Digitalisierter Motorenprüfstand

13. April 2021

Im Rahmen ihrer Diplomarbeit haben drei Absolventen des Bildungsgangs zum «Dipl. Techniker/in HF Elektrotechnik» Motoren- und Steuerungstechnik in Kombination mit einem automatisierten Messablauf inklusive Datenerfassung und generiertem Prüfprotokoll eingesetzt, um den Prüfstand wirtschaftlich zu betreiben. Die Arbeit wurde von der Firma Gebrüder Meier AG, Regensdorf in Auftrag gegeben. 

Im Rahmen ihrer Diplomarbeit haben drei Absolventen des Bildungsgangs zum «Dipl. Techniker/in HF Elektrotechnik» Motoren- und Steuerungstechnik in Kombination mit einem automatisierten Messablauf inklusive Datenerfassung und generiertem Prüfprotokoll eingesetzt, um den Prüfstand wirtschaftlich zu betreiben. Die Arbeit wurde von der Firma Gebrüder Meier AG, Regensdorf in Auftrag gegeben.

Der Prüfstand
Die Gebrüder Meier AG ist seit über 100 Jahren in der Instandhaltung von elektrischen Maschinen tätig. Der Motorenprüfstand ist ein wichtiger Bestandteil der Firma, denn durch diesen wird die Qualität von elektrischen Maschinen sichergestellt. Da dieser mittlerweile in die Jahre gekommen ist und nicht mehr dem heutigen Stand der Technik entspricht, lag es an den Studenten, ein geeignetes Konzept zu entwickeln, um den Prüfstand wieder fit für die Zukunft zu machen. Dabei stand die Digitalisierung der Messdatenerfassung und die Erneuerung der Leistungsansteuerung im Mittelpunkt.

Lage der Messdatenerfassung
Die Messdatenerfassung erfolgte komplett von Hand und nahm einiges an Zeit in Anspruch. Ausserdem mussten für verschiedene Messungen unterschiedliche Messgeräte eingesetzt werden, was ebenfalls einen erhöhten Zeitaufwand erforderte.

Lage der Speisesteuerung
Da die Prüflinge komplett unterschiedliche Leistungen und Frequenzen aufwiesen, wurde das Netz des Prüfstands durch einen Generator gespiesen. Diese Konstellation ermöglichte ein leistungs- und frequenzänderbares Netz. Der Generator wurde durch eine Gleichstromtechnologie angetrieben. Aufgrund seines langjährigen Einsatzes wart ein Ausfall der gesamten Energieerzeugung des Prüfstands nicht undenkbar.

Blick in die Zukunft (Digitalisierung)
Das Konzept, welches von den Studenten entwickelt wurde, ermöglichte den Ersatz aller Messgeräte, welche bei den statischen (nicht bewegenden) Messungen zum Einsatz kamen, durch ein einziges Messgerät. Dadurch kann die Zeit, welche für die Messungen benötigt wird, beinahe halbiert werden. Die künftige, digitale Datenerfassung wird durch eine vom Projektteam vorgegebene Applikation ermöglicht. Diese zeigt klare Vorgehensweisen und Entscheidungshilfen bei Messabläufen auf und reduziert somit die vom Benutzer verursachten Fehler auf ein Minimum. Ausserdem kann für gleiche oder ähnliche Maschinentypen ein einheitlicher Messablauf konzipiert werden, anstelle dass dieser wie heute immer wieder auf ein Neues durchdacht werden muss. Diese Vorteile verringern den Zeitaufwand und den damit verbundenen Kostenaufwand immens.

Blick in die Zukunft (neue Speisesteuerung)
Bei der Erarbeitung der neuen Konzepte stach eines klar aus der Menge: Die Wechselstromantriebstechnologie. Mittels dieser wird die bestehende Gleichstromtechnologie durch eine komplett neue Wechselstromtechnologie ersetzt. Durch diese lässt sich der Generator vollständig ausschöpfen, was eine Leistungserhöhung des Prüfstands um knappe 50kW ermöglicht. Ausserdem werden durch den einfachen Aufbau des Wechselstrommotors und durch die Leistungseinsparung die Unterhaltskosten gesenkt. Somit wäre ein klarer Mehrwert für den Kunden bei der Umsetzung dieses Konzepts vorhanden.

Fazit
Die von den Studenten entwickelten Konzepte dienen einerseits dazu, den Prüfstand wieder auf den heutigen Stand der Technik zu bringen und somit die Schwachstellen zu eliminieren und anderseits, um zukünftige Kosten beim Prüfen einzusparen.