Hydraulische Druckschalterkalibrierung

Behnke Präzisionsmesstechnik GmbH

Projektbeschreibung: Hydraulischer Druckprüfstand zur Druckschalterkalibrierung

Der Druckregler PRO350 wurde für die Justage und Endkontrolle von Präzisions-Druckschaltern konzipiert.

Aufgabenstellung:

Ein Hersteller hydraulischer Präzisionsdruckschalter, die in der Avionik verwendet werden, muss im Rahmen seiner Fertigung und der finalen Qualitätskontrolle die Prüflinge auf 'Herz und Nieren' prüfen. Hierbei mussten folgende Anforderungen erfüllt werden:  

  • Hochspannungsprüfung bzw. High-Voltage-Test
  • Isolationsprüfung bzw. Insulation-Resistance-Test
  • Dichtheitstest bzw. Leakage-Test
  • Funktionsprüfung/Schaltpunkttest bzw. Switch-Point-Test
  • Widerstandsprüfung bzw. Bonding-Resistance-Test

Anlagenkonzept:

Für die hydraulischen Funktionsprüfungen wurde der Druckregeler PRO350 ausgewählt und mit Einschüben für die o. a. elektischen Tests ausgestattet.

Der Druckregler arbeitet mit pneumatisch/hydraulischer Druckübersetzung und gestattet einen Druckaufbau bis 350 bar. Als Prüfmedium wurde das in der Luftfahrt - wegen seiner Unbrennbarkeit - verbreitete Prüföl © Skydrol definiert.

Die angeführten Tests teilen sich auf Teiltests über die Schaltkontakte der Druckschalters auf. Elektrische Prüfungen werden entweder mit einem Druck deutlich unter/über den zu erwartenden Schaltpunkten durchgeführt. Soweit ein paralleles Testen möglich ist, wird dies vorgenommen.

Zum Erfassen der Schaltpunkte wird eine Druckrampe für steigenden und fallenden Druck durchfahren. Während dem Steigen und Fallen werden mit dem Microcontroller des PRO350 die Zustände der Schaltkontakte von (hier) 6 Prüflingen sowie zugehörige Druckwerte überwacht. Am Ende des Funktionstests stehen damit für jeden Prüfling Schaltpunkt, Flugzeit und eventuelle Prellzeit als Prüfergebnis zur Verfügung.

Sämtliche Prüfergebnisse werden dokumentiert, dabei für jeden Prüfling automatisch ein Protokoll erstellt und ausgedruckt. Die Protokollerstellung wurde komplett in XML realisiert, so dass die entstehenden Protokolle später mit jedem Browser geöffnet oder durch andere Programme analysiert werden können.

Das PRO350 erzeugt den Ausgangsdruck mit Druckübersetzung, d. h. ein geregelter pneumatischer Primärdruck treibt einen Druckübersetzer an, der diesen in einen hydraulischen Sekundärdruck umwandelt. Leckagen und kleine Lufteinschlüsse werden ausgeregelt bzw. wird Prüföl nachgefördert.

Der Pneumatikteil besteht aus Druckversorgungsanschluss, Druckminderern für Rücksetzdruck, Regelventile und die pneumatisch angetriebene Ölpumpe, den Regelventilen für Einlass und Auslass und Referenzdrucksensor sowie Umsteuerventilen zum Vorschieben/Zurücksetzen des Druckübersetzer-Kolbens.

Der Hydraulikteil besteht aus Druckübersetzer, Ölvorratstank, Referenzdrucksensor 350 bar, Öl-Einlass-, Ölauslass- und Rücklaufventil (mit Filter 90µ), Überströmventil zur Druckbegrenzung und Manometer zur Plausibilitätskontrolle. Die Endlagenstellungen des Hochdruckverdichterkolbens werden durch die Endlagenschalter angezeigt.

Funktionsprinzip: Durch externen Steuerbefehl wird eine Druckvorwahl an den pneumatischen Teil durch den Microcontroller gesetzt. Der Druck wird eingeregelt und schiebt - sofern die Umsteuerung nicht aktiv ist - den Druckübersetzerkolben nach vorn. Es baut sich nun ein Ausgangsdruck auf, solange bis die beiden Drücke (pneumatischer Primärdruck und hydraulischer Sekundärdruck) im Gleichgewicht sind.

Der Übersetzungsfaktor 1:50 ermöglicht mit vorhandenem Hausnetzdruck die sekundärseitige Darstellung des Drucks bis 350 bar.

Im Fehlerfall schaltet sich der Prüfstand ab bzw. kann der Druck jederzeit durch das Drücken der "NULLDRUCK/Not-Aus"-Taste abgesenkt werden. Der Prüflingsadapterblock ist durch eine Schutzhaube abgedeckt. Hochdruck kann nur bei geschlossener Haube (Türkontakt) aufgebaut werden.

Die Kommunikation mit dem externen Steuerrechner und dem dort laufenden Prüfprogramm erfolgt per USB. So ist nicht nur eine hohe Datenübertragung gegeben, sondern durch die Leistungsfähigkeit des Microcontrollers selbst wurden Eigenschaften wie Flug-/Prellzeitmessung möglich. Ausserdem konnten schnellere ereignisorientierte Fehlerbehandlungen realisiert werden. Damit ist für den Prüfbetrieb ein Höchstmaß an Betriebssicherheit gegeben.

Der Druckprüfstand PRO350 ist in zwei 19"-(Einschub-)Gehäusen untergebracht. Elektronik und Hydraulikteil incl. Ölauffangwanne wurden wegen der Aggressivität des ©Skydrols getrennt.

Die Hochdruck-Verrohrung ist Edelstahl in der Dimension 6,14 mm. Der höchstzulässige Druck beträgt 350 bar. Durch die Verwendung von NormalOpen-Ventilen findet bei Pneumatik- oder Stromausfall eine zuverlässige NULLDRUCK-Setzung statt.

 

Software:

Die Software wurde mit © LabView realisiert. Auf der Bedienoberfläche (Screenshot) wurde ein aktiver Pneumatik/Hydraulikplan erstellt. Damit ist für den Bediener jederzeit - sofern autorisiert - ein Eingriff in den Prüfablauf möglich.

Aktive Schalter, deren Schalterstellungen (Common, NormalOpen und NormalClose) und der Schutzhaubenstatus werden angezeigt, ebenso die relevanten Messgrößen und Statusmeldungen.

Zur Schaltpunkterfassung wird eine vorgegebene Druckrampe durchfahren (delta P im Bereich von 0,01 bis 5 bar/s einstellbar) und während dieser Zeit die Schalterzustände und Druckmesswerte dynamisch gemessen. Schaltpunkte, Flug- und eventuelle Prellzeiten werden ermittelt und ausgewertet.

Prüfprotokolle sind im XML-Format angelegt und ermöglichen damit die flexible Anpassung an neue Prüftypen und die leichte Darstellung mit Brower etc.

 

Zusammenfassung: 

  • Messbereich Druck: 0..350 bar relativ
  • Referenzdrucksensoren: mit Kennlinien-Linearisierung: Systemfehler <0,05%v.E.
  • Medium: (Druck-)Luft / © Skydrol
  • Messbereich Hochspannung: 0..1kV
  • Messbereich Isolationswiderstand: 10..2000 MOhm
  • Messbereich Schweissnahttest: 0..10mOhm

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