Messtechnik in der Pistenkuh

Hintergrundinfo:
Die Firma promesstec ist der Spezialist für robuste Messtechnik. Um höchste Qualität in klar definierten Fertigungsprozessen der Lebensmittelindustrie, dem schweren Maschinenbau, der chemischen Industrie oder der Wasser- Abwassertechnik zu garantieren, werden höchste Ansprüche an die Prozess- Mess- und Automatisierungstechnik gestellt.
Die von promesstec zur Verfügung gestellte Messtechnik übertrifft die Anforderungen an Genauigkeit im Expeditionsmobilbereich deutlich und macht überall dort, wo nur „ungefähr“ gemessen werden muss, wirtschaftlich keinen Sinn. Daher geben wir keine Preise oder genaue Artikelbezeichnungen an. Wir sind Partner bei Produkttests in der Praxis unter extremen Belastungen, die im Labor nur schwer simuliert werden können.

Messtechnik von promesstec

Die gute Zusammenarbeit mit der promesstec GmbH aus Schüttorf besteht seit 2007 und so war klar, auch die neue Pistenkuh wird mit Messtechnik von promesstec ausgerüstet.

Das Steyr-Pistenkuh- Projekt

An einem Wochenende im Sommer sitzen Holger und Dagmar Beernink, Holger ist Geschäftsführer der promesstec GmbH, bei uns am Lagerfeuer. Das Gespräch kreist natürlich um Messtechnik und unseren Steyr 12M18. Das Lastenheft ist schnell ausgearbeitet:

Die Anforderungen:
Ich will eine exakte Anzeige der Füllstände in den Dieseltanks, eine Überwachung der Kühlmitteltemperatur (Kühlwasser) und eine Unterdruckanzeige der Verbrennungsluftansaugung (um die Funktion des Luftfilters kontinuierlich während des Betriebs zu überprüfen).
Die Forderungen von promesstec sind ebenso schnell genannt:
Holger: „Ich möchte unser Touchpanel TSP im harten Einsatz getestet haben. Im letzten Jahr haben wir über 100 Geräte weltweit eingesetzt und die Nachfrage unserer Industriekunden steigt. Testet das Panel mal richtig durch, Staub, Hitze, Rüttelei, Feuchtigkeit, euer volles Programm. Ich will wissen, ob ihr es kaputt kriegt und wenn ja, wie.
Zudem möchte ich euch als Versuchskaninchen für ein Softwareupdate abseits der Zivilisation nutzen. Ich will das Handling bei Programmänderungen testen. Du wirst keine Programmiersoftware bekommen und keine Einweisung. Ich will wissen, ob jemand ohne irgendwelche Kenntnisse in der Lage ist, ein Update auf dem Panel zu installieren. Die einzigen Hilfsmittel sind ein USB Stick und eine Internetverbindung. Ich will wissen, was ein Laie macht, wenn das Panel nicht startet, wenn Übertragungsgeschwindigkeiten nicht passen, etc.“

„Für einen Idiotentest deiner Produkte sind wir genau die richtigen Partner“, sage ich grinsend.
„Naja, wir machen das nicht zum Spaß, wir wollen mit den Erfahrungen das Handling einfacher machen, die Zeit für Servicetechniker minimieren und uns so einen Vorteil gegenüber den Mitbewerbern sichern.“
Ich werfe ein paar Scheite Holz ins Feuer.
„Ihr bei promesstec seid schon ganz schön verrückt.“
„Die Standartlösungen sind unser tägliches Geschäft, die Herausforderungen sind die Sonderwünsche der Kunden, das Ungewöhnliche, das Extreme. Und genau daran habe ich Spaß.
Für euch beginnt der Spaß ja auch da, wo man mit normalem Antrieb nicht mehr weiter kommt.“

Die Abgastemperaturmessung

Holger hat also Spaß am Extremen und mir fällt ein Gespräch mit einem Freund ein: „Fährt man einen getunten Motor im Rallyesport bis an seine Belastungsgrenze, gibt es nur zwei Werte die für den Fahrer wichtig sind:
Drehzahl und Abgastemperatur. Du musst dir das so vorstellen: Unter Dauervollgas wird der Motor extrem heiß, der Abgaskrümmer beginnt kirschrot zu glühen. Noch heißer werden die Auslassventile, diese sitzen im direkten Hitzestrahl, so als würde man einen Schweißbrenner darauf halten. An einem bestimmten Punkt verformen sich die Ventile oder reißen ab, Motortotalschaden ist die Folge. Im Profi-Rennsport geht es darum, soviel Leistung heraus zu holen, dass der Motor dicht an diesem Limit arbeitet. Die Temperaturmessungen an dieser Stelle müssen im Renn- und Rallyesport extrem genau, ganz dicht am heißen Punkt und super schnell sein.“

Das ist doch die Herausforderung die promesstec sucht, denke ich mir und Holger steigt sofort ein: „Ich habe noch keine Idee, aber wir machen das, wir finden eine Lösung.“

Messfühler für hohe Temperaturen

Zwei Monate später steht unsere Pistenkuh in der Halle von promesstec. Die Techniker bauen Sensoren, Temperaturfühler und Messumformer ein. Holger und der Projektleiter „Pistenkuh“ diskutieren, bestellen schließlich einen Spezialisten für besonders hitzebeständige Werkstoffe für den nächsten Tag. Ich bin bei dem Gespräch im Besprechungszimmer dabei, verstehe aber nichts. Ich gebe hier nur die Satzbruchstücke wieder:
„… nein, das geht nicht, normaler Edelstahl verformt sich zu früh…“
„… nein, wir hatten das in der Formal 1 bei den Motoren von … probiert, Porzellan hält die Vibrationen auf Dauer nicht aus. …zerstört dann den Turbo.“
„… wir wollen nicht die Krümmertemperatur messen, sondern die Gastemperatur…“
„… Glasfaser … Teflon …“
„… Messfolge?“ „Jede 100stel Sekunde.“
„… das kann nur Laser geschweißt werden“
„… ich habe noch nie einen Steyr-Motor gesehen, aber aufgrund meiner Erfahrung müsste es so gehen.“
Der Spezialist verabschiedet sich und nimmt den Auftrag für das Material mit, um bei promesstec innerhalb 24 Stunden einen Spezialfühler zu bauen.
„Wir haben nur ein Problem mit der Genauigkeit. Die Abweichung von angezeigter zu tatsächlicher Temperatur ist relativ hoch.“ „Wie hoch?“, will ich wissen. „Bei 1000 Grad kann sie 2 Grad abweichen.“
Damit kann der Steyr leben.

(Anmerkung: Bei einem Serienmotor im Auslieferungszustand des Herstellers ist eine Abgastemperaturüberwachung einfacher zu bewerkstelligen, da die Temperaturen 800 Grad nicht übersteigen. Wir haben eine Lösung gesucht, die eine permanente Messung bis 1300 Grad erlaubt, auch wenn unser Steyr in der nächsten Zeit nicht leistungsoptimiert wird. Ich werde die Abgastemperaturen demnächst regelmäßig veröffentlichen.)

Füllstandanzeigen in den Tanks

Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, werden wir den Füllstand mittels Drucksensoren ermitteln. Die Firma BD|Sensors stellt uns hierfür in Kooperation mit promesstec drei Sensoren zur Verfügung.

Diese werden in den Tank eingelassen und der Füllstanddruck des Diesels unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichts mit dem Außenluftdruck verrechnet. Aufgrund unserer Erfahrung kenne ich die zu verwertende Menge in unseren Tanks (440 Liter Tankgröße, 412 Liter nutzbar) Die nutzbare Menge dient als Rechengrundlage. Auf dem Display des Touchpanel wird die Literzahl im Tank angegeben mit einer Genauigkeit von +/- 300 ml.

Kühlmitteltemperatur

Hier wurde im kleinen Kreis des Motors ein Temperaturfühler eingesetzt (Messbereich -50 bis +150 Grad Celsius). Die Ausgabe auf dem Touchpanel wird farblich hinterlegt und wurde von mir festgelegt: Bis 40° blau, 40,01° bis 70° gelb, 70,01° bis 95° grün, 95,01° bis 100° gelb, 100,01° bis 105° rot und ab 105,01° deutlich rot blinkend.
Die Genauigkeit beträgt 0,01°. Wenn ich das Heizungsgebläse von Stufe 1 auf Stufe 2 Stelle, reagiert das Thermometer.

 

Das Touchpanel

Angezeigt werden die Messdaten auf einem 7 Zoll Touch-Panel TSP, das die Daten loggen (speichern) und über eine USB-Schnittstelle ausgeben kann, so dass sie zur Weiterverarbeitung z.B. mit Excel zur Verfügung stehen. Das Touchpanel wird über ein Bus-System angesprochen und verfügt über verschiedene Schnittstellen. Es wurde die Heavy Duty Ausführung eingebaut.
Die Visualisierung erfolgte nach unseren Wünschen (violetter Hintergrund, Pistenkuh-Schriftzug etc.)

Die Übersichtsanzeige

Auf der Übersichtsanzeige werden alle Messwerte grafisch und nummerisch dargestellt. Da das Touchpanel die Uhrzeit kennt, haben wir daraus auch gleich einen Betriebstundenzähler programmiert. Durch Berühren der Schaltflächen gelangt man zu den Visualisierungen der einzelnen Messwerte, wie z.B. die Abgastemperatur.

Abgastemperatur

Die Abgastemperatur wird alle 1/100 Sekunde gemessen und gespeichert. Die letzten 8 Minuten sind grafisch auf dem Schreiber zu lesen. Das Panel speichert alle Messwerte bis der Speicher voll ist, dürfte etwa für 3-4 Monate ausreichen. Ich kann dann die Messreihe löschen oder mit einem USB-Stick auslesen und in Excel weiterverarbeiten. Die Abgastemperatur schwankt bei Fahrten auf der Autobahn zwischen 280° (bergab ohne Gas) und 530° an Steigungen.

Kühlwassertemperatur

Im Gegensatz zu der recht stark schwankenden Abgastemperatur ist die Kühlwassertemperatur recht konstant. Sie schwankt zwischen 78 und 86 Grad liegt aber zu 90% bei um die 84 Grad. Am Panel lassen sich Grenzwerte und Bereiche programmieren in denen die Farbe je nach Messwert wechselt.

Ansaugunterdruck

Der Ansaugunterdruck ist eigentlich die Wartungsanzeige für den Luftfilter. Im Standgas liegt der Unterdruck bei -1 Millibar. Je nach Drehzahl und Gaspedalstellung (Turbomotor) fällt der Unterdruck auf -24 mbar. Die Warnmeldung lässt sich frei einstellen. Das heißt, wenn einmal die eingestellten -50 Millibar Unterdruck erreicht waren, wird die Anzeige rot hinterlegt bis ich sie zurück setze. (Bei einem Unterdruck von -50 mbar ist der Luftfilter zu ersetzen.)

Ebenso lassen sich auch bei den Tankfüllständen Werte programmieren, bei denen die Anzeige die Farbe wechselt. Diese sind jedoch selbst rückstellend, d.h. sobald getankt wurde erlischt die farbige Hinterlegung.

Natürlich lassen sich auch alle anderen Werte wie Batteriespannung, Öldruck und Temperatur, Bremsdruck etc. mit dem Touchpanel visualisieren, aber das wird ein weiteres Projekt. Jetzt wird erst mal die zur Verfügung gestellte Technik im täglichen Offroadbetrieb getest.

Hier der Link zu unserem Partner: promesstec