Prüfsysteme Wie ganze Prüfeinrichtungen für Automobilzulieferer entstehen

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Zwei baugleiche Prüfeinrichtungen für Lebensdauerprüfungen an jeweils acht Hochvolt-Zusatzheizern für die Automobilindustrie – dieser Aufgabe stellte sich die ASAP Gruppe. Hier das ganze Projekt im Detail.

Prüfstandsbau auf begrenztem Raum und innerhalb kurzer Zeit – diesen Vorgaben begegnete ein Team für Prüfsysteme der ASAP Gruppe. Für seinen Kunden Eberspächer catem GmbH & Co. KG konzeptionierte und setzte der Entwicklungspartner der Automobilindustrie unter diesen Rahmenbedingungen eine schlüsselfertige Lösung für Lebensdauerprüfungen um. Nach zehnmonatiger Projektlaufzeit nahm ASAP die komplette Anlage in Betrieb, schulte das Personal vor Ort und übergab die Prüfumgebung an den Kunden. „Die Einsatzbereitschaft und das Know-how der ASAP-Mitarbeiter haben uns während der gesamten Projektphase überzeugt – weitere Systeme sind in Planung“, erzählt Christian Poujol, Leiter Test & Validation bei Eberspächer catem GmbH & Co. KG.

Die Eberspächer Gruppe mit Sitz in Esslingen am Neckar ist ein international agierender Automobilzulieferer. Das Unternehmen entwickelt Systeme für Abgastechnik, Fahrzeugheizungen und Klimasysteme. Fast alle großen Pkw- und Nutzfahrzeug-Hersteller gehören zu den Kunden.

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Lebensdauerprüfungen an acht Hochvolt-Zusatzheizern

Aufgrund räumlicher Einschränkungen galt es, neben der Konzeptionierung des Prüfstands selbst, auch die platzsparende Unterbringung neuer Räumlichkeiten auf dem Werksgelände zu ermöglichen. Ingenieure und Techniker bauten die benötigten Räume als Containerlandschaft auf, wählten die passenden Anlagen aus und führten den Aufbau von Sicherheits-, Steuerungs- sowie Messtechnik durch. Das Ergebnis: Die neue Prüflandschaft umfasst zwei baugleiche Einrichtungen für Lebensdauerprüfungen an jeweils acht Hochvolt-Kühlwasser-Steuergeräten. Die Prüflandschaft ist für Erprobungen gemäß der Norm LV124 sowie für hohe Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten ausgelegt. Bei Erprobungen lassen sich mit der Anlage sowohl die thermischen Parameter von Prüfflüssigkeit und Luftumgebung als auch die Bereitstellung von Niedervolt- und Hochvoltspannung abbilden.

Die größte Herausforderung des Projektes lag darin, Temperaturen für die Kühlflüssigkeit von –30 °C bis 80 °C und einer Umgebungstemperatur von –40 °C bis 120 °C bei einer Leistungsaufnahme von je 20 kW zeitgleich achtmal bereitzustellen. Grund dafür: Jeder der acht verbauten Hochvolt-Zusatzheizer muss sämtliche Klimabedingungen abdecken können. Da alle Prüflinge außerdem aus nur einer Spannungsquelle versorgt werden sollten, wurde die Leistung achtmal aufgeteilt – für die eingesetzte Technik bedeutet dies im Umkehrschluss die Bereitstellung der achtfachen Leistung.

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Kommunikationstool zwischen Testautomatisierung und Prüfstand

Für einen automatisierten, zeitsparenden Ablauf der Lebensdauerprüfungen wurde eine entsprechende Softwareumgebung für die Prüflandschaft konzipiert. Dabei griffen die Entwickler für das Testautomationsframework auf eine Server-Client-Struktur zurück, um Testabläufe nur einmalig modellieren zu müssen. Durch die integrierte Testautomatisierung wird der Aufwand auf Seiten des Kunden beim Einsatz des Prüfstands so gering wie möglich gehalten. Das servergestützte Testautomationsframework ermöglicht das Testen an mehreren Clients mit automatischem Abgleich der Testfälle. Als Middleware zwischen Testautomation und Messtechnik ist die ASAP-Software Step (Smart Test Execution Platform) im Einsatz. Sie wurde eigens für Prüfsysteme mit unterschiedlicher Mess- und Steuer-Hardware entwickelt. Step lässt die Testautomatisierung und den Prüfstand miteinander kommunizieren und hat die Aufgabe, Sensorik und Aktorik – unabhängig von ihrer Quelle – als abstrahierten Kanal an eine überlagerte Steuerung weiterzugeben.

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Steuergeräte im Härtetest

Sobald ein neuer Testfall aufgesetzt ist, können Steuergeräte am Prüfstand durch Dichtheitsprüfung und Stufentemperaturtest sowie bei Hochtemperatur- und Temperaturwechseldauerlauf auf ihre Lebensdauer hin erprobt werden. Die entsprechende Testautomation fährt dafür am Prüfstand vorgeschriebene Zyklen hinsichtlich Zeitraum und Temperaturgradienten ab. Bei der Erprobung erfolgt ein aktives Gegensteuern des Prüfstands – die Temperatur wechselt innerhalb kürzester Zeit von einem extremen Temperaturbereich in den nächsten. Bei einem realen Fahrversuch würde sich die Temperatur beispielsweise nur entsprechend Tages- und Nachtzeit oder im Laufe der Jahreszeiten verändern, wodurch der Übergang weitaus weniger extrem ist. Am Prüfstand hingegen verändert sich die Temperatur innerhalb eines Tages etwa zehn Mal von –40 °C auf bis zu 120 °C. Sind die zu testenden Komponenten beispielsweise auf eine Beständigkeit bis zu 60 °C ausgelegt, wird am Prüfstand mit bis zu 120 °C getestet – denn je höher die Belastung der Komponenten, desto kürzer der benötigte Prüfzeitraum. Die Formel zur Berechnung des Prüfzeitraums berücksichtigt dabei, welche Temperatur zum Schutz des Materials der Komponenten nicht überschritten werden darf.

Prüfstand versus realer Fahrversuch

Für Material und Elektronik der Steuergeräte stellt die Erprobung am Prüfstand besondere Stresssituationen dar. Für die Entwicklung neuer Fahrzeuge hingegen bedeutet sie eine schnelle Umsetzbarkeit von Erprobungen inklusive Gewinnung verlässlicher Testergebnisse.

Ein Beispiel: Für die Lebensdauerprüfung eines Steuergerätes eines HV-Zusatzheizers am Prüfstand müssen weit über 1000 Stunden eingeplant werden, wobei die Validierung komplett automatisiert abläuft und nicht begleitet werden muss. Alle durch die Prüflandschaft aufgezeichneten Messdaten werden dabei nicht nur übersichtlich archiviert, sondern können von den Entwicklern auch in Echtzeit abgelesen werden. Um eine ähnliche Detailtiefe bei einem realen Fahrversuch zu erlangen, wären zahlreiche Personen mit unterschiedlichen Fahrzeugen über mehrere Jahre hinweg im Einsatz. Mit Blick auf aktuelle Herausforderungen in der Komponenten- und Fahrzeugentwicklung – kurze Entwicklungszeiten, permanenter Kostendruck und immer komplexere Produkte – stellt die Möglichkeit der effizienten Erprobung am Prüfstand einen besonderen Vorteil für die Entwicklung dar.

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* Martin Schiefenhövel ist Leiter Prüfsysteme bei ASAP; Michael Vollmeier Projektmanager Test- und Erprobungszentrum | Robustness Validation bei ASAP.

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