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Die Erfindung betrifft Flüssigkeitskreisläufe zur Temperaturregelung und im besonderen einen Prüfstand mit einem Flüssigkeitskreislauf zur Simulation einer Temperaturregelung.
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Ein eingebettetes System ist ein durch einen Endanwender im Regelfall nicht umprogrammierbares Computersystem, das in einer Vorrichtung fest verbaut ist, um in der Vorrichtung eine Steuerung, Regelung oder Überwachung vorzunehmen. Oft werden eingebettete Systeme in Form kompakter, autonomer Einheiten produziert, die über Schnittstellen mit der Vorrichtung, in der sie verbaut sind, kommunizieren, und werden dann auch als elektronische Steuergeräte bezeichnet. Viele eingebettete Systeme übernehmen sicherheitsrelevante Aufgaben, beispielsweise im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt und bei der Steuerung von Industrierobotern. Die auf derartigen eingebetteten Systemen hinterlegte Software wird vor der Serienfertigung des jeweiligen Systems aufwendig auf fehlerfreie Funktion geprüft.
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Ein etabliertes Verfahren dazu ist die Hardware-in-the-Loop-Simulation. Dabei wird ein echtzeitfähiger Simulationsrechner oder kurz HIL (für Hardware in the Loop) mit dem zu testenden eingebetteten System, im folgenden als Prüfling bezeichnet, verschaltet und eingerichtet, um in harter Echtzeit ein Softwaremodell zur Simulation einer Umgebung des Prüflings abzuarbeiten. Anhand des Softwaremodells berechnet der HIL Eingangsdaten für den Prüfling, beispielsweise simulierte Sensorwerte, und stellt diese dem Prüfling über seine Dateneingänge zur Verfügung. Umgekehrt liest der HIL Ausgangsdaten des Prüflings, beispielsweise Steuersignale für Aktoren, aus den Datenausgängen des Prüflings aus und verarbeitet die Ausgangsdaten anhand des Softwaremodells. Der Prüfling arbeitet demnach in einer weitgehend virtuellen Umgebung und ist in dieser gefahrlos und auf reproduzierbare Weise testbar. Oft werden HILs auch in Form von Prüfständen gebaut und enthalten dann neben dem Prüfling selbst noch weitere physische, d.h. nicht virtuelle, Komponenten, die ebenfalls mit dem Simulationsrechner in Wechselwirkung stehen. Bei den weiteren physischen Komponenten kann es sich insbesondere um durch den Prüfling angesteuerte Komponenten handeln, beispielsweise einen Motor, einen geregelten Stoßdämpfer oder ein Bremssystem.
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Die Erfindung betrifft den Spezialfall, dass im Endprodukt, in dem das in Serie gefertigte eingebettete System verbaut werden soll, eine Kühlung, Heizung oder Temperaturregelung des eingebetteten Systems durch einen Flüssigkeitskreislauf vorgesehen ist. Das Softwaremodell zur Simulation der Umgebung des Prüflings wird in diesem Fall eine Simulation des Flüssigkeitskreislaufs beinhalten. Um deren physikalische Wirkung auf den Prüfling korrekt nachzustellen, benötigt der HIL eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Prüflings, um dessen tatsächliche Temperatur den Vorgaben des Softwaremodells anzupassen, idealerweise in Form eines eigenen Flüssigkeitskreislaufs, um die Umwelt des eingebetteten Systems im Endprodukt realistisch nachzubilden. Der Flüssigkeitskreislauf muss eingerichtet sein, um die mittels des Softwaremodells berechneten Vorgaben exakt nachzubilden, d.h. neben der Temperatur der Flüssigkeit muss auch deren Volumenstrom auf einem möglichst weiten Intervall genau regelbar sein. Aus dem Stand der Technik bekannte Flüssigkeitskreisläufe sind aber für eine derartige Regelung ihres Volumenstroms nicht eingerichtet.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein den Stand der Technik erweiterndes Verfahren zur Regelung des Volumenstroms eines Flüssigkeitskreislaufs zu beschreiben, das auf einem weiten Wertebereich eine für die Anforderungen einer Hardware-in-the-Loop-Simulation hinreichend genaue Regelung des Volumenstroms ermöglicht. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Prüfstand mit einem Flüssigkeitskreislauf zur Beeinflussung der Temperatur eines Prüflings zu beschreiben, der eine für die Anforderungen einer Hardware-in-the-Loop Simulation hinreichend genaue Regelung sowohl der Temperatur als auch des Volumenstroms des Flüssigkeitskreislaufs auf einem weiten Wertebereich ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Prüfstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände von abhängigen Ansprüchen.
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Ein Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Regelung des Volumenstroms eines ersten Flüssigkeitskreislaufs mit einer Flüssigkeit, wobei in dem ersten Flüssigkeitskreislauf eine Pumpe und ein Drosselventil in Serie geschaltet sind. In Abhängigkeit eines Sollwerts des Volumenstroms wird die Öffnungsweite des Drosselventils, insbesondere der Strömungsquerschnitt innerhalb des Drosselventils, eingestellt. Durch die Einstellung der Öffnungsweite des Drosselventils wird die Kennlinie der Pumpe, die den Volumenstrom durch die Pumpe bzw. im ersten Flüssigkeitskreislauf über den Differenzdruck der Pumpe aufträgt, beeinflusst. Nachdem das Drosselventil auf eine Öffnungsweite eingestellt und dadurch eine Kennlinie der Pumpe eingestellt wurde, wird der Differenzdruck der Pumpe so eingestellt, dass der Volumenstrom im ersten Flüssigkeitskreislauf dem Sollwert des Volumenstroms entspricht.
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Mit dem Differenzdruck der Pumpe ist die durch die Pumpe aufgebaute Druckdifferenz zu beiden Seiten der Pumpe gemeint und somit die über den gesamten ersten Flüssigkeitskreislauf abfallende Druckdifferenz. Der Differenzdruck ist somit durch Ansteuerung der Pumpleistung der Pumpe grundsätzlich einstellbar.
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Flüssigkeitskreisläufe mit Drosselventilen zur gezielten Beeinflussung einer Pumpenkennlinie sind im Stand der Technik bereits bekannt. Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 204 607 A1 offenbart die Anwendung eines Drosselventils zur Erhöhung des Leitungswiderstands zur Förderung eines geringen Volumenstroms, der bei weiter geöffnetem Drosselventil eine unterhalb einer Mindestförderhöhe liegende Pumpleistung erfordern würde. Die Offenlegungsschrift
DE 199 12 588 A1 offenbart ein Rohrnetzsystem mit Drosselventilen zur Einstellung einer Pumpenkennlinie, auf der ein energieeffizienter Betrieb einer Pumpe möglich ist.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sie die Regelbarkeit des Volumenstroms hinsichtlich ihrer Genauigkeit auf einem weiten Wertebereich verbessert. Die Kennlinie der Pumpe, so wie sie oben definiert ist, ist unter idealisierten Bedingungen eine Wurzelfunktion gemäß folgender Formel:
(A: Querschnittsfläche der Strömung, D: Dichte der Flüssigkeit, P:
- dynamischer Druck bzw. Differenzdruck.) Bei festgelegter Kennlinie ist eine hinreichend genaue Regelung des Volumenstroms durch Ansteuerung des Differenzdrucks nur innerhalb eines schmalen Werteintervalls des Differenzdrucks möglich, innerhalb dessen der Verlauf der Kennlinie weder zu steil noch zu flach ist. Durch Einstellung der Öffnungsweite des Drosselventils ist es aber möglich, die Querschnittsfläche A abzuändern und aus einer theoretisch unbegrenzten Vielzahl von Kennlinien eine Kennlinie mit einem für den aktuellen Sollwert des Volumenstroms günstigen Verlauf auszuwählen.
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Die angegebene Formel gilt im allgemeinen nur näherungsweise, insbesondere, weil innerhalb des Drosselventils turbulente Strömung möglich ist. Die Kennlinie beschreibt aber auch unter realistischen Annahmen näherungsweise eine Wurzelfunktion.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie auf einem weiten Wertebereich die Regelung des Volumenstroms bei geringem Differenzdruck ermöglicht und auf diese Weise die Sicherheit des Prüfstands erhöht. Bei festgelegter Kennlinie müsste die Pumpe, wegen des abflachenden Verlaufs der Wurzelfunktion, im Fall eines größeren Sollwerts des Volumenstroms einen hohen Differenzdruck aufbauen, um den Volumenstrom der Vorgabe anzupassen. Die Schläuche des Prüfstands würden schnell an ihre Belastungsgrenze gelangen, was vor allem hinsichtlich der möglicherweise hohen Temperatur der Flüssigkeit gefährlich wäre. Der erfindungsgemäße Prüfstand arbeitet durchgehend mit Differenzdrücken deutlich unter 1 bar. Ein druckbedingtes Bersten der Leitungen ist dadurch ausgeschlossen. Falls trotzdem ein Schaden bzw. eine undichte Stelle an den Flüssigkeitsleitungen des Prüfstands auftritt, entsteht keine weite Fontäne aus heißer Flüssigkeit.
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Bevorzugt wird die Öffnungsweite des Drosselventils so eingestellt, dass ein kritischer Wert des Differenzdrucks nicht überschritten wird. Besonders bevorzugt ist der kritische Wert nicht höher als 1 bar, 0,5 bar oder 0,3 bar. Weiterhin bevorzugt wird die Öffnungsweite so eingestellt, dass die erste Ableitung der Kennlinie für den Sollwert des Differenzdrucks einen für die Regelung des Volumenstroms durch Einstellung des Differenzdrucks günstigen Wert aufweist. Das bedeutet, an der Stelle des Differenzdrucks, der dem Sollwert des Volumenstroms entspricht, sollte die erste Ableitung der Kennlinie einen moderaten Wert aufweisen, die Kennlinie also weder zu flach noch zu steil verlaufen, um eine genaue Regelung des Volumenstroms an besagter Stelle zu ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft wird die Öffnungsweite des Drosselventils aus einer vordefinierten, insbesondere in Form einer digitalen Liste hinterlegten, Auswahl von Öffnungsweiten ausgewählt. Dazu wird in einer beispielhaften Ausführung ein vorgesehenes Werteintervall des Volumenstroms in eine Anzahl hinreichend kleiner Teilintervalle zerlegt, für jedes Teilintervall durch Messung eine Kennlinie ermittelt, die innerhalb des vollständigen jeweiligen Teilintervalls einen günstigen Verlauf gemäß obiger Definition aufweist, d.h deren erste Ableitung innerhalb des vollständigen jeweiligen Teilintervalls einen für die Regelung des Volumenstroms günstigen Wert ohne Überschreitung des kritischen Werts des Differenzdrucks aufweist, und die der für jedes Teilintervall ermittelten Kennlinie entsprechende Öffnungsweite des Drosselventils notiert. Auf diese Weise wird eine Tabelle erstellt, die jedem Teilintervall eine Öffnungsweite des Drosselventils zuordnet. Die Tabelle wird als digitale Tabelle in dem Prüfstand hinterlegt. Anhand der Tabelle wird für den Sollwert des Volumenstroms eine Öffnungsweite des Drosselventils ausgelesen und das Drosselventil gemäß der ausgelesenen Öffnungsweite eingestellt.
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In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung wird die Temperatur der Flüssigkeit mittels einer Anzahl von Peltierelementen geregelt. Peltierelemente sind durch Umkehrung der an die Peltierlemente angelegten Spannung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen der Flüssigkeit verwendbar, und ihre Heiz- bzw. Kühlleistung ist durch Skalierung oder Pulsweitenmodulation der angelegten Spannung auf einfache Weise regelbar. Dadurch eignen Peltierelemente sich gut für den Verbau in einem HIL, da ein typischer HIL nativ für die Ausgabe analoger und pulsweitenmodulierter elektrischer Signale, auch mit hoher Leistung, ausgelegt ist.
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Es ist außerdem bevorzugt, dass der Sollwert des Volumenstroms und ein Sollwert für die Temperatur anhand eines Softwaremodells von einem Prozessor berechnet werden. Besonders bevorzugt ist der Prozessor in einem Simulator, insbesondere in einem HIL, verbaut, wobei das Drosselventil, die Pumpe und die Anzahl von Peltierelementen von dem Simulator angesteuert werden und mittels des ersten Flüssigkeitskreislaufs die Temperatur eines Prüflings beeinflusst wird.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Prüfstand zur Simulation eines Flüssigkeitskreislaufs zur Temperaturregelung, der einen ersten Flüssigkeitskreislauf mit einer Flüssigkeit aufweist sowie eine Pumpe und ein Drosselventil, die in dem ersten Flüssigkeitskreislauf in Serie geschaltet sind, und der eingerichtet ist, um ein Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wobei insbesondere der Prüfstand eingerichtet ist, um einen Prüfling aufzunehmen und mittels des ersten Flüssigkeitskreislaufs die Temperatur des Prüflings zu beeinflussen.
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Bevorzugt ist ein Speicherbehälter für die Flüssigkeit sowohl in den ersten Flüssigkeitskreislauf als auch in einen zweiten Flüssigkeitskreislauf eingebunden, wobei der Speicherbehälter und der Füllstand der Flüssigkeit so bemessen sind, dass sich zu jedem Zeitpunkt die überwiegende Menge der Flüssigkeit in dem Speicherbehälter befindet, und wobei an dem zweiten Flüssigkeitskreislauf Peltierelemente zur Regelung der Temperatur der Flüssigkeit in dem Speicherbehälter angeordnet sind.
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Besonders bevorzugt ist der Prüfstand auf zwei separate Komponenten aufgeteilt, wobei in einer ersten Komponente der Prozessor verbaut ist und in der ersten Komponente der Prüfling verbaut ist oder die erste Komponente für die Aufnahme des Prüflings eingerichtet ist, und wobei in einer zweiten Komponente die Hydraulik des Prüfstands abgesehen von dem ersten Flüssigkeitskreislauf verbaut ist, also insbesondere die Pumpe und das Drosselventil, wobei der erste Flüssigkeitskreislauf zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente verlegt ist. Diese Bauweise ist in zweierlei Hinsicht vorteilhaft. Zum einen ist die zweite Komponente, in der das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen implementiert ist, autonom und dadurch auf einfache Weise für andere Prüfstände wiederverwendbar bzw. nachbaubar, und zum anderen sind die Elektrik und die Hydraulik des Prüfstands bestmöglich getrennt, was die Sicherheit des Prüfstands erhöht.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf.
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Es zeigen
- 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Prüfstands in einer bevorzugten Ausführung,
- 2 eine schematische Darstellung der in dem Prüfstand verbauten Hydraulik zur Beeinflussung der Temperatur des Prüflings und
- 3 eine Skizzierung der Kennlinien der Pumpe in Abhängigkeit der Öffungsweite des Drosselventils.
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Die Abbildung der 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen als Hardware-in-the-Loop-Simulator ausgestalteten Prüfstand HIL mit einem Prüfling UUT. Der Prüfling UUT ist in dem dargestellten Anwendungsbeispiel ein intelligenter Gleichspannungswandler für eine Batteriezelle eines Hybridfahrzeugs. Der intelligente Gleichspannungswandler verfügt über ein integriertes elektronisches Steuergerät mit eigenem Prozessor, d.h. der eigentliche Gleichspannungswandler und das Steuergerät zur Steuerung des Gleichspannungswandlers sind als untrennbare Einheit ausgestaltet. Der intelligente Gleichspannungswandler ist außerdem mit einem Wasserdurchfluss ausgestattet und ist ausgestaltet, um in einem Wasserkreislauf zur Kühlung des intelligenten Gleichspannungswandlers verbaut zu werden.
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Der Prüfstand HIL ist aus zwei separaten Komponenten aufgebaut. In einer ersten Komponente CMP1 sind die Prozessoreinheit CPU mit dem Prozessor des Prüfstands HIL und der Prüfling UUT verbaut. In der ersten Komponente sind weiterhin verbaut: Eine Stromversorgungseinheit PSU, ein Einschubfach RCK für eine Vielzahl steckbarer Leiterplatten, insbesondere von I/O-Karten sowie von Karten zur Unterstützung und Entlastung des Prozessors CPU, und eine Elektrik zur Nachbildung der elektrischen Umgebung des Prüflings UUT im Serienfahrzeug in physischer Form. Die Elektrik weist insbesondere auf:
- - Eine Hochspannungsversorgungseinheit HVPS als Spannungsquelle für die Hochspannungsseite des Gleichspannungswandlers UUT,
- - eine Hochspannungsaufnahmeeinheit als Energiesenke für die Hochspannungsseite des Gleichspannungswandlers UUT,
- - eine Niederspannungsversorgungseinheit LVPS als Spannungsquelle für die Niederspannungsseite des Gleichspannungswandlers UUT und
- - eine Niederspannungsaufnahmeeinheit LVPD als Energiesenke für die Niederspannungsseite des Gleichspannungswandlers UUT.
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Die Prozessoreinheit CPU des Prüfstands HIL ist mit einem Softwaremodell programmiert, um eine Umgebung des Prüflings in harter Echtzeit zu simulieren, dem Prüfling anhand des Softwaremodells Eingangsdaten zur Verfügung zu stellen und Ausgangsdaten des Prüflings bei der Abarbeitung des Softwaremodells zu berücksichtigen.
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In einer zweiten Komponente CMP2 ist eine Hydraulik verbaut, um die durch das Softwaremodell simulierte Wasserkühlung des Prüflings in physischer Form nachzubilden. Ein erster Flüssigkeitskreislauf CCL1, mit flüssigem Wasser gefüllt, ist zwischen der ersten Komponente CMP1 und der zweiten Komponente CMP2 verlegt. Der Prüfling UUT ist anhand seines Wasserdurchflusses in den ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 eingebunden, sodass mittels des ersten Flüssigkeitskreislaufs CCL1 die Temperatur des Prüflings UUT beeinflusst wird.
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In dem Einschubfach RCK ist eine I/O-Karte IO eingeschoben, und die erste Komponente CMP1 ist ausgestaltet, um mittels der I/O-Karte IO Daten zwischen der Prozessoreinheit CPU und einer Peripherie der ersten Komponente CMP1 auszutauschen. Anhand von Datenkabeln ist eine Datenverbindung DL zwischen der I/O-Karte IO und der zweiten Komponente CMP2 eingerichtet, und der Prüfstand HIL ist eingerichtet, um mittels der Datenverbindung DL Steuersignale für Aktoren an die zweite Komponente CMP2 zu übertragen und Sensorwerte von der zweiten Komponente CMP2 an die Prozessoreinheit CPU zu übertragen.
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Die Abbildung der 2 skizziert in einer schematischen Darstellung die Hydraulik des Prüfstands HIL mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 und einem zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2. Bis auf einen Teil der Rohr- bzw. Schlauchleitungen des ersten Flüssigkeitskreislaufs CCL1 ist die gesamte Hydraulik, insbesondere alle in der Abbildung räumlich oberhalb der mit dem Bezugszeichen CMP2 versehenen Klammer angeordneten Bauteile, in der zweiten Komponente CMP2 verbaut. Ein Speicherbehälter TNK für das Wasser ist sowohl in den ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 als auch in den zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2 eingebunden und beinhaltet die überwiegende Menge des Wasser in der Hydraulik. Ein von der Prozessoreinheit CPU ausgelesener erster Temperatursensor TS1 misst die Temperatur des Wassers in dem Speicherbehälter TNK. Ein Schwimmschalter FLT misst den Wasserstand im Speicherbehälter TNK und ist eingerichtet, um bei sinkendem Wasserstand den Prüfstand HIL auszuschalten.
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Der erste Flüssigkeitskreislauf CCL1 ist zwischen der ersten Komponente CMP1 und der zweiten Komponente CMP2 verlegt und durch den Wasserdurchfluss des Prüflings UUT geführt. Eine von der ersten Komponente CMP1 angesteuerte erste Pumpe P1 und ein von der ersten Komponente angesteuertes Drosselventil VLV sind in dem ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 in Serie geschaltet. Die erste Pumpe P1 ist in Bezug auf die Flussrichtung des Wassers im ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 vor dem Drosselventil VLV angeordnet. Ein Volumenstromsensor VS, ein zweiter Temperatursensor TS2 und ein dritter Temperatursensor TS3 sind am ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 angeordnet und werden von der Prozessoreinheit CPU ausgelesen. Der Volumenstromsensor VS misst den Volumenstrom im ersten Flüssigkeitskreislauf. Der zweite Temperatursensor TS2 misst die Wassertemperatur vor dem Prüfling UUT, und der der dritte Temperatursensor TS3 misst die Wassertemperatur hinter dem Prüfling UUT. Die Prozessoreinheit CPU ist eingerichtet, um mittels des zweiten Temperatursensors TS2 und des dritten Temperatursensors TS3 die Energiebilanz, insbesondere die Abwärme, des Prüflings UUT zu berechnen.
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Anhand des Softwaremodells berechnet die Prozessoreinheit einen Sollwert für den Volumenstrom im ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 und steuert abhängig von dem Sollwert des Volumenstroms das Drosselventil VLV an, um eine Kennlinie der ersten Pumpe P1 einzustellen. Die Prozessoreinheit CPU ist eingerichtet, um durch Ansteuerung der Pumpleistung der ersten Pumpe P1 den Volumenstrom im ersten Flüssigkeitskreislauf so einzustellen, dass der von dem Volumenstromsensor VS eingelesene Volumenstrom dem Sollwert des Volumenstroms entspricht. Der von dem Softwaremodell berechnete Sollwert des Volumenstroms ist keine Konstante, sondern eine veränderliche Größe, und die Prozessoreinheit CPU ist eingerichtet, um den Volumenstrom im ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 dynamisch an den veränderlichen Sollwert des Volumenstroms anzupassen.
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Die Prozessoreinheit CPU ist außerdem eingerichtet, um mittels des Softwaremodells einen Sollwert für die Temperatur des Wasser im ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1 zu berechnen, und der zweite Flüssigkeitskreislauf CCL2 ist eingerichtet, um die Temperatur des Wassers im Speicherbehälter TNK zu regeln. Eine zweite Pumpe P2 ist im zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2 angeordnet und wird nicht von der Prozessoreinheit CPU angesteuert, sondern arbeitet mit konstanter Pumpleistung. Eine Anzahl von Peltierelementen PLT, in der Abbildung stellvertretend durch ein einziges Peltierelement dargestellt, ist am zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2 angeordnet, um das Wasser im zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2 je nach Bedarf zu heizen oder zu kühlen. Die Prozessoreinheit CPU ist eingerichtet, um mittels des ersten Temperatursensors TS1 und des zweiten Temperatursensors TS2 die Wassertemperatur im ersten Flüssigkeitskreislauf einzulesen und durch Ansteuerung der Peltierelemente PLT dynamisch dem mittels des Softwaremodells berechneten, veränderlichen Sollwert für die Temperatur anzupassen.
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Die Peltierelemente PLT sind mittels einer Wärmetauscherplatte mit dem zweiten Flüssigkeitskreislauf CCL2 gekoppelt. Um die Kühlung des Wassers unter Raumtemperatur zu erleichtern, sind die Wärmetauscherplatte und die Peltierlemente PLT schwebend angeordnet und insbesondere nicht mit der Gehäusewand der zweiten Komponente CMP2 verbunden. Die Abwärme der Peltierelemente PLT wird mittels Ventilatoren aus der zweiten Komponente CMP2 abgeführt.
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Die Abbildung der 3 skizziert anhand eines Kennliniendiagramms der ersten Pumpe die Erstellung einer vordefinierten Auswahl von Öffnungsweiten des Drosselventils VLV. Die in dem Diagramm gezeigten Kennlinien sind beispielhaft und geben keine echten Kennlinien bzw. real durchgeführten Messungen wieder. Die Abbildung dient allein dazu, dem Fachmann eine Anleitung zur Erstellung einer vordefinierten Auswahl von Öffnungsweiten zu geben. Für einen Nachbau des offenbarten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Prüfstands ist es nötig, geeignete Kennlinien der ersten Pumpe in Erfahrung zu bringen oder durch Messungen zu ermitteln.
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Das Kennliniendiagramm zeigt drei Kennlinien der ersten Pumpe P1 als Auftragung des Volumenstroms im ersten Flüssigkeitskreislauf CCL1, gemessen in Litern pro Minute, über den Differenzdruck der ersten Pumpe P1, gemessen in bar, für drei unterschiedliche Querschnittsflächen A1 , ..., A3 der Strömung im Drosselventil VLV. Je nach aktuellem Sollwert des Volumenstroms sind beispielhaft drei unterschiedliche Querschnittsflächen bzw. Öffnungsweiten des Drosselventils VLV vorgesehen: Eine erste Querschnittsfläche A1 für starke Volumenströme im Bereich von 4 bis 6 L/min, eine zweite Querschnittsfläche A2 für Volumenströme im Bereich von 2 bis 4 L/min und eine dritte Querschnittsfläche A3 für kleine Volumenströme im Bereich von 1 bis 2 L/min. Die Querschnittsflächen sind so gewählt, dass die jeweilige Kennlinie innerhalb des der jeweiligen Querschnittsfläche zugeordneten Volumenstromintervalls weder zu steil noch zu flach verläuft, d.h. die erste Ableitung der Kennlinie innerhalb des gesamten Intervalls einen moderaten Wert aufweist, und dass der dem jeweiligen Sollwert des Volumenstroms entsprechende Differenzdruck einen Wert von 0,3 bar niemals überschreitet.
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Es versteht sich, dass je nach Anforderungen und genauer Bauweise eines konkreten Prüfstands eine grundsätzlich beliebige Anzahl von vordefinierten Öffnungsweiten definierbar ist. Die vordefinierte Auswahl von Öffnungsweiten wird in Form einer digitalen Tabelle, die die vordefinierten Öffnungsweiten ihren jeweiligen Volumenstromintervallen zuordnet, in einem durch die Prozessoreinheit CPU auslesbaren Speicher hinterlegt. Zur Anpassung des Volumenstroms an den jeweils aktuellen Sollwert des Volumenstroms ist die Prozessoreinheit eingerichtet, die dem aktuellen Sollwert des Volumenstroms zugeordnete Öffnungsweite des Drosselventils auszulesen, das Drosselventil entsprechend einzustellen und danach durch Ansteuerung der ersten Pumpe den Volumenstrom dem Sollwert des Volumenstroms anzupassen.
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Ein von der Anmelderin nach dem Vorbild des offenbarten Ausführungsbeispiels konstruierter Prüfstand weist 16 Peltierelemente mit einer Leistung von jeweils 56W auf. Der besagte Prüfstand ist in der Lage, den Volumenstrom in einem Bereich von 1 L/min bis 6 L/min und die Temperatur in einem Bereich von 10°C bis 80°C mit einer für die Anforderungen einer Hardware-in-the-Loop-Simulation hinreichenden Genauigkeit zu regeln und dabei einen Differenzdruck von 0,3 bar niemals zu überschreiten. Der Konstruktion vorhergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass eine diesen Anforderungen entsprechende Regelung mit auf dem Markt erhältlichen Pumpsystemen ohne weitere Maßnahmen, bspw. die erfindungsgemäße Anwendung eines Drosselventils, nicht realisierbar ist.
