir können sofort auf sämtliche Temperaturdaten zugreifen und mit den Daten arbeiten“, erklärt Kanzenbach. Pro Kanal können dabei 300 Temperaturwerte pro Sekunde bei einer Signalbandbreite bis 15 Hz mit 24 Bit Auflösung störunempfindlich erfasst und übertragen werden. Die thermische Kalibrierung der Messkette auf Basis von nur zwei Messpunkten erlaubt eine weitere signifikante Erhöhung der Messgenauigkeit. So wird selbst die Erfassung von sehr kleinen dynamischen Temperaturänderungen sichergestellt. 

Im Prüfstand werden dann die Daten mit den anderen Motorwerten wie der Drehzahl und dem Drehmoment kombiniert. Dort kommt der massenträgheitsoptimierte und für sehr hohe Drehzahlen (bis 30000 rpm) ausgelegte HBM-Drehmomentaufnehmer des Typs T11F zum Einsatz. Die Ergebnisse ermöglichen die Berechnung der Temperaturverteilung im Motor bei verschiedenen Motorbelastungen. „Mit dieser hochgenauen Messung von Temperaturen können die Ingenieure dann die Effizienz von Motoren weiter verbessern“, so Kanzenbach abschließend.

* LabVIEW ist ein eingetragenes Warenzeichen von National Instruments.

Der Kunde

"Wir hatten vier Messverstärkersysteme in der engeren Auswahl. QuantumX von HBM hat uns dann im Praxistest vor allem durch seine extrem geringe Messunsicherheit überzeugt."

Bruno Kanzenbach, Senior Engineer bei Toyota Motorsport GmbH (TMG)

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16-Kanal Thermoelement-Messverstärker QuantumX MX1609

Mit Highspeed Temperaturen messen: Messverstärker QuantumX erfasst Motortemperatur im Toyota Motorsport Prüfstand

330 Stundenkilometer und mehr, rasantes Beschleunigen, scharfes Abbremsen: Langstreckenrennen wie in Le Mans sind eine Belastungsprobe für Motoren. Die Temperaturverteilung spielt dabei eine zentrale Rolle.

Mit einem neuen Prüfstand will die Toyota Motorsport GmbH (TMG), ein führendes auf Hochtechnologie spezialisiertes Test- und Entwicklungsunternehmen, die Temperaturverteilung in Motoren optimieren und die Effizienz steigern. Ausgestattet ist der Prüfstand unter anderem mit dem Messdatenerfassungssystem QuantumX von HBM.

Neuer Verbrennungsmotor-Prüfstand

Die Toyota Motorsport GmbH mit Sitz in Köln hat zu den Formel-1-Zeiten des japanischen Autokonzerns Motoren, Chassis und andere Teile der Rennwagen mitentwickelt und getestet. Seit Toyotas Ausstieg aus der Formel 1 im Jahr 2009 wurde aus dem Unternehmen ein auf Hochtechnologie spezialisiertes Test- und Entwicklungszentrum, das 2012 mit einem Hybridfahrzeug in die FIA WEC Meisterschaft (incl. der 24 Stunden von Le Mans) und damit zum internationalen Motorsport zurückgekehrt ist. Zahlreiche Prüfmethoden bis hin zum Windkanal stehen dort für verschiedene Fahrzeugteile bereit – und zwar nicht nur für Entwicklungen aus dem eigenen Konzern, sondern auch für andere Anbieter aus der Motorsport- und Automobilbranche.

Um das Angebot weiter auszubauen, entschied sich die Motorenabteilung Anfang 2013 dazu, einen neuen Verbrennungsmotor-Prüfstand für die Vielstellentemperaturmessung einzurichten. „Damit lässt sich die Temperaturverteilung im Motor simulieren. Mit diesen Daten können die Ingenieure dann beispielsweise den Kühlkreislauf optimieren und die Effizienz des Motors insgesamt steigern“, erläutert Bruno Kanzenbach, Senior Engineer bei TMG. „Bei den Prüfständen besitzen wir ein großes Know-how, für die Messtechnik verlassen wir uns aber lieber auf die Expertise spezialisierter Anbieter."

Hybrid-System von Toyota

Hochkanalige Messung erforderlich

In die engere Auswahl für den Prüfstand kam daher das Messdatenerfassungssystem QuantumX von HBM. „Wir kennen HBM schon seit vielen Jahren als Spezialist für leistungsfähige Drehmomentmessung. Fast alle unsere Motorprüfstände sind mit Drehmomentaufnehmern von HBM ausgestattet“, so Kanzenbach, der selbst eigentlich im Chassis-Bereich und im Kalibrierlabor arbeitet, aber wegen seiner großen messtechnischen Erfahrung die Verantwortung für die Auswahl der Messtechnik für den neuen Prüfstand übernahm. Er definierte dafür zunächst die Anforderungen: Das System sollte in der Lage sein, zuverlässige Daten von mindestens 100 Messstellen synchron und in Echtzeit direkt in den Prüfstand zu liefern. Dabei sollte die Messtechnik selbst kleinste Temperaturschwankungen genau abbilden können.

„Wir hatten vier Messverstärkersysteme in der engeren Auswahl. QuantumX von HBM hat uns dann im Praxistest vor allem durch seine extrem geringe Messunsicherheit überzeugt“, sagt Kanzenbach. QuantumX ist durch sein modulares verteilbares Systemkonzept flexibel auf die Anzahl der Messstellen einstellbar - alle gängigen Aufnehmertechnologien werden unterstützt. Für TMG lieferte HBM acht Module des Typs MX1609 (16-Kanal Thermoelement-Messverstärker Typ K). Eine besonders hohe Messgenauigkeit ermöglicht dabei auch die direkte Anschlussmöglichkeit der Thermoelementstecker am Gerät.

„Bei Kabelklemmen besteht die Gefahr, dass die Messung durch die vom Motor in den Raum abgegebene Wärme verfälscht wird. Das Problem besteht bei dieser Stecker-Lösung nicht“, erläutert Kanzenbach. „Das spart uns zudem viel Zeit beim Aufbau. Denn ein Motorprüfstand ist ein komplexes Gebilde, weil er ja im Prinzip ein komplettes Auto samt Elektronik, Kühlkreislauf und Auspuff simuliert. Da ist es praktisch, wenn sich die mehr als 100 Messstellen wie beim QuantumX einfach per Stecker an den Messverstärker anschließen lassen und keine zusätzliche aufwändige Verkabelung nötig ist.“ Dadurch lässt sich das Messsystem zudem für Prüfungen an verschiedenen Motoren schnell umrüsten.

16-Kanal Thermoelement-Messverstärker QuantumX MX1609
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