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Die Erfindung betrifft eine Prüfanlage zum Prüfen einer technischen Einrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Prüfanlage.
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Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs können mit einem Windkanal getestet werden. Falls ein derartiger Test in Abhängigkeit einer Höhe über dem Meeresspiegel durchgeführt werden soll, ist diese Höhe durch Einstellen des Luftdrucks, der von der Höhe abhängig ist, im Windkanal zu simulieren.
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Diesbezüglich wird auf die Druckschriften
US 4 964 298 A und
US 4 847 790 A verwiesen, aus denen jeweils bekannt ist, einen Luftdruck in einem Windkanal zu kontrollieren. Aus dem Artikel ”Stahlbau im Aufwind (Stahlkonstruktionen für die Klima-Wind-Kanäle des BMW Versuchszentrums in München)” von Bilfinger Berger und MCE Stahl- und Maschinenbau ist bekannt, einen Höhenprüfstand eines Windkanals in einer Luftdruckkammer mit massiven Wandelementen anzuordnen.
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Aus der Druckschrift
DE 202 16 485 U1 ist ein Gerät zur Prüfung einer Gasdichte eines offenen Hohlkörpers bekannt. Eine Einrichtung zur Simulation von Witterungsbedingungen ist aus der Druckschrift
DE 10155245 A1 bekannt. Ein Prüfstand zur Höhensimulation ist in der Druckschrift
DE 10 2009 016 807 A1 beschrieben. Weiterhin ist in der Druckschrift
DE 10 2014 205 027 A1 eine evakuierbare flexible Leckageprüfkammer beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, einen Raum, in dem ein Gerät zu prüfen ist, mechanisch zu entlasten.
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Diese Aufgabe wird mit einer Prüfanlage und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen der Prüfanlage und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Prüfanlage ist in einer Umgebung angeordnet, in der ein Umgebungswert für den Luftdruck herrscht. Außerdem ist mit der Prüfanlage eine technische Einrichtung bei bzw. unter einem Prüfwert für den Luftdruck zu prüfen. Die Prüfanlage weist eine innere Kammer auf, die durch eine innere Hülle begrenzt und in der die technische Einrichtung anzuordnen ist, wobei die innere Hülle zumindest teilweise, bspw. abgesehen von ihrem Fundament, von einer äußeren Kammer umschlossen ist, die durch eine äußere Hülle begrenzt ist. Die äußere Hülle ist zumindest teilweise, bspw. abgesehen von ihrem Fundament, von der Umgebung umschlossen. In der inneren Kammer ist der Prüfwert für den Luftdruck einzustellen bzw. eingestellt. In der äußeren Kammer ist ein Zwischenwert für den Luftdruck einzustellen bzw. eingestellt, der sich zwischen dem Umgebungswert und dem Prüfwert des Luftdrucks befindet.
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In der Regel ist von dem Umgebungswert und dem Prüfwert des Luftdrucks ein Wert größer und der andere Wert kleiner, so dass entweder der Umgebungswert größer als der Prüfwert oder alternativ der Prüfwert größer als der Umgebungswert ist. Der Zwischenwert des Luftdrucks ist größer als der kleinere der beiden erstgenannten Werte und kleiner als der größere der beiden erstgenannten Werte des Luftdrucks.
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In Ausgestaltung ist der Umgebungswert des Luftdrucks größer als der Prüfwert des Luftdrucks. Der Zwischenwert des Luftdrucks ist größer als der Prüfwert und kleiner als der Umgebungswert oder gleich dem Umgebungswert. Somit ist mit der Prüfanlage für die technische Einrichtung eine Situation zu prüfen, bei der sich die technische Einrichtung auf einer Höhe befindet, die höher als die Umgebung ist, in der die Prüfanlage angeordnet ist.
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In der inneren Kammer der Prüfanlage ist eine erste Vorrichtung angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Prüfwert des Luftdrucks einzustellen. In der äußeren Kammer ist eine zweite Vorrichtung angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Zwischenwert des Luftdrucks einzustellen. Alternativ oder ergänzend sind derartige Vorrichtungen der jeweiligen Kammer zugeordnet.
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Außerdem weist die innere Hülle mindestens eine innere Schleuse und die äußere Hülle mindestens eine äußere Schleuse auf.
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In weiterer Ausgestaltung weist die Prüfanlage eine dritte Kammer auf, die einerseits durch die innere Hülle der inneren Kammer und andererseits durch eine dritte Hülle begrenzt ist, wobei die dritte Hülle mit der inneren Hülle gasdicht verbunden und von der äußeren Kammer zumindest teilweise umschlossen ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass in der inneren Kammer ein Windkanal angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist möglich, dass die innere Kammer als Teil eines Windkanals ausgebildet ist. Hierbei ist bspw. über Düsen und/oder Turbinen Luft in und/oder durch die innere Kammer der Prüfanlage zu blasen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer Prüfanlage vorgesehen, die in einer Umgebung angeordnet ist, in der ein Umgebungswert für den Luftdruck herrscht, und mit der eine technische Einrichtung bei bzw. unter einem Prüfwert für den Luftdruck zu prüfen ist. Die Prüfanlage weist eine innere Kammer auf, die von einer inneren Hülle begrenzt ist und in der die technische Einrichtung angeordnet wird. Die innere Hülle ist von einer äußeren Kammer umschlossen, die von einer äußeren Hülle begrenzt ist, wobei die äußere Hülle von der Umgebung umschlossen ist. Bei Durchführung des Verfahrens wird in der inneren Kammer der Prüfwert für den Luftdruck eingestellt, wobei in der äußeren Kammer ein Zwischenwert für den Luftdruck eingestellt wird, der sich zwischen dem Umgebungswert und dem Prüfwert des Luftdrucks befindet.
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Üblicherweise ist der Umgebungswert des Luftdrucks größer als der Prüfwert des Luftdrucks. Der Zwischenwert des Luftdrucks wird in diesem Fall kleiner als der Umgebungswert und größer als der Prüfwert eingestellt. Alternativ ist der Umgebungswert des Luftdrucks kleiner als der Prüfwert des Luftdrucks, wobei der Zwischenwert des Luftdrucks größer als der Umgebungswert und kleiner als der Prüfwert eingestellt wird.
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Der Luftdruck in der inneren Kammer wird vor einer Überprüfung der technischen Einrichtung zunächst auf den Zwischenwert und danach auf den Prüfwert eingestellt. Außerdem wird der Luftdruck in der inneren Kammer nach der Überprüfung der technischen Einrichtung von dem Prüfwert auf den Zwischenwert geregelt und der Zwischenwert des Luftdrucks während der Überprüfung beibehalten.
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In weiterer Ausgestaltung ist möglich, dass die äußere Kammer mit der äußeren Hülle innerhalb einer weiteren Kammer angeordnet und durch eine weitere Hülle von einer weiteren Umgebung umschlossen ist, in der ein weiterer Umgebungswert für den Luftdruck herrscht. In diesem Fall herrscht in der weiteren Kammer der voranstehend beschriebene Umgebungswert des Luftdrucks, der auf einen Wert einzustellen ist, der sich zwischen dem weiteren Umgebungswert des Luftdrucks außerhalb der weiteren Hülle und dem Zwischenwert des Luftdrucks innerhalb der äußeren Hülle befindet.
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Mit dem Verfahren wird als technische Einrichtung bspw. ein Kraftfahrzeug überprüft.
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Somit umfasst die vorgestellte Prüfanlage zumindest eine zweistufige bzw. mehrstufige Hülle für einen Windkanal und/oder Klimawindkanal zur Durchführung einer Höhensimulation. Dabei sind Luftdruckdifferenzen zwischen der inneren und der äußeren Kammer sowie zwischen der äußeren Kammer und der Umgebung geringer als es ansonsten bei einem Klimawindkanal der Fall ist, weshalb auf die Hüllen zum Begrenzen der genannten Kammern geringe Kräfte wirken. Demnach ist es auch möglich, die innere Kammer und mindestens eine Düse des Windkanals vergleichsweise groß auszubilden. Bei der Prüfanlage befindet sich demnach die innere Kammer innerhalb der äußeren Kammer. Die Hüllen bzw. entsprechende Wände der genannten Kammern sind üblicherweise druckdicht und/oder gasdicht ausgestaltet, können jedoch im Vergleich zu Wänden herkömmlicher Windkanäle eine reduzierte Festigkeit aufweisen.
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Beispielsweise ist möglich, dass in der Umgebung ein Luftdruck von 1015 hPa herrscht. Falls mit der Prüfanlage eine Höhe von 5500 m über dem Meeresspiegel simuliert werden soll, muss in dem Windkanal ein Luftdruck von 672 hPa herrschen, so dass zwischen dem Windkanal und der Umgebung eine Luftdruckdifferenz von 343 hPa herrscht und auf die Wand 34 300 N/m2 wirken. Dagegen ist bei zweistufiger Ausführung der Prüfanlage der Luftdruck innerhalb der äußeren Kammer auf 875 hPa einzustellen, was einer Höhe von 2000 m über dem Meeresspiegel entspricht. Bei demselben Luftdruck in der inneren Kammer von 671 hPa beträgt die Luftdruckdifferenz lediglich 203 hPa, so dass auf die innere Hülle lediglich eine Kraft von 20300 N/m2 wirkt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfanlage.
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2 zeigt in schematischer Darstellung die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfanlage aus 1, wobei hier weitere Details der Prüfanlage gezeigt sind.
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Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfanlage 2 ist in 1 sowie in 2 schematisch dargestellt, wobei in 2 ergänzend zu 1 weitere Details der Prüfanlage 2 gezeigt sind. Die Prüfanlage 2 umfasst eine zentrale, erste innere Kammer 4, die von einer inneren Hülle 6 umschlossen ist. Außerdem umfasst die Prüfanlage 2 eine äußere Kammer 8, die von einer zweiten äußeren Hülle 10 begrenzt bzw. umschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass die erste innere Kammer 4 innerhalb der zweiten, äußeren Kammer 8 angeordnet ist. Weiterhin ist die Prüfanlage 2 in einer Umgebung angeordnet, wobei die äußere Kammer 8 und somit auch die Prüfanlage 2 durch die äußere Hülle 10 von der Umgebung abgegrenzt ist.
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Außerdem ist in der inneren Kammer 4 ein Prüfstand 12 angeordnet, auf dem hier ein Kraftfahrzeug als technische Einrichtung 14 angeordnet ist. Hierbei ist möglich, dass zumindest Teile eines nicht weiter dargestellten Windkanals innerhalb der inneren Kammer 4 angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass mindestens ein weiterer Teil des Windkanals in der äußeren Kammer 8 angeordnet ist, wobei Wind, der von den Teilen, bspw. Düsen oder Turbinen, der Windanlage erzeugt wird, durch die innere Kammer 4 zu blasen ist. Ferner umfasst die Prüfanlage 2 eine weitere dritte Kammer 16, die zumindest teilweise von einer dritten Hülle 18 umhüllt bzw. begrenzt ist. Dabei ist die dritte Kammer 16 ebenso wie die innere Kammer 4 innerhalb der äußeren Kammer 8 angeordnet und grenzt hier an die innere Kammer 4 an, wobei die dritte Kammer 16 hier neben der dritten Hülle 18 zumindest abschnittsweise auch durch die innere Hülle 6 begrenzt und somit von der inneren Kammer 4 getrennt ist. Allerdings ist hier in der inneren Hülle 6 zwischen der inneren Kammer 4 und der dritten Kammer 16 eine zu öffnende und eine zu schließende Schleuse 20 angeordnet. Die innere Hülle 6 und die äußere Hülle 10 weisen in Ausgestaltung jeweils mindestens eine weitere, hier nicht dargestellte Schleuse auf, durch die technische Einrichtungen 14 aus der Umgebung in die äußere Kammer 8 sowie in die innere Kammer 4 zu transportieren sind.
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Es ist denkbar, dass auch nur in der äußeren Hülle 10 eine weitere Schleuse vorgesehen ist, da die innere Hülle 6 bereits die Schleuse 20 aufweist, durch welche in Kombination mit Schleuse 21 der Hülle 18 ebenfalls die zu prüfenden technischen Einrichtungen in die innere Kammer 4 transportiert werden können.
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2 zeigt ergänzend eine erste Vorrichtung 22, mit der der Prüfwert des Luftdrucks in der inneren Kammer 4 einzustellen ist, und eine zweite Vorrichtung 24, mit der ein Luftdruck in der äußeren Kammer 8 einzustellen ist. Weiterhin zeigt 2 ein erstes Luftdruckmessgerät 26, mit dem der eingestellte Prüfwert des Luftdrucks in der inneren Kammer 4 zu messen ist und ein zweites Luftdruckmessgerät 28, mit dem der Zwischenwert des Luftdrucks in der äußeren Kammer 8 zu messen ist. Mit einem dritten Luftdruckmessgerät 30 ist hier eine Differenz des Luftdrucks zwischen der inneren Kammer 4 und der dritten Kammer 16 zu messen. Mit einem vierten Luftdruckmessgerät 32 ist hier eine Differenz des Luftdrucks zwischen der dritten Kammer 16 und der äußeren Kammer 8 zu messen. 2 zeigt ferner eine Vorrichtung 34, mit der Abgase, die bei Betrieb des Kraftfahrzeugs in der inneren Kammer 4 entstehen, abgesaugt werden und eine erste Recheneinheit 36, die in der dritten Kammer 16 angeordnet ist. Diese Recheneinheit 36 ist weiterhin mit einer zweiten Recheneinheit 38 verbunden, die wiederum mit den Luftdruckmessgeräten 26, 28, 30, 32 sowie den Vorrichtungen 22, 24 zum Einstellen des Luftdrucks mit den jeweiligen Kammern 4, 8 verbunden ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Prüfanlage 2 ist vorgesehen, dass in der inneren Kammer 4 ein Prüfwert für den Luftdruck einzustellen ist, wobei in der Umgebung, in der die Prüfanlage 2 angeordnet ist, ein Umgebungswert für den Luftdruck herrscht, wobei der Umgebungswert für den Luftdruck hier in Ausgestaltung höher als der Prüfwert für den Luftdruck ist.
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Außerdem ist vorgesehen, dass in der äußeren Kammer 8 ein Zwischenwert für den Luftdruck eingestellt wird, der sich zwischen dem Umgebungswert und dem Prüfwert für den Luftdruck befindet und hier größer als der Prüfwert sowie kleiner als der Umgebungswert ist.
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Personen, die unter Durchführung des Verfahrens mit der Prüfanlage 2 die technische Einrichtung 14 innerhalb der inneren Kammer 4 prüfen, werden hier in der dritten Kammer 16 untergebracht, von wo aus sie die technische Einrichtung 14 beobachten sowie die erste Recheneinheit 36 bedienen können.
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Außerdem ist vorgesehen, dass in der dritten Hülle 18, die die dritte Kammer 16 von der äußeren Kammer 8 trennt, ebenfalls eine Schleuse 21 angeordnet ist.
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In der inneren Kammer 4 können neben der mindestens einen Komponente des Windkanals weitere Vorrichtungen zum Prüfen der technischen Einrichtung 14 und somit des Kraftfahrzeugs, bspw. ein Rollenantrieb, angeordnet sein. Außerdem kann die Prüfanlage 2 eine Frischluftzufuhr, eine Luftaufbereitung zur Simulation einer Luftfeuchtigkeit sowie technische Geräte, bspw. Transformatoren, Mittelspannungsstationen und Schaltschränke, umfassen.
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Somit ist die Prüfanlage 2 hier doppelwandig bzw. doppelhüllig ausgebildet. Bei Durchführung des Verfahrens wird die innere Kammer 4 gegenüber der äußeren Umgebung über die äußere Kammer 8 mit einem Differenzdruck beaufschlagt, wodurch Kräfte, die auf die innere Hülle 6 wirken, reduziert werden. Dabei wird diese innere Hülle 6 bei einem offenen Windkanal auch als Plenum bezeichnet. Mit der Prüfanlage 2 sind unabhängig von dem Umgebungswert des Luftdrucks in der Umgebung für die technische Einrichtung 14 unterschiedliche Höhen bei unterschiedlichen Prüfwerten eines hierbei in der inneren Kammer 4 zu erreichenden Unterdrucks gegenüber dem Luftdruck der Umgebung zu simulieren, wobei der Luftdruck in der inneren Kammer 4 umso geringer ist, je höher die zu simulierende Höhe ist. Hierbei ist innerhalb der äußeren Kammer 8 der mittlere Zwischenwert des Luftdrucks einzustellen.
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Falls eine Überprüfung der technischen Einrichtung 14 unterbrochen wird, ist lediglich der Prüfwert des Luftdrucks in der inneren Hülle 4 an den Zwischenwert in der äußeren Hülle 8 anzupassen, wobei lediglich eine vergleichsweise geringe Luftdruckdifferenz zu berücksichtigen ist.
