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Die
Erfindung betrifft eine Prüfstandsanordnung
zur Durchführung
von Tests an zumindest einem flüssigkeitsdurchströmten Prüfmodul nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Prüfstandanordnungen werden
beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, dazu benutzt, um Einspritzpumpen
und Einspritzventile von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren
zu testen. Die zu testenden Bauteile bilden dabei das Prüfmodul und
werden während
des Prüflaufs
von dem entsprechenden Prüfmedium,
insbesondere Hydraulikflüssigkeit
oder Kraftstoff durchflossen. Das flüssige Prüfmedium wird dabei in einem
Vorratstank der Prüfstandanordnung
gespeichert, so dass insgesamt mehr flüssiges Prüfmedium zur Verfügung steht,
als zur eigentlichen Befüllung
des Prüfmoduls
erforderlich ist.
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Zur
Durchführung
des Tests in der Prüfstandanordnung
wird das Prüfmedium
mit einer Umwälzpumpe
in einem Umwälzkreislauf
umgewälzt,
so dass der jeweils vorgesehene Prüfzyklus abgefahren werden kann.
Dies dient vielfach insbesondere der Kühlung des Prüfmediums.
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Bei
den gattungsgemäßen Prüfstandanordnungen
ist es vorgesehen, dass das flüssige
Prüfmedium
dem Prüfmodul
an dessen Vorlauf mit einer vorgegebenen Vorlauftemperatur zugeführt wird.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass beim Test einer Einspritzpumpe
bzw. eines Einspritzventils der Dieselkraftstoff mit jeweils 90° C zugeführt wird.
Die gattungsgemäßen Prüfstandanordnungen
sind weiterhin dadurch charakterisiert, dass das Prüfmedium innerhalb
des Prüfmoduls
eine Temperaturänderung erfährt. Wird
beispielsweise mit einer zu prüfenden Einspritzpumpe
der Druck im Prüfmedium
auf mehrere hundert Bar bzw. mehrere tausend Bar erhöht anschließend durch
ein Einspritzventil, das in der Art einer Drossel wirkt, hindurchgefördert, so
erfährt
der Kraftstoff eine signifikante Temperaturerhöhung und verlässt das
Prüfmodul
mit einer von der Vorlauftemperatur abweichenden Rücklauftemperatur.
Aus diesem Grund ist in gattungsgemäßen Prüfstandanordnungen jeweils zumindest
eine Temperierungseinrichtung vorgesehen, mit der das Prüfmedium
zur Einhaltung der Vorlauftemperatur temperiert werden kann.
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Beispielsweise
sind bei den aus dem Stand der Technik bekannten Prüfstandanordnungen
Vorratstanks bekannt, mit denen der gesamte Vorrat des darin enthaltenen
Prüfmediums
auf eine vorgegebene Temperatur temperiert werden kann. Eine solche Temperierung
des gesamten Vorrats des flüssigen Prüfmediums,
beispielsweise von Dieselkraftstoff, erfordert jedoch einen zusätzlichen
gerätetechnischen Aufwand,
beispielsweise für
die Beheizung. Bei manchen der üblicherweise
verwendeten Prüfmedien
ist bei entsprechend hohen Temperaturen zudem ein Explosionsschutz
im Vorratstank zusätzlich
erforderlich. Weiterhin nachteilig an der Temperierung des gesamten
Vorrats an Prüfmedium
ist es, dass das Prüfmedium
dadurch einer stärkeren
bzw. vorzeitigen Alterung unterworfen ist und deshalb häufiger ausgetauscht
werden muss. Zudem können
unerwünschte
Wartezeiten vor dem Start der Prüfstandanordnung
durch das notwendige Aufheizen des Prüfmediums im Tank entstehen.
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Alternativ
zur Verwendung von temperierbaren Vorratstanks ist aus dem Stand
der Technik auch bekannt, dass in der Prüfordnung ein Wärmetauscher
vorgesehen ist, mit dem das Prüfmedium
im Vorlauf des Prüfmoduls
auf die gewünschte
Vorlauftemperatur temperiert, beispielsweise erwärmt werden kann. Ein Wärmetauscher
im Rücklauf
zwischen Prüfmodul
und Tank kühlt
das Prüfmedium
wieder ab. Diese Anordnung erfordert einen hohen Energieeinsatz
und verursacht darüber
hinaus einen erheblichen gerätetechnischen
Aufwand.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine neue Prüfstandanordnung
vorzuschlagen, die die Nachteile des vorbekannten Stands der Technik
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Prüfstandanordnung
nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Prüfstandsanordnung
beruht auf dem Grundgedanken, die Temperaturänderung des Prüfmediums
beim Durchlauf durch das Prüfmodul
für die
notwendige Temperierung des Prüfmediums
im Vorlauf des Prüfmoduls
zu nutzen. Erfindungsgemäß ist deshalb
vorgesehen, dass der Rücklauf
und der Vorlauf des Prüfmoduls
derart energetisch miteinander verbunden sind, dass Wärmeenergie
zwischen dem Rücklauf
und dem Vorlauf des Prüfmoduls
ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise kann Wärmeenergie zwischen Rücklauf und Vorlauf
ausgetauscht werden und auf diese Weise genutzt werden.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Prüfmedium aus dem Rücklauf des
Prüfmoduls
primärseitig
durch einen Wärmetauscher
geleitet wird und das Prüfmedium
aus dem Vorlauf des Prüfmoduls
sekundärseitig durch
den Wärmetauscher
geleitet wird. Im Wärmetauscher
wird die Wärmeenergie
zwischen dem Rücklauf
und dem Vorlauf des Prüfmoduls
ausgetauscht. Auf diese Weise wird ein Stoffaustausch zwischen dem
Rücklauf
und dem Vorlauf vermieden, was bei Verschmutzung des Prüfmediums
von Vorteil ist.
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Alternativ
dazu sind der Rücklauf
und der Vorlauf des Prüfmoduls über eine
Bypassleitung miteinander verbunden, so dass ein Bypasskreislauf
gebildet wird. Im Ergebnis kann das Prüfmedium durch die Bypassleitung
aus dem Rücklauf
zu einem Mischpunkt im Vorlauf des Prüfmoduls überströmen. Im Mischpunkt wird dann
das Prüfmedium
aus der Bypassleitung mit dem Prüfmedium
aus dem Umwälzkreislauf
gemischt, wobei sich aus der Mischtemperatur die jeweilige Vorlauftemperatur
im Vorlauf des Prüfmoduls
ergibt. Erfährt
das Prüfmedium
im Prüfmodul
beispielsweise eine Erwärmung,
beispielsweise von 90° C
auf 120° C,
so kann durch Rückführung des
erhitzten Prüfmediums
aus dem Rücklauf
im Mischpunkt durch Zumischung von kaltem Prüfmedium, das beispielsweise
aus dem Vorratstank zugeführt
wird, die gewünschte
Vorlauftemperatur gemischt werden, ohne dass dazu zusätzliche
Energie zugeführt
werden muss. Vielmehr kann durch Mischen des heißen Prüfmediums aus dem Rücklauf des
Prüfmoduls
mit kühlerem
Prüfmedium
aus dem Umwälzkreislauf
die gewünschte
Vorlauftemperatur ohne weiteres eingestellt werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Vorlauftemperatur des Prüfmediums
mit einem Temperatursensor mittelbar oder unmittelbar gemessen werden
kann. Auf diese Weise kann die Vorlauftemperatur während eines
Testlaufs kontinuierlich oder diskontinuierlich überwacht werden. Bei Abweichungen
der Vorlauftemperatur von einer vorgegebenen Solltemperatur können entsprechende
Gegenmaßnahmen
ergriffen werden.
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Erfindungsgemäß beruht
die Einstellung der Vorlauftemperatur des Prüfmediums auf der Mischung des
Prüfmediums
aus dem Umwälzkreislauf mit
Prüfmedium
aus dem Rücklauf.
Soweit eine Temperaturmessung des Prüfmediums vorhanden ist, kann
durch zusätzliche
Verwendung eines Servoventils eine Steuerstrecke oder ein Regelkreis
zur Steuerung bzw. Regelung der Vorlauftemperatur aufgebaut werden.
Als Steuer- bzw.
Regelgröße wird
hierbei die durch Mischung der beiden Teilströme sich ergebende Vorlauftemperatur
gemessen und abhängig von
der Abweichung der gemessenen Vorlauftemperatur von einer vorgegebenen
Solltemperatur das Servoventil entsprechend einer vorgegebenen Steuerstrategie
bzw. Regelstrategie verstellt. Das Servoventil selbst wird dabei
abhängig
von der Steuer- bzw. Regelabweichung von einem Steuer- bzw. Regelorgan
gesteuert.
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Da
die Einstellung der Vorlauftemperatur hinter dem Mischpunkt auf
der Mischung der beiden Teilströme
des Prüfmediums
aus der Bypassleitung bzw. aus dem Umwälzkreislauf beruht, ist es
erforderlich, dass abhängig
vom Prozessverlauf im Umwälzkreislauf
jeweils eine ausreichende Menge von Prüfmedium bei entsprechender
Temperatur vorhanden ist, um die gewünschte Mischtemperatur im Vorlauf
einstellen zu können.
Bei Prozessen mit hohem Energieeintrag im Prüfmodul und langer Prüfdauer kann dies
problematisch werden, wenn sich das Prüfmedium im Vorratstank beispielsweise
soweit aufgeheizt hat, dass nicht mehr genügend kühles Prüfmedium vorhanden ist, um durch
Mischung des heißen
Prüfmediums
aus dem Rücklauf
die gewünschte
Mischtemperatur im Vorlauf einzustellen. Um diesem Problem abzuhelfen
kann in der Prüfstandsordnung,
insbesondere im Umwälzkreislauf,
ein Wärmetauscher zur
Kühlung
und/oder zur Erwärmung
des Prüfmediums
vorgesehen sein. Durch den Wärmetauscher kann
das Prüfmedium
gezielt erwärmt
oder abgekühlt
werden, so dass dann im Umwälzkreislauf
eine ausreichende Menge von Prüfmedium
mit geeigneter Temperatur vorhanden ist, um durch Mischung mit Prüfmedium
aus dem Rücklauf,
das über
die Bypassleitung zurückgeführt ist,
die gewünschte
Mischtemperatur im Vorlauf einzustellen.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass der Vorratstank selbst Teil des Umwälzkreislaufs
ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das bei der Zirkulation
des Prüfmediums
im Umwälzkreislauf
auch der Vorratstank durchlaufen wird. Dadurch ist ein gleichmäßiger Verschleiß des Prüfmediums
sichergestellt. Außerdem
kann je nach Ausführungsform
des Vorratstanks der Vorrattank auch zur Abkühlung des Prüfmediums
genutzt werden.
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Alternativ
dazu kann in der Prüfstandanordnung
auch eine Saugleitung und/oder eine Rückflussleitung vorgesehen sein, über die
der Umwälzkreislauf
jeweils mit dem Vorratstank verbunden ist. Durch die Saugleitung
kann das Prüfmedium
aus dem Vorratstank in den Umwälzkreislauf
angesaugt werden, wohingegen durch die Rückflussleitung das Prüfmedium
aus dem Umwälzkreislauf
zurück
in den Vorratstank zurückströmen kann.
Durch geeignete Auslegung der Druckverhältnisse kann dann erreicht werden,
dass die Saugleitung, die Umwälzpumpe, die
Rückflussleitung
und der Vorratstank einen Rückflusskreislauf
bilden, in dem das Prüfmedium
wiederum zirkuliert. In der Umwälzpumpe überschneiden sich
dann Rückflusskreislauf
und Umwälzkreislauf, so
dass damit für
einen Austausch des Prüfmediums zwischen
den beiden Kreisläufen
gesorgt ist. Die geeigneten Druckverhältnisse können beispielsweise dadurch
eingestellt werden, dass die Umwälzpumpe eine
höhere
Förderleistung
aufweist, als sie zum Betrieb der Prüfstandanordnung im Umwälzkreislauf
erforderlich ist. Die überschüssige Förderleitung
der Umwälzpumpe
sorgt dann dafür,
dass ein Teil des Prüfmediums
durch die Rückflussleitung
zurück
in den Vorratstank strömt.
Auf Grund der hohen Förderleistung
der Umwälzpumpe
ist außerdem
dafür gesorgt,
dass die Umwälzpumpe
mehr Prüfmedium
ansaugt, als durch die Rückflussleitung
im Umwälzkreislauf
zurückströmt. Dies
führt wiederum
dazu, dass eine entsprechende Menge an Prüfmedium über die Saugleitung aus dem Vorratstank
angesaugt wird und sich damit der entsprechende Rückflusskreislauf
bildet.
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Um
Beschädigungen
an den verschiedenen Bauteilen der Prüfstandanordnung, insbesondere
an den Bauteilen des Prüfmoduls,
zu verhindern, können
entsprechende Filterelemente zur Filterung des Prüfmediums
vorgesehen sein. Insbesondere können
Filterelemente am Prüfmodul,
an der Umwälzpumpe
oder an einem eventuell vorgesehenen Wärmetauscher vorgesehen werden.
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Bei
Betrieb der Prüfstandanordnung
kann unerwünscht
Luft in die Leitungen angesogen werden, welche den Betrieb der Prüfstandanordnung stört. Um diese
Luft aus der Prüfstandanordnung
zu entfernen, kann in der Prüfstandanordnung
eine Entlüftungseinrichtung,
beispielsweise eine Entlüftungsdrossel,
vorgesehen sein.
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In
welcher Weise die Prüfstandanordnung konstruktiv
ausgebildet ist, ist grundsätzlich
beliebig. Eine besonders einfache und effektive Konstruktion ergibt
sich, wenn in der Prüfstandanordnung
ein Mischrohr vorgesehen ist, das gemeinsamer Bestandteil des Umwälzkreislaufs
und/oder des Bypasskreislaufs und/oder des Rückflusskreislaufs ist. Im Ergebnis
kann das Mischrohr dann dazu dienen die verschiedenen Teilströme des Prüfmediums
geeignet auf die verschiedenen Kreisläufe zu verteilen, ohne dass
es dazu komplizierter Verteilungseinrichtungen bedarf.
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Um
eine Oxidation und damit vorzeitige Alterung des Prüfmediums
zu verhindern, ist es außerdem
besonders vorteilhaft, wenn der Vorratstank oberhalb der Oberfläche des
Prüfmediums
mit Inertgas befüllbar
ist. Durch das Inertgas wird der Sauerstoff aus dem Vorratstank
verdrängt
und damit eine Oxidation verhindert.
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Außerdem kann
es bei manchen Prozessen von Vorteil sein, wenn der Vorratstank
zusätzlich
gekühlt
bzw. geheizt werden kann, um das im Vorratstank befindliche Prüfmedium
auf diese Weise zusätzlich
zu temperieren.
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Welche
Art von Prüfmodul
in der Prüfstandanordnung
eingebaut und getestet wird, ist grundsätzlich beliebig. Besonders
große
Vorteile bietet die erfindungsgemäße Prüfstandanordnung bei Prüfmodulen,
die eine Drosselstelle, insbesondere ein Ventil, und/oder eine Förderpumpe
und/oder eine Vorförderpumpe
beinhalten. Derartige Prüfmodule
ergeben sich beispielsweise, wenn Bauteile eines Einspritzsystems
für einen
Verbrennungsmotor in einer erfindungsgemäßen Prüfstandanordnung getestet werden
sollen.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und
werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung;
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2 den
schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung;
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3 den
schematischen Aufbau einer dritten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung;
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4 den
schematischen Aufbau einer vierten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung;
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5 den
schematischen Aufbau einer fünften
Ausführungsform
einer Prüfstandanordnung;
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6 den
schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung
mit Mischrohr;
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7 den
schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Prüfungstandanordnung
mit Mischrohr;
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8 den
schematischen Aufbau einer dritten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung
mit Mischrohr;
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9 den
schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung
mit Wärmetauscher;
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10 den
schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Prüfstandanordnung mit
Wärmetauscher.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform 01 zum
Test eines Prüfmoduls 02 schematisch
dargestellt. Bei dem Prüfmodul 02 kann
es sich beispielsweise um eine Dieseleinspritzpumpe handeln, die strömungstechnisch
in der Art einer Förderpumpe 03 mit
nachgeordneter Drosselstelle 04 modelliert ist.
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In
einem Vorratstank 05 ist ein Prüfmedium 06 bei einer
Temperatur von beispielsweise unter 50° C bevorratet. Mit einer Umwälzpumpe 07 wird
das Prüfmedium
aus dem Vorratstank 05 angesaugt und in Richtung des Prüfmoduls 02 gefördert. Im
Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 ist
ein Filterelement 09 vorgesehen, um die Förderpumpe 03 bzw.
die Drosselstelle 04 vor Verunreinigung im Prüfmedium 06 zu
schützen.
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Während des
Betriebs der Prüfstandsanordnung 01 zum
Test des Prüfmoduls 02 soll
das Prüfmedium 06 im
Vorlauf 08 eine Temperatur von z.B. 90° C aufweisen. Durch die Prozessbedingungen
im Prüfmodul 02 erwärmt sich
das Prüfmedium 06 während des
Durchlaufs und verlässt
das Prüfmodul 02 am
Rücklauf 10 beispielsweise
mit einer Rücklauftemperatur
von 150° C.
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Um
die gewünschte
Vorlauftemperatur von 90° C
am Vorlauf 08 ohne zusätzliche
Heizeinrichtungen bzw. Kühleinrichtungen
einstellen zu können,
ist in der Prüfstandanordnung 01 eine
Bypassleitung 11 vorgese hen. Durch die Bypassleitung 11 kann
das Prüfmedium
aus dem Rücklauf 10,
das eine Temperatur von 150° C
aufweist in den Vorlauf 08 überströmen. An einem Mischpunkt 12 wird
das heiße
Prüfmedium
aus der Bypassleitung 11 mit kälterem Prüfmedium, das mit der Umwälzpumpe 07 aus
dem Vorratstank 05 nachgefördert wird, gemischt. Um die
gewünschte
Vorlauftemperatur von 90° C
als Mischtemperatur zu erreichen, wird die Vorlauftemperatur im Vorlauf 08 mit
einem Temperatursensor 13 gemessen und abhängig von
dem Temperaturmessergebnis ein Stellventil 14 verstellt.
Liegt die Mischtemperatur oberhalb der gewünschten Vorlauftemperatur, so
wird das Stellventil 13 geöffnet und eine größere Menge
des kälteren
Prüfmediums
aus dem Vorratstank 05 nachgefördert. Liegt dagegen die Vorlauftemperatur
im Vorlauf 08 unterhalb der gewünschten Solltemperatur, wird
das Stellventil 13 weiter geschlossen und dadurch die Menge
des kühleren
Prüfmediums
aus dem Vorratstank 05 verringert.
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Strömungstechnisch
sind bei der Prüfstandanordnung
zwei Prüfmedienkreisläufe vorhanden. Im
Umwälzkreislauf 15 wird
das Prüfmedium 06 durch
Antrieb der Umwälzpumpe 07 durch
das Stellventil 14, den Vorlauf 08, das Prüfmodul 02,
den Rücklauf 10 und
den Vorratstank 05 umgewälzt. Im Bypasskreislauf 16 zirkuliert
das Prüfmedium 06 durch
den Vorlauf 08, das Prüfmodul 02,
den Rücklauf 10 und
die Bypassleitung 11. Im Mischpunkt 12 überschneidet
sich der Umwälzkreislauf 15 mit
dem Bypasskreislauf 16, so dass durch Mischung der unterschiedlich
warmen Teilströme
des Prüfmediums im
Umwälzkreislauf 15 bzw.
Bypasskreislauf 16 die gewünschte Vorlauftemperatur eingestellt
wird.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform 17 einer
Prüfstandanordnung
zum Test eines Prüfmoduls 02 schematisch
dargestellt. Der wesentliche Aufbau des Prüfstandmoduls 17 entspricht
dem Aufbau des Prüfstandmoduls 01.
Auch hier ist der Vorratstank 05 Teil des Umwälzkreislaufs 15.
Im Unterschied zur Prüfstandanordnung 01 ist
bei der Prüfstandanordnung 17 zusätzlich ein
Wärmetauscher 18 vorhanden,
mit dem das Prüfmedium 06 im
Umwälzkreislauf 15 zusätzlich temperiert
werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise
zu Beginn eines Testlaufs im Rücklauf 10 noch
nicht ausreichend heißes
Prüfmedium
vorhanden ist, so dass die gewünschte
Vorlauftemperatur durch Mischung des heißen Prüfmediums mit dem kälteren Prüfmedium
aus dem Vorratstank 05 noch nicht eingestellt werden kann.
Durch Erwärmen
des Prüfmediums
im Wärmetauscher 18 kann
dann ohne weiteres die gewünschte
Vorlauftemperatur erreicht werden.
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Umgekehrt
kann es bei sehr langen Testläufen
vorkommen, dass sich das Prüfmedium 06 im Vorratstank 05 so
stark erwärmt
hat, dass die Vorlauftemperatur von 90° C durch Mischen des Prüfmediums
aus der Bypassleitung 11 mit dem kühleren Prüfmedium aus dem Vorratstank 05 nicht
mehr einstellbar ist. In diesem Fall kann das Prüfmedium 06 im Wärmetauscher 18 auch
heruntergekühlt
werden, um die gewünschte
Mischtemperatur im Vorlauf 08 durch Mischen mit dem heißen Prüfmedium
aus der Bypassleitung 11 einstellen zu können.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform 19 einer
Prüfstandanordnung
schematisch dargestellt. Die Prüfstandanordnung 19 unterscheidet
sich von den beiden Prüfstandanordnungen 01 und 17 dadurch,
dass der Vorratstank 05 nicht Teil des Umwälzkreislaufes 20 ist.
Stattdessen wird das Prüfmedium
im Umwälzkreislauf 20 durch
Antrieb der Umwälzpumpe 07 ohne
Durchleitung durch den Vorratstank 05 umgewälzt. Hinter
der Umwälzpumpe 07 ist
wiederum der Wärmetauscher 18 zur
Kühlung bzw.
Erhitzung des Prüfmediums 06 im
Umwälzkreislauf 20 vorgesehen.
Außerdem
ist im Umwälzkreislauf 20 vor
der Umwälzpumpe 07 und
hinter dem Wärmetauscher 18 jeweils
ein Filterelement 09 vorgesehen.
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Zusätzlich sind
in der Prüfstandanordnung 19 eine
Saugleitung 21 und eine Rückflussleitung 22 mit
einem Druckbegrenzungsventil 23 vorgesehen. Die Saugleitung 21 und
die Rückflussleitung 22 verbinden
den Umwälzkreislauf 20 mit
dem Vorratstank 05. Durch die Saugleitung 21 wird
außerdem
ein Druckausgleich gewährleistet.
Bei der Prüfstandan ordnung 19 sollte
die Pumpleistung der Umwälzpumpe 07 so
hoch eingestellt, dass mehr Prüfmedium
gefördert
wird, als im Umwälzkreislauf 20 zum
Test des Prüfmoduls 02 erforderlich
ist. Dieser Überschuss
an von der Umwälzpumpe 07 gefördertem
Prüfmedium fließt durch
die Rückflussleitung 22 zurück in den Vorratstank 05.
Außerdem
saugt die Umwälzpumpe 07 auf
Grund ihrer hohen Förderleistung
mehr Prüfmedium
an, als durch den Rücklauf 10 zurück in den Umwälzkreislauf 20 fließt. Dieses
Zuwenig an Prüfmedium
wird deshalb über
die Saugleitung 21 aus dem Vorratstank 05 angesaugt,
so dass sich im Ergebnis ein Rückflusskreislauf 24 bildet,
in dem das Prüfmedium 06 wiederum
zirkuliert. Damit kann beispielsweise vermieden werden, dass heißes Prüfmedium
in den Vorratstank gelangt. Aufgrund der Überschneidung des Umwälzkreislaufs 20 und
des Rückflusskreislaufs 24 in
der Umwälzpumpe 07 ist
für eine ausreichende
Durchmischung des Prüfmediums
gesorgt, so dass der gesamte Vorrat des Prüfmediums 06 im Vorratstank 05 während des
Betriebs der Prüfstandanordnung 19 genutzt
wird.
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Durch
geeignete Auslegung der Fördermenge
und der Leitungsquerschnitte kann ein vom Betriebszustand nahezu
unabhängiger
konstanter im Rücklauf 10 gehalten
werden. Dieser Druck kann bis auf das Druckniveau im Vorratstank 06 abgesenkt werden.
Durch Drosseln oder Druckbegrenzungsventile kann der Druck eingestellt
werden. Eine Bypassleitung 41 mit einstellbarer Drossel
sorgt für
eine Mindestdurchmischung der Kreisläufe 16 und 20.
Die Gewährleistung
der Mindestdurchmischung der Kreisläufe kann je nach Auslegung
und Betriebszustand des Prüfstandes
notwendig sein, um sicherzustellen, dass das Prüfmedium in allen Kreisläufen ungefähr gleichmäßig verschleißt. Dies
ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Stellventil 14 völlig geöffnet oder
komplett geschlossen ist.
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Die
in 4 dargestellte Prüfstandanordnung 25 stimmt
weitgehend mit dem Aufbau der Prüfstandanordnung 19 überein und
unterscheidet sich lediglich durch das Prüfmodul 26, das neben
einer Förderpumpe 03 und einer
Drosselstelle 04 ein Filterelement 09 und eine
Vorförderpumpe 27 umfasst.
Filterelement 09 und eine Vorförderpumpe 27 können aber
auch Teil des sonstigen Aufbaus des Prüfstands sein.
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Bei
der in 5 dargestellten Prüfstandanordnung 28 ist
zusätzlich
zum Aufbau der Prüfstandanordnung 25 eine
Bypassleitung 42 mit Entlüftungsdrossel 29 vorgesehen,
die in den Vorratstank 05 mündet. Die Entlüftungsdrossel 29 dient
der Entlüftung
des Prüfmediums 06 im
Umwälzkreislauf 20. Die
Bypassleitung 42 gewährleistet
eine Mindestdurchmischung des Prüfmediums
mit dem Vorrat im Vorratstank 05.
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In 6 ist
eine Prüfstandanordnung 30 dargestellt,
deren prinzipielle Funktion der Prüfstandanordnung 19 aus 3 entspricht,
wobei die Filterelemente 09 der Prüfstandanordnung 19 entfallen
sind. Stattdessen ist eine zusätzliche
Umwälzpumpe 31 mit
einem vorgeordneten Filterelement 32 und einem nachgeordneten
Filterelement 33 vorhanden, das für eine ausreichende Reinigung
des Prüfmediums 06 sorgt.
Außerdem
ist eine zusätzliche
Bypassleitung 34 vorhanden, mit der das Druckbegrenzungsventil 23 in
der Rückflussleitung 22 umgangen
werden kann.
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Die
Besonderheit der Prüfstandanordnung 30 liegt
in einem Mischrohr 35, das gemeinsames Bestandteil des
Umwälzkreislaufs 20 des
Bypasskreislaufes 16 und des Rückflusskreislaufs 24 ist. Wie
bei der Prüfstandanordnung 19 wird
das Prüfmedium
aus dem Umwälzkreislauf 20 am
Mischpunkt 12 mit dem Prüfmedium aus dem Bypasskreislauf 16 gemischt
und die Mischtemperatur im Vorlauf 08 am unteren Ende des
Mischrohrs 35 mit dem Temperatursensor 13 gemessen.
Abhängig
vom Testergebnis wird das Stellventil 14 verstellt um die
gewünschte Vorlauftemperatur
im Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 einzustellen.
Das im Prüfmodul 02 erhitzte
Prüfmedium 06 gelangt über den
Rücklauf 10 zurück zum Mischrohr 35.
Ein Teil des Prüfmediums 06 aus
dem Rücklauf 10 fließt dann
abhängig
von der Einstellung des Stellventils 14 zum Mischpunkt 12.
Der dann noch überschüssige Anteil
des Prüfmediums
fließt nach
oben durch das Mischrohr 35 und wird von der Umwälzpumpe 07 zirkulierend
durch den Wärmetauscher 18 umgewälzt. Die
Pumpleistung der Umwälzpumpe 07 ist
auch hier so hoch eingestellt, dass mehr Prüfmedium gefördert wird, als im Umwälzkreislauf
zum Test des Prüfmoduls 02 erforderlich
ist. Dieser Überschuss
an von der Umwälzpumpe 07 gefördertem
Prüfmedium
fließt
zurück
in den Vorratstank 05. Um die Entlüftung des Prüfmediums
sicherzustellen bzw. um zu vermeiden, dass Luft oder sonstiges Gas
in das Prüfmodul 02 angesaugt
wird ist es vorteilhaft, wenn der Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 an
der tiefsten Stelle des Mischrohrs 35 abzweigt und der
Mischpunkt 12 unmittelbar darüber liegt.
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Um
die Druckverhältnisse
im Mischrohr 35 bzw. im Vorlauf 08 möglichst
unabhängig
vom Betriebszustand des Prüfstandes
zu machen und beispielsweise konstant auf einen gemeinsamen Wert zu
halten, ist eine geeignete Dimensionierung der Leitungen notwendig.
Die Bypassleitung 34 gewährleistet wiederum einen Mindestaustausch
des Prüfmediums
mit dem Inhalt im Vorratstank 05. Die Bypassleitung 34 außerdem kann
mit einer Entlüftungsdrossel
ausgestattet sein. Die Bypassleitung 43 dient dem Mindestaustausch
zwischen den verschiedenen Kreisläufen, insbesondere auch dann,
wenn das Ventil 14 komplett geschlossen ist.
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Bei
der in 7 dargestellten Prüfstandanordnung 30 ist
statt der Umwälzpumpe 31 und
den beiden Filterelementen 32 und 33 ein Filterelement 09 im
Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 vorgesehen.
Außerdem
ist noch eine Vorförderpumpe 27 vorhanden. Durch
ein zusätzliches
Druckbegrenzungsventil 37, das vor dem Prüfmodul 02 aus
dem Vorlauf 08 abzweigt und in das Mischrohr 35 mündet kann
der Vorförderdruck
eingestellt werden. Außerdem
ist ein zusätzlicher
Hahn 38 vorhanden, der parallel zum Druckbegrenzungsventil 37 aus
dem Vorlauf 08 abzweigt. Durch Öffnen des Hahns 38 kann
je nach Auslegung der Vorförderdruck
auf einen gewünschten
Wert, beispielsweise von circa 0 Bar oder weniger reduziert werden.
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Bei
der in 8 dargestellten Prüfstandanordnung 39 ist
eine Saugleitung 40 vorgesehen, durch die die Umwälzpumpe 07 direkt
Prüfmedium 06 aus
dem Vorratstank 05 ansaugen kann. Die Saugleitung 40 ersetzt
die Saugleitung 21 und gewährleistet wiederum eine ausreichende
Mindestdurchmischung des Prüfmediums.
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Bei
der in 9 dargestellten Prüfstandanordnung 44 dient
ein Wärmetauscher 45 dazu,
dass Wärmeenergie
zwischen dem Rücklauf 10 und
dem Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 ausgetauscht
wird. Das Prüfmedium
aus dem Rücklauf 10 des
Prüfmoduls 02 wird
primärseitig
durch einen Wärmetauscher 45 geleitet.
Das Prüfmedium
aus dem Vorlauf 08 des Prüfmoduls 02 wird sekundärseitig
durch den Wärmetauscher 45 geleitet.
Eine stoffliche Durchmischung der Prüfmedien aus Vorlauf 08 und
Rücklauf 10 findet
dabei nicht statt. Es wird nur Wärme
ausgetauscht, um beispielsweise ein Vorwärmung des Prüfmedium
im Vorlauf 08 mit Wärme
aus dem Prüfmedium
des Rücklauf 10 zu
erreichen.
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10 stellt
schematisch einer zweiten Ausführungsform 46 einer
Prüfstandanordnung
mit Wärmetauscher 45 dar.
Der Aufbau der Prüfstandanordnung 46 entspricht
dabei der Prüfstandanordnung 25 aus 4 wobei
entsprechend dem Prinzip zur Vermeidung einer stoffliche Durchmischung
der Prüfmedien
aus Vorlauf 08 und Rücklauf 10 der
Wärmetauscher 45 eingesetzt
wird, um die Wärme
aus dem Rücklauf 10 auf
den Vorlauf 08 überzuleiten.
Im Unterschied zur Prüfstandanordnung 44 ermöglicht die Prüfstandanordnung 46 jedoch
eine Temperaturreglung am Vorlauf 08 durch Beimischen kühleren Prüfmediums 06 aus
dem Tank 05.
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- 01
- Prüfstandanordnung
- 02
- Prüfmodul
- 03
- Förderpumpe
- 04
- Drosselstelle
- 05
- Vorratstank
- 06
- Prüfmedium
- 07
- Umwälzpumpe
- 08
- Vorlauf
des Prüfmoduls
- 09
- Filterelement
- 10
- Rücklauf des
Prüfmoduls
- 11
- Bypassleitung
- 12
- Mischpunkt
- 13
- Temperatursensor
- 14
- Stellventil
- 15
- Umwälzkreislauf
- 16
- Bypasskreislauf
- 17
- Prüfstandanordnung
- 18
- Wärmetauscher
- 19
- Prüfstandanordnung
- 20
- Umwälzkreislauf
- 21
- Saugleitung
- 22
- Rückflussleitung
- 23
- Druckbegrenzungsventil
- 24
- Rückflusskreislauf
- 25
- Prüfstandanordnung
- 26
- Prüfmodul
- 27
- Vorförderpumpe
- 28
- Prüfstandanordnung
- 29
- Entlüftungsdrossel
- 30
- Prüfstandanordnung
- 31
- Umwälzpumpe
- 32
- Filterelement
- 33
- Filterelement
- 34
- Bypassleitung
- 35
- Mischrohr
- 36
- Prüfstandanordnung
- 37
- Druckbegrenzungsventil
- 38
- Hahn
- 39
- Prüfstandanordnung
- 40
- Saugleitung
- 41
- Bypassleitung
- 42
- Bypassleitung
- 43
- Bypassleitung
- 44
- Prüfstandanordnung
- 45
- Wärmetauscher
- 46
- Prüfstandanordnung