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Mit Hilfe von Klimaschränken, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2005 047 326 B3 bekannt sind, ist es möglich, innerhalb eines Innenraums des Klimaschranks, z.B. in einem in dem Klimaschrank befindlichen Prüfraum, definierte klimatische Bedingungen herzustellen und kontrolliert aufrecht zu erhalten. Typischerweise beziehen sich diese auf Temperatur und Luftfeuchte; es können aber bei solchen Geräten optional auch andere Bedingungen, z.B. die Zusammensetzung der Atmosphäre im Inneren des Klimaschranks, eingestellt und kontrolliert aufrecht erhalten werden.
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Klimaschränke werden in der Regel bedingt durch das notwendige möglichst kontinuierliche Aufrechterhalten der definierten klimatischen Bedingungen in einem Dauerbetrieb betrieben. Trotz der angestrebten hohen Lebensdauer der Klimaschränke und ihrer Komponenten kommt es in diesem Dauerbetrieb immer wieder dazu, dass Komponenten ausfallen oder nicht mehr die benötigte Leistung erbringen, so dass sie die Funktion, für die sie ausgelegt sind, nicht mehr oder nicht mehr vollständig erfüllen. Da in vielen Fällen die ordnungsgemäße Funktion des Klimaschranks essentiell ist, um ein Verderben von dessen Inhalt zu vermeiden, sind bereits Klimaschränke verfügbar, bei denen mit Sensoren überwacht wird, ob die klimatischen Betriebsbedingungen eingehalten werden oder nicht, so dass ein Ausfall des Klimaschranks zeitnah festgestellt werden kann und sein Inhalt in einen freien, funktionstüchtigen Klimaschrank ausgelagert werden kann.
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Da das Erfordernis zum Vorsehen solcher Zusatzkapazitäten aber naturgemäß auf das Nötigste beschränkt bleiben sollte, besteht das Bestreben, die Ausfallzeit des defekten Klimaschranks zu minimieren. Dazu ist es bislang notwendig, dass ein Servicetechniker sich auf eine Fehlersuche macht, die oft erheblichen Zeitaufwand erfordert und bei der es wegen der erheblichen Komplexität des Systems Klimaschrank auch nicht immer sichergestellt ist, dass sie im ersten Versuch zum richtigen Ergebnis führt.
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Die
WO 2015 / 055 606 A2 offenbart ein Verfahren zum Selbsttest zum Überprüfen bestimmter Funktionen eines Gargeräts in Form eines Heißluftofens eines Dämpfers oder einer Kombination aus beiden, nämlich eines Kombidämpfers, bei denen mittels Temperatursensoren des Gargeräts die Wirkungsweise des Gargeräts dadurch überprüft wird, dass die erfassten Temperaturen und Temperaturprofile mit Referenztemperaturen bzw. Referenztemperaturprofilen die bei Betrieb des jeweiligen Aktors zu erwarten sind und die in der Gerätesteuerung abgespeichert sind, verglichen werden und bei Übereinstimmung des erfassten Werts mit dem entsprechenden Referenzwert die Funktion des entsprechenden Aktors bzw. bei Abweichung des erfassten Werts von dem entsprechenden Referenzwert die Fehlfunktion des entsprechenden Aktors durch die Gerätesteuerung festgestellt und angezeigt, gespeichert und/oder zur Auswertung übermittelt wird, wobei sich zu Beginn einer jeden Erfassung das Gargerät in einem definierten Ausgangszustand befindet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Klimaschranks bereitzustellen, bei dessen Anwendung die Fehleranalyse bei einer auftretenden Fehlfunktion des Klimaschranks vereinfacht wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Klimaschranks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Klimaschrank mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Klimaschranks werden zumindest zeitweise klimatische Sollbedingungen im Inneren des Klimaschranks durch Sensoren zum Nachweis dieser Sollbedingungen überwacht und durch Regelung von Mitteln zum Herstellen von klimatischen Sollbedingungen durch eine Steuerung zumindest näherungsweise aufrecht erhalten. Beispielsweise gibt es viele Klimaschränke, in deren Innenraum eine vorgegebene Temperatur und eine vorgegebene Feuchtigkeit herrschen sollen, so dass Temperatur und Feuchtigkeit die klimatischen Sollbedingungen darstellen. Dementsprechend sind bei solchen Klimaschränken Sensoren für Feuchtigkeit und Temperatur als Sensoren zum Nachweis der Sollbedingungen vorgesehen. Die Mittel zum Herstellen der klimatischen Sollbedingung können bei einem solchen Klimaschrank insbesondere eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung sowie eine Befeuchtungsvorrichtung sein.
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Erfindungswesentlich ist, dass eine Selbsttestfunktion ausgelöst werden kann, bei der die Mittel zur Herstellung der klimatischen Sollbedingungen so durch die Steuerung angesteuert oder geregelt werden, dass eine Sequenz von vorgegebenen Betriebszuständen nacheinander eingestellt und/oder angesteuert wird und dass Daten, die diese vorgegebenen Betriebszustände charakterisieren und/oder den Übergang zwischen vorgegebenen Betriebszuständen charakterisieren, durch die Steuerung protokolliert werden.
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Die Selbsttestfunktion ist also eine Sequenz von Verfahrensschritten beim Betrieb des Klimaschranks, die nicht der Herstellung und Aufrechterhaltung eines bestimmten Sollzustands im Inneren des Klimaschranks dienen, sondern dazu, bei eingestellten vorgegebenen Betriebszuständen durch Ermittlung der Aufrechterhaltung vorgegebener Steuerparameter, also z.B. der Heizleistung, über eine gewisse Zeit hinweg und Feststellung der dann vorliegenen Bedingungen im Klimaschrank oder bei angesteuerten vorgegebenen Betriebszuständen durch Vorgabe von Regelungszielparametern, also z.B. einer gegebenen Temperatur und Feststellung der Steuerparameter, die dazu von der Steuerung des Klimaschranks eingestellt werden Informationen zu erhalten, die Aussagen über die Funktionsfähigkeit bestimmter Komponenten des Klimaschranks erlauben. Die vorgegebenen Betriebszustände können dabei insbesondere auch solche umfassen, die im Normalbetrieb des Klimaschranks nicht angesteuert werden.
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Beispielsweise kann ein vorgegebener Betriebszustand darin bestehen, ausgehend von einem definierten Anfangszustand für eine vorgegebene Zeit, z.B. 10 Minuten, die maximale Heizleistung bei geschlossenen Kälteventilen bereitzustellen und als diesen Betriebszustand charakterisierende Daten die danach erreichte Temperatur zu verwenden. Offensichtlich wird sich diese Temperatur ändern, wenn eine Fehlfunktion bei der Heizung vorliegt, die zu einer Verringerung der Heizleistung führt; aber auch, wenn die Heizleistung normal erbracht wird aber ein Kälteventil nicht ganz schließt, so dass durch das Kühlsystem gegen die Heizwirkung der Heizung gearbeitet wird. Aus diesem Grund wird eine an die Funktionen des Klimaschranks angepasste Sequenz von vorgegebenen Betriebszuständen nacheinander angesteuert. Eine nicht abschließende Liste Daten, die durch Ansteuerung von Betriebszuständen oder Erzeugung von Übergängen zwischen solche Betriebszuständen ermittelt werden und die diese charakterisieren umfasst insbesondere die folgenden Punkte:
- • Notwendiger Heizstellgrad zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Temperatur bei einer hohen oder maximalen Kühlleistung des Kältesystems
- • Notwendiger Heizstellgrad der Kesselheizung zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Temperatur bei einer niedrigen oder minimalen Kühlleistung des Kältesystems
- • Notwendiger Heizstellgrad des Befeuchtungsmoduls zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Feuchte bei einer hohen oder maximalen Entfeuchtungsleistung
- • Notwendiger Heizstellgrad des Befeuchtungsmoduls zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Feuchte bei einer niedrigen oder minimalen Entfeuchtungsleistung
- • Mittlere Abkühlgeschwindigkeit zwischen zwei definierten Temperaturen
- • Mittlere Aufheizgeschwindigkeit zwischen zwei definierten Temperaturen
- • Tiefste erreichte Temperatur nach einer definierten Wartezeit bei maximaler Kühlleistung
- • Notwendiger Befeuchtungsstellgrad bei hoher oder maximaler Entfeuchtungsleistung
- • Notwendiger Befeuchtungsstellgrad bei hoher oder maximaler Entfeuchtungsleistung
- • ...
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Gemäß einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Selbsttestfunktion bei jeder Inbetriebnahme des Klimaschranks selbsttätig ausgeführt. Einerseits wird damit sichergestellt, dass der Klimaschrank einsatzfähig ist, so dass ein nicht voll funktionsfähiger Klimaschrank gar nicht erst beladen wird, was unnötigen Zeitaufwand und einen etwaigen negativen Einfluss nicht eingehaltener klimatischer Sollbedingungen auf die im Klimaschrank unter klimatischen Sollbedingungen zu lagernden Dinge von vorneherein vermeidet.
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Andererseits können gegebenenfalls durch Archivierung der Protokolle der von der Steuerung protokollierten Daten Trends ermittelt werden, die für die Fehleranalyse hilfreich sind. Beispielsweise kann mit hoher Wahrscheinlichkeit ein kleines Leck im Kühlkreislauf eines Klimaschranks, das einen langsamen sukzessiven Verlust von Kältemittel verursacht auf diese Weise relativ sicher als Fehlerquelle identifiziert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Selbsttestfunktion aber auch dann ausgeführt oder ein Hinweis auf die Notwendigkeit, sie auszuführen gegeben werden, wenn eine Abweichung von mindestens einer klimatischen Sollbedingung von mindestens einem Sensor detektiert wird und die Steuerelektronik die klimatische Sollbedingung nicht innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums durch Regelung der Mittel zum Herstellen von klimatischen Sollbedingungen die Sollbedingung wieder hergestellt hat.
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Insbesondere dann, wenn die anzusteuernde Sequenz von Betriebszuständen klimatische Bedingungen im Innenraum des Klimaschranks mit sich bringt, die inkompatibel zu den im Innenraum des Klimaschranks gelagerten Dingen ist, kann es zweckmäßig sein, vorzusehen, dass die Selbsttestfunktion nur dann ausgeführt wird, wenn der Innenraum des Klimaschranks entleert ist. Dazu kann z.B. vorgesehen sein, dass ein Bediener vor dem Beginn der Selbsttestfunktion den Start des Selbsttests -etwa durch Tastendruck einer Steuertaste- quittieren muss oder dass ein Sensor, der die Belegung des Innenraums des Klimaschranks überwacht, die Selbsttestfunktion mit einem Sperrsignal blockiert solange der Innenraum des Klimaschranks nicht leer ist.
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Grundsätzlich kann ein entsprechender Satz von durch die Steuerung protokollierten Daten durch Ausdruck oder über ein Display einem Servicetechniker zur Verfügung gestellt werden, der so bei seiner Ankunft bei einem gestörten Gerät bereits einen Satz von Messdaten für eine Fehleranalyse hat. Bevorzugt ist jedoch eine weitere elektronische Vorauswertung der bei der Ausführung der Selbsttestfunktion gewonnenen Daten, bei der die durch die Steuerung protokollierten Daten, die die vorgegebenen Betriebszustände charakterisieren und/oder den Übergang zwischen vorgegebenen Betriebszuständen charakterisieren durch ein Analysetool mit Erfahrungswerten für diese Daten verglichen werden, wobei dann insbesondere Abweichungen von diesen Erfahrungswerten identifiziert werden.
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Diese Erfahrungswerte für die durch die Steuerung protokollierten Daten, die die vorgegebenen Betriebszustände charakterisieren und/oder den Übergang zwischen vorgegebenen Betriebszuständen charakterisieren, sind vorzugsweise in einer Datenbank hinterlegt.
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Da einige der gesammelten Daten von den jeweiligen Umgebungsbedingungen, unter denen der Kälteschrank betrieben wird, abhängen, ist es besonders bevorzugt, dass die Erfahrungswerte in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, unter denen sie ermittelt wurden, erfasst sind. Die Präzision der aus dem Vergleich mit den Erfahrungswerten gewonnenen Erkenntnisse kann dann dadurch erhöht werden, dass die Erfahrungswerte für die durch die Steuerung protokollierten Daten, die die vorgegebenen Betriebszustände charakterisieren und/oder den Übergang zwischen vorgegebenen Betriebszuständen charakterisieren, mit denen das Analysetool die durch die Steuerung protokollierten Daten vergleicht, unter vergleichbaren Umgebungsbedingungen gemessen wurden, wie sie beim Protokollieren der Daten durch die Steuerung vorgelegen haben. Alternativ oder zusätzlich kann man auch im Analysetool Routinen vorsehen, die eine zumindest näherungsweise Korrektur der Effekte unterschiedlicher Umgebungsbedingungen erlauben, um die Vergleichbarkeit der Daten und damit die Qualität der Analyseergebnisse zu verbessern.
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Zur automatisierten oder weitest möglich automatisierten Fehleranalyse durch das Analysetool ist es hilfreich, wenn das Analysetool auf eine Fehlermatrix zurückgreifen kann, in der Informationen zur Verknüpfung von von Erfahrungswerten abweichenden durch die Steuerung protokollierten Daten mit spezifischen Fehlerzuständen hinterlegt sind.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Analysetool einen Auswertealgorithmus ausführt, der die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen spezieller Fehler errechnet. Dabei können neben den Daten/Vergleichsdaten z.B. auch Erfahrungswerte zur Häufigkeit des Auftretens bestimmter Fehler, insbesondere auch Ausfallwahrscheinlichkeiten für bestimmte Komponenten berücksichtigt werden.
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Der erfindungsgemäße Klimaschrank zur Lagerung von Objekten bei vorgebbaren klimatischen Sollbedingungen im Inneren des Klimaschranks hat Sensoren zum Nachweis dieser klimatischen Sollbedingungen, Mittel zum Herstellen der klimatischen Sollbedingungen und einer Steuerung, die so eingerichtet ist, dass die klimatischen Sollbedingungen durch Regelung der Mittel zum Herstellen der klimatischen Sollbedingungen basierend auf den gemessenen Daten der Sensoren zum Nachweis der klimatischen Sollbedingungen durch die Steuerung zumindest näherungsweise aufrecht erhalten werden. Erfindungsgemäß ist die Steuerung ferner eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
- 1: ein schematisches Regelungsmodell für die Temperaturregelung eines Klimaschranks;
- 2: eine schematische Darstellung eines Kältekreises eines Klimaschranks;
- 3: ein Beispiel für eine Sequenz von vorgegebenen Betriebszuständen, die eine Selbsttestfunktion bilden;
- 4: ein Flussdiagramm für eine automatisierte Auswertung der Ergebnisse des Selbsttests;
- 5: eine Beispielausgabe des Ergebnisses einer solchen Fehlerauswertung.
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1 zeigt ein schematisches Regelungsmodell 100 für die Temperaturregelung eines Klimaschranks, das veranschaulicht, wie viele Größen diese beeinflussen. Die aktuelle, mit einem Sensor ermittelbare Innenraumtemperatur verändert sich mit der effektiven zugeführten Heizleistung, die ihrerseits nicht nur durch den aktuellen Stellgrad der Heizung gegeben ist, sondern auch durch den (beispielsweise zum Feuchtemanagement oft gleichzeitig benötigten) Stellgrad des Kältesystems und den Stellgrad des ebenfalls oft gleichzeitig arbeitenden Lüftersystems und die zudem mit der von der Differenz aus aktueller Innenraumtemperatur und mit einem Sensor erfassbarer Umgebungstemperatur abhängige Verlustleistung korrigiert werden muss.
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Beim Betrachten der 1 wird somit deutlich, dass sich aus den Stellgraden dieser Systeme des Klimaschranks bei dem Versuch, konkrete Klimabedingungen anzusteuern und/oder den tatsächlichen, mittels Sensoren nachweisbaren Klimabedingungen bei Betrieb des Klimaschranks mit vorgegebenen, fest eingestellten Stellwerten grundsätzlich Informationen über Funktionsstörungen der Systeme ermitteln lassen. Weicht beispielsweise die tatsächliche Kühlleistung wegen einer Fehlfunktion des Kältesystems von der theoretischen, dem Stellgrad entsprechenden Kühlleistung nach unten ab, so wird der Stellwert der Heizleistung beim Halten einer gegebenen Temperatur nach unten von den Erwartungen abweichen und die Innenraumtemperatur nach einer vorgegebenen Betriebsdauer mit fest vorgegebenen Stellgraden höher sein als erwartet. Allerdings könnte der höhere Stellgrad beispielsweise auch darauf zurückzuführen sein, dass die Heizung nicht die erwartete Heizleistung liefert, dass das Lüftersystem nicht wie erwartet arbeitet, dass der Umgebungstemperatursensor eine niedrigere Temperatur als tatsächlich herrscht vorgibt, oder dass der Innenraumtemperatursensor fehlerhaft arbeitet.
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Noch komplexer wird die Fehlersuche dadurch, dass zur Umsetzung der Temperaturregelung und anderer etwaig vorhandener Regelungen, wie z.B. einer Feuchteregelung, sind im Klimaschrank, wie schon erwähnt, entsprechende Komponenten und Systeme, z.B. Heizung, Lüftersystem und Kältesystem, die von der Regelung durch Setzen der jeweiligen Stellgrade angesteuert werden, vorhanden, die in der Regel auch eine Mehrzahl von Komponenten aufweisen, die in Abhängigkeit von der Komponente, an der das Problem auftritt, jeweils zu unterschiedlichen Problemen im jeweiligen System führen können.
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Beispielsweise wird die Kühlleistung durch einen Kühlkreis erbracht, der darüber hinaus auch weitere Komponenten aufweisen kann, die z.B. für eine Feuchtigkeitsregelung verwendet werden können. Zur exemplarischen Veranschaulichung einiger der Fehler, die bei einem Klimaschrank auftreten können, ist in 2 beispielhaft ein mögliches Kältesystem 10 dargestellt.
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Das Kältesystem 10 weist ein Kühlaggregat 11 mit Motor und Verdichter auf, das das im Leitungssystem 12 fließende Kühlmittel verdichtet. Vom Kühlaggregat 11 wird das Kühlmittel zum Kondensator 13 geleitet und von dort durch den Flüssigkeitsfilter 14 geleitet. Je nach Einstellung der Magnetventile 7Y1 und 7Y2 sowie des saugseitigen Magnetventils 7Y3 kann zumindest ein Teil des Kühlmittels zum Verdampfer 15 gelangen, der in einem ersten Zweig 12a des Leitungssystems 12 eine große (Verdampfer-)Platte 15a zur Kühlung des Innenraums des Klimaschranks im Rahmen der Temperaturregelung und in einem zweiten Zweig 12b des Leitungssystems eine kleine (Verdampfer-) Platte 15b, die bei der Feuchteregelung zur Entfeuchtung verwendet werden kann, aufweist. Ein dritter Zweig 12c des Leitungssystems 12 führt zum Kühlaggregat 11 zurück.
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Der erste Zweig 12a und der zweite Zweig 12b werden hinter den Platten 15a,15b wieder zusammengeführt, wobei der zweite Zweig 12b durch ein Rückschlagventil 16 geschützt ist. Über einen Filter 17 fließt das Kühlmittel aus diesen Zweigen zum saugseitigen Magnetventil 7Y3 und von dort zurück zum Kühlaggregat 11. Der Kühlmittelfluss kann durch eine Pumpe 18 angetrieben werden.
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Stellt man nun beispielsweise fest, dass die reale Kühlleistung des Kühlsystems von der erwarteten Kühlleistung nach unten abweicht, ist damit allein noch nicht viel für eine Behebung des Fehlers gewonnen. Um nur einige der möglichen Fehler zu nennen könnte dies an einer Funktionsbeeinträchtigung der Ventile 7Y3 und 7Y1 liegen, einer Vertauschung der Steuersignale für 7Y1 und 7Y2, einem Kühlmittelverlust,... Gerade wegen der Wechselwirkung der einzelnen Systeme kann aber aus diesen vielen Möglichkeiten durch Ansteuern und/oder Durchlaufen einer Vielzahl von charakteristischen vorgegebenen Betriebszuständen die tatsächlich vorliegende Störung identifiziert oder zumindest näher eingekreist werden.
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3 zeigt ein Beispiel für eine Selbsttestfunktion 300 in Gestalt einer Sequenz von vorgegebenen Betriebszuständen, die nacheinander -insbesondere im Rahmen eines vorgegebenen Programms automatisiert- angesteuert und/oder eingestellt werden, um charakteristische Daten oder Kennwerte für die Funktionsfähigkeit des Gerätes, das die Sequenz durchläuft, zu gewinnen.
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Dabei wird insbesondere beispielhaft auf eine Temperaturregelung gemäß 1 und auf einen Kältekreis gemäß 2 und deren jeweilige Komponenten abgestellt. Es soll aber betont werden, dass diese Sequenz exemplarisch ist und es je nach Gerät und Testziel sinnvoll sein kann, sowohl hinsichtlich der Reihenfolge der Tests als auch hinsichtlich der Hinzufügung weiterer Tests oder der Entfernung einiger Tests zu variieren.
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Die folgenden Tests werden bei der in 3 dargestellten Testsequenz in der folgenden Reihenfolge abgearbeitet:
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Test 10: Startbedingung
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Zunächst wird im Test 10 eine Startbedingung angesteuert. Dazu wird das Gerät auf 40°C (ohne Feuchte) eingeregelt. Nach einer Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Temperatur vom Sollwert ermittelt.
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Test 20: Hohe Kühlleistung große Platte
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Danach wird das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a wird mit vorgegebenem, hohem Stellgrad, beispielsweise mit einem fest aus dem Bereich 70-95% ausgewählten Wert, geöffnet. Das gemeinsame Auslassventil 7Y3 wird zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der Heizstellgrad ermittelt, also festgestellt, welche (zusätzliche) Heizleistung benötigt wird, um die in Schritt 10 eingeregelte Temperatur trotz der herbeigeführten Kühlwirkung zu erhalten.
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Test 21: Niedrige Kühlleistung große Platte (Einlass)
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Anschließend wird das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a wird vorgegebenem, niedrigem Stellgrad, beispielsweise einem fest aus dem Bereich zwischen 10-25% gewählten Wert, und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der Heizstellgrad ermittelt.
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Test 22: Niedrige Kühlleistung große Platte (Auslass)
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In der Folge werden das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a zu 100% und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 mit vorgegebenem, niedrigem Stellgrad , beispielsweise einem fest aus dem Bereich zwischen 10-25% gewählten Wert, geöffnet. Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der Heizstellgrad ermittelt.
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Test 23: Hohe Kühlleistung kleine Platte
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Anschließend werden das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b mit vorgegebenem, hohen Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der Heizstellgrad ermittelt.
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Test 24: Niedrige Kühlleistung kleine Platte (Einlass)
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Danach werden das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b mit vorgegebenem, niedrigem Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der sich eingestellte Heizstellgrad ermittelt.
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Test 25: Niedrige Kühlleistung kleine Platte (Auslass)
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Im Anschluss daran werden das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b zu 100% und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 mit vorgegebenem, niedrigem Stellgrad geöffnet. Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a ist geschlossen. Nach einer Wartezeit wird der sich eingestellte Heizstellgrad ermittelt.
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Test 26: Funktion Türheizung
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Der Regler für die Türheizung bekommt einen Sollwert welcher deutlich über dem Temperatursollwert des Gerätes liegt. Die Aufheizzeit bis zum Erreichen des definierten Schwellenwertes wird ermittelt. Wird der Schwellenwert nicht innerhalb einer maximalen Zeit erreicht, wird der Test abgebrochen.
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Test 27: Tiefste Temperatur / Abkühlzeit
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Der Temperaturregler bekommt einen niedrigen Sollwert vorgegeben. Die Abkühlzeit bis zum Erreichen eines definierten Schwellenwertes wird ermittelt. Wird der Schwellenwert nicht innerhalb einer maximalen Zeit erreicht, wird der Test abgebrochen.
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Test 30: Höchste Temperatur / Aufheizzeit
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Der Temperaturregler bekommt einen hohen Sollwert vorgegeben. Die Aufheizzeit bis zum Erreichen eines definierten Schwellenwertes wird ermittelt. Wird der Schwellenwert nicht innerhalb einer maximalen Zeit erreicht, wird der Test abgebrochen.
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Test 31: Kompressorabschaltung
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Der Kompressor wird abgeschaltet. Zudem werden die Kälteventile 7Y1, 7Y2 und 7Y3 geöffnet. Nach einer definierten Wartezeit wird der Heizungsstellgrad ermittelt.
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Test 32: Dichtheit 7Y1 und 7Y2
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Die Einlassventile 7Y1 und 7Y2 werden geschlossen und das Auslassventil 7Y3 geöffnet. Zudem wird der Kompressor wieder eingeschaltet. Nach einer definierten Wartezeit wird der Heizungsstellgrad ermittelt.
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Test 33: Dichtheit 7Y3
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Die Einlassventile 7Y1 und 7Y2 werden öffnet und das Auslassventil 7Y3 geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit wird der Heizungsstellgrad ermittelt.
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Test 40: Befeuchtung
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Die Feuchteregelung wird aktiviert mit einer hohen Feuchte als Sollwertvorgabe. Die Befeuchtungszeit bis zum Erreichen des definierten Schwellenwertes wird ermittelt. Wird der Schwellenwert nicht innerhalb einer maximalen Zeit erreicht, wird der Test abgebrochen.
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Test 41: Hohe Entfeuchtungsleistung kleine Platte
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Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte wird 15b mit definiertem hohem Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a ist geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit wird der eingestellte Befeuchtungsstellgrad ermittelt.
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Test 42: Niedrige Entfeuchtungsleistung kleine Platte
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Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b wird mit definiertem niedrigen Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a ist geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit wird der eingestellte Befeuchtungsstellgrad ermittelt.
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Test 43: Hohe Entfeuchtungsleistung große Platte
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Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a wird mit definiertem hohen Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b ist geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit wird der eingestellte Befeuchtungsstellgrad ermittelt.
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Test 44: Niedrige Entfeuchtungsleistung große Platte
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Das Einlassventil 7Y1 für die große Platte 15a wird mit definiertem niedrigen Stellgrad und das gemeinsame Auslassventil 7Y3 zu 100% geöffnet. Das Einlassventil 7Y2 für die kleine Platte 15b ist geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit wird der eingestellte Befeuchtungsstellgrad ermittelt.
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Test 45: Tiefe Feuchte
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Der Feuchteregler bekommt einen niedrigen Feuchtewert als Sollwertvorgabe. Die Entfeuchtungszeit bis zum Erreichen des definierten Schwellenwertes wird ermittelt. Wird der Schwellenwert nicht innerhalb einer definierten maximalen Zeit erreicht, wird der Test abgebrochen.
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Test 50: Konstantwert 1 - Temperaturband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Temperatur vom Sollwert ermittelt.
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Test 51: Konstantwert 1 - Feuchteband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Feuchte vom Sollwert ermittelt.
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Test 52: Konstantwert 2 - Temperaturband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Temperatur vom Sollwert ermittelt.
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Test 53: Konstantwert 2 - Feuchteband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Feuchte vom Sollwert ermittelt.
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Test 54: Konstantwert 3 - Temperaturband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Temperatur vom Sollwert ermittelt.
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Test 55: Konstantwert 3 - Feuchteband
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Der Temperaturregler bekommt einen definierten Temperatursollwert und der Feuchteregler einen definierten Feuchtesollwert vorgegeben. Nach einer definierten Wartezeit wird die mittlere absolute Abweichung der Feuchte vom Sollwert ermittelt.
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Test 60: Konstanz der Messwerte (Grundstellung)
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Das Gerät wird in Grundstellung gebracht.
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Test 100: Ende
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Test abgeschlossen. Das Gerät regelt wieder auf den Temperatur- und Feuchtesollwert aus Test 50. Nach einer definierten Wartezeit ist der Test beendet.
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Die beim Durchlaufen einer solchen Sequenz erhaltenen Messwerte für ein ordnungsgemäß funktionierendes Gerät eines bestimmten Typs lassen sich tabellarisch zusammenfassen, wie in Tabelle 1 veranschaulicht ist, als Messdatenfile, insbesondere auch in Verbindung mit dem Zeitpunkt der Messung, hinterlegen und/oder und in einer Datenbank als Kennwerte für den entsprechenden Gerätetyp und/oder auch ein individuelles Gerät hinterlegen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn auch theoretisch oder experimentell Messfehler der einzelnen Messwerte ermittelt und mit den jeweiligen Kenndaten in der Datenbank hinterlegt werden, um bei einem Vergleich der Messergebnisse einer an einem Gerät, bei dem man sich nicht sicher sein kann ob es ordnungsgemäß funktioniert oder nicht ausgeführten Selbsttestfunktion mit den in der Datenbank hinterlegten Kennwerten Abweichungen, die im Rahmen der Messfehlern liegen, korrekt zu bewerten. Tabelle 1: Im Selbsttest ermittelten Kennwerte von einem guten Gerät
| | Gutes Gerät |
| 10 | 0, 005 |
| 20 | 54,714 |
| 21 | 30, 675 |
| 22 | 19, 57 |
| 23 | 14,281 |
| 24 | 14, 888 |
| 25 | 7,504 |
| 26 | 0,453 |
| 27 | 1,727 |
| 28 | -8, 381 |
| 30 | 0, 91 |
| 31 | 0 |
| 32 | 0 |
| 33 | 0 |
| 40 | 0, 112 |
| 41 | 32,365 |
| 42 | 11,651 |
| 43 | 25,742 |
| 44 | 20,078 |
| 45 | 0,252 |
| 46 | 9,29 |
| 47 | 97,582 |
| 50 | 0,005 |
| 51 | 0,021 |
| 60 | 0 |
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Umgebungsbedingungen, die zum Zeitpunkt der Messungen vorliegen, mitprotokolliert werden und in der Datenbank entweder für unterschiedliche Umgebungsbedingungen entsprechende Kenndatensätze hinterlegt werden oder eine analytische Korrektur der Auswirkung der Unterschiede zwischen den Umgebungsbedingungen auf die Kenndaten vorgenommen wird, da, wie z.B. für den Einfluss der Umgebungstemperatur aus der schematischen Darstellung der Temperaturregelung aus der 1 deutlich wird, diese zumindest einige der Messergebnisse beeinflussen können.
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Tabelle 2 zeigt die Messwerte, die die Ausführung der oben anhand der
3 erläuterten Selbsttestfunktion bei einem Gerät liefert, das nicht ordnungsgemäß funktioniert, weil zu Testzwecken eine Fehlfunktion gezielt herbeigeführt wurde. Während bei fast allen Messwerten mehr oder weniger starke Abweichung von der Messung am gut funktionierenden Gerät auftritt, sind besonders deutliche Abweichungen bei den Messergebnissen der Messungen 10,22,25 und 32 zu erkennen. Tabelle 2: Im Selbsttest ermittelte Kennwerte von einem defekten Gerät
| | Defektes Gerät |
| 10 | 0,224 |
| 20 | 58, 62 |
| 21 | 32,564 |
| 22 | 55,654 |
| 23 | 14,086 |
| 24 | 15,331 |
| 25 | 30, 058 |
| 26 | 0,463 |
| 27 | 1,728 |
| 28 | -8,437 |
| 30 | 0, 912 |
| 31 | 0 |
| 32 | 95,296 |
| 33 | 1, 932 |
| 40 | 0,095 |
| 41 | 33, 664 |
| 42 | 12,61 |
| 43 | 27, 903 |
| 44 | 21,464 |
| 45 | 0,272 |
| 46 | 9, 637 |
| 47 | 94,959 |
| 50 | 0,005 |
| 51 | 0,023 |
| 60 | 0 |
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Andererseits lässt sich teilweise analytisch, teilweise unter Beiziehung von entsprechenden Referenzmessungen an Apparaten, an denen gezielt ein definierter Fehler herbeigeführt wurde, ein Satz von Messwerten bzw. die Veränderung auftretender Messwerte relativ zu den Kennwerten, die beim Auftreten eines gegebenen Fehlers zu erwarten sind, bestimmen und als Fehlervektor für ein so vorgegebenes Fehlerszenario angeben. Ein Beispiel dafür ist in Tabelle 3 angegeben; das dargestellte Ergebnis zeigt die erwarteten Resultate für den Fall, dass das Saugseitenventil 7Y3 im Kühlkreislauf gemäß
2 nicht schließt, wobei „KW“ für Kennwert steht und „TE“ für Testergebnis, was bedeutet dass zwei unterschiedliche Messungen den gleichen Wert ergeben sollten. Man erkennt, dass wenn dieser Fehler vorliegt die Ergebnisse der Messungen 10,25 und 32 jeweils höher ausfallen sollten als die zugehörigen Kennwerte und das Ergebnis der Messung 22 mit dem Ergebnis der Messung 20 übereinstimmen sollte. Tabelle 3: Ein Fehlervektor, der das Fehlerszenario eines sich nicht öffnenden Saugseiteventil(7Y3) beschreibt.
| | 7Y3 Schließt nicht |
| 10 | KW10+0,219 |
| 20 | KW2 0 |
| 21 | KW21 |
| 22 | TE20 |
| 23 | KW2 3 |
| 24 | KW2 4 |
| 25 | KW25+22,5 |
| 26 | KW2 6 |
| 27 | KW2 7 |
| 28 | KW2 8 |
| 30 | KW3 0 |
| 31 | KW31 |
| 32 | KW32+95,296 |
| 33 | KW33 |
| 40 | KW4 0 |
| 41 | KW41 |
| 42 | KW42 |
| 43 | KW4 3 |
| 44 | KW4 4 |
| 45 | KW4 5 |
| 46 | KW4 6 |
| 47 | KW4 7 |
| 50 | KW5 0 |
| 51 | KW51 |
| 60 | KW60 |
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Die Fehlervektoren unterschiedlicher Fehlerszenarien können dann zu einer Fehlermatrix zusammengefasst werden, beispielsweise dadurch, dass man sie nebeneinander schreibt und so aus n Fehlervektoren mit jeweils m Messwerten eine m x n Fehlermatrix erzeugt.
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Der Vergleich der gemessenen Kennwertänderungen bei dem defekten Gerät gemäß Tabelle 2 mit den Erwartungen des Fehlerszenarios gemäß Tabelle 3 deutet bereits darauf hin, dass dies der hier vorliegende Fehler sein könnte. Andererseits ist zumindest auf den ersten Blick nicht erkennbar, inwieweit dies die einzige mögliche Erklärung ist und ob nicht noch weitere Einflüsse vorliegen, da auch für Messwerte, die übereinstimmen sollten, Abweichungen voneinander feststellbar sind. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung des Kältekreises gemäß 2 auch, dass ein sich nicht öffnendes Zufuhrventil 7Y1 für die große Platte zumindest einen sehr ähnlichen Effekt haben könnte.
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Während also die Durchführung der Selbsttestfunktion bereits die Möglichkeit verbessert, durch einen Abgleich der Ergebnisse mit zugehörigen Fehlerszenarien den in dem komplexen System Klimaschrank zu lokalisierenden Fehler zu identifizieren, lässt sich die Fehlersuche noch weiter vereinfachen und von der Erfahrung eines Service-Technikers oder Bedieners zu entkoppeln, wenn mittels eines Analysetools eine automatisierte Auswertung vorgenommen wird.
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Ein Beispiel für ein solches Analysetool 1000, das als Flussdiagramm dargestellt ist und eine solche automatisierte Auswertung, die beispielsweise, wie nachfolgend beschrieben erlaubt, zeigt die 4. Es kann beispielsweise modular in Python realisiert werden.
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Nach dem Funktionsstart 1001 erfolgt im Schritt 1002 zunächst das Einlesen der Messwertdatei, also der Ergebnisse eines durchgeführten Selbsttests. Das entsprechende Python Modul extrahiert die Testergebnisse, Umweltbedingungen der jeweiligen Teste und alle andere Information, die hinterlegt wurden über den Selbsttest einschließlich des Gerätetyps oder einer Geräteidentifikation.
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Im Schritt 1003 wird dann basierend auf dem Gerätetyp oder der Geräteidentifikation die zugehörige Fehlermatrix gesucht. Da verschiedene Geräte eine Fehlermatrix bekommen, muss das Python Modul anhand der Gerätekennungsnummer und Selbsttestversion die richtige Fehlermatrix finden.
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Das Ergebnis dieser Suche wird im Schritt 1004 analysiert. Sofern die Fehlermatrix noch nicht existiert, ist eine automatisierte Auswertung noch nicht möglich, und die Auswerteroutine springt zum Funktionsende im Schritt 1005.
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Wurde hingegen eine Fehlermatrix gefunden, wird diese im Schritt 1006 eingelesen und durch das Python Modul die Fehlerzustandsbeschreibungen extrahiert. Diese sind, wie das Beispiel in Tabelle 3 verdeutlicht, relativ zu den jeweiligen Kennwerten definiert, die definiert werden müssen.
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Im Schritt 1007 wird daher gesucht, ob für das entsprechende Gerät oder zumindest für den entsprechenden Gerätetyp bereits im regulären Einsatz mit möglichst ähnlichen Umweltbedingungen ermittelten Kennwerte und Informationen zu deren Streuung in der Datenbank hinterlegt sind. Beispielsweise kann dazu eine eingebettete MySQL Anweisung im Python Modul die Datenbank nach Selbsttestergebnissen des entsprechenden Gerätetyps unter vergleichbaren Umweltbedingungen abfragen und die Streuung der jeweiligen Kennwerte ermitteln.
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Das Ergebnis dieser Suche wird im Schritt 1008 analysiert. Ist die Abfrage erfolgreich, so werden diese Werte als Kennwerte eingelesen und es geht beim Schritt 1010 weiter. Ist dies nicht der Fall, können Default-Kennwerte, beispielsweise Design-Zielgrößen des Geräts oder theoretisch vorhergesagte Werte und ihre Fehler in einem Schritt 1009 eingelesen werden, um die Berechnung und Ausgabe der Fehlerwahrscheinlichkeit, die im Schritt 1010 erfolgt, zu ermöglichen.
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Die Fehlerwahrscheinlichkeit wird ermittelt, in dem zunächst aus den Kennwerten die Fehlermatrix erstellt wird und dann unter Verwendung des aktuellen Selbsttestergebnisses als Fehlerwahrscheinlichkeit die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen der Fehlerzustände aus der Fehlermatrix berechnet und angezeigt wird. Dies kann beispielsweise mit Methoden der linearen Algebra, insbesondere z.B. einer principal component analysis erfolgen. Der Fehler mit der höchsten Fehlerwahrscheinlichkeit ist dann derjenige, der am wahrscheinlichsten vorliegt, auch wenn es zweckmäßig sein kann, bei der dann notwendigen Wartung auch zu prüfen, ob die Fehlerzustände mit den nächstniedrigeren Fehlerwahrscheinlichkeiten gegebenenfalls ebenfalls vorliegen oder in Ansätzen vorliegen.
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Die berechneten und ausgegebenen Ergebnisse können dann in Schritt 1011 in der Datenbank hinterlegt werden, ehe zum Schritt 1005, dem Funktionsende gesprungen wird.
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Anzumerken ist noch, dass durch eine kontinuierliche Anwendung der Selbsttestroutine und der Hinterlegung von deren Ergebnissen in der Datenbank nicht nur eine immer bessere Charakterisierung eines entsprechenden Geräts und ein verbessertes Verständnis z.B. von den Auswirkungen von Umweltbedingungen ermöglicht werden, sondern auch durch die Ergebnisse der Auswerteroutine ein Bild vom aktuellen Gesamtzustand des Geräts Hinweise auf einen möglicherweise entstehenden Fehler erhalten werden kann. Wenn die Auswerteroutine keinen der Fehler, für die ein Fehlerszenario hinterlegt ist, mit einer signifikanten, über einem zu definierenden Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit ausgibt, dann ist das Gerät in gutem Zustand.
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Sobald Fehlerwahrscheinlichkeiten diesen Grenzwert zu überschreiten beginnen, kann man davon ausgehen, dass nicht mehr alle Komponenten in idealer Weise zusammenwirken. Insbesondere kann man dann diese Informationen dazu nutzen, eine generelle oder gezielte Wartung des Klimaschranks oder von den Komponenten, die von diesem Fehler betroffen sind, z.B. des Kältesystems, vorzunehmen, ehe es zu einer gravierenden Fehlfunktion kommt.
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5 zeigt einen Screenshot 1 eines auf einen Bildschirm ausgegebenen Ergebnisses der Fehlerauswertung an einem Gerät, an dem zum Test der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gezielt die Funktion des Ventils 7Y3 sabotiert wurde. Auf der linken Seite der Bildschirmausgabe sind die verwendeten Fehlerszenarios dargestellt, auf der rechten Seite die Wahrscheinlichkeit, mit der sie vorliegen in fallender Ordnung, beginnend mit dem wahrscheinlichsten Fehler. Man erkennt, dass in der Tat der tatsächlich vorliegende Fehler richtig identifiziert wurde.
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Darüber hinaus fällt auf, dass die Fehlerszenarios, für die eine ähnlich hohe Wahrscheinlichkeit errechnet wurde, ebenfalls alle dasselbe Teilsystem des Klimaschranks, hier den Kühlkreislauf betreffen, so dass selbst in Fällen, in denen eine eindeutige Fehlerzuordnung sich als nicht möglich erweist zumindest ein eindeutiger Hinweis auf das betroffene Teilsystem ableitbar ist, der dem Service-Techniker, der zur Behebung des Problems herangezogen wird, die zielgerichtete und zügige Problemlösung wesentlich erleichtert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Screenshot
- 10
- Kältesystem
- 11
- Kühlaggregat
- 12
- Leitungssystem
- 12a,12b,12c
- Zweig (des Leitungssystems)
- 13
- Kondensator
- 14
- Flüssigkeitsfilter
- 15
- Verdampfer
- 15a
- große Platte
- 15b
- kleine Platte
- 16
- Rückschlagventil
- 17
- Filter
- 18
- Pumpe
- 100
- Regelungsmodell
- 300
- Selbsttestfunktion
- 1000
- Analysetool
- 1001
- Funktionsstart
- 1002-1011
- Analyseschritte/-Module
- 7Y1,7Y2,7Y3
- Magnetventil
- Test 10
- Startbedingung
- Test 20
- Hohe Kühlleistung große Platte
- Test 21
- Niedrige Kühlleistung große Platte (Einlass)
- Test 22
- Niedrige Kühlleistung große Platte (Auslass)
- Test 23
- Hohe Kühlleistung kleine Platte
- Test 24
- Niedrige Kühlleistung kleine Platte (Einlass)
- Test 25
- Niedrige Kühlleistung kleine Platte (Auslass)
- Test 26
- Funktion Türheizung
- Test 27
- Tiefste Temperatur / Abkühlzeit
- Test 30
- Höchste Temperatur / Aufheizzeit
- Test 31
- Kompressorabschaltung
- Test 32
- Dichtheit 7Y1 und 7Y2
- Test 33
- Dichtheit 7Y3
- Test 40
- Befeuchtung
- Test 41
- Hohe Entfeuchtungsleistung kleine Platte
- Test 42
- Niedrige Entfeuchtungsleistung kleine Platte
- Test 43
- Hohe Entfeuchtungsleistung große Platte
- Test 44
- Niedrige Entfeuchtungsleistung große Platte
- Test 45
- Tiefe Feuchte
- Test 50
- Konstantwert 1 - Temperaturband
- Test 51
- Konstantwert 1 - Feuchteband
- Test 52
- Konstantwert 2 - Temperaturband
- Test 53
- Konstantwert 2 - Feuchteband
- Test 54
- Konstantwert 3 - Temperaturband
- Test 55
- Konstantwert 3 - Feuchteband
- Test 60
- Konstanz der Messwerte (Grundstellung)
- Test 100
- Ende
