Prüfstandtechnik PowerAnalyzer: Präzisionsanalyse erfasst Effizienz von Motordaten

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Mit einer modularen Erweiterungskarte zur Auswertung auch mechanischer Signale elektrischer Motoren und anderer Antriebskomponenten höherer Leistungsklassen hat die Matuschek Meßtechnik GmbH ihren PowerAnalyzer LK-601 komplettiert. Das mehrkanalfähige Leistungsmessgerät zur Datenerfassung und -analyse ist einerseits hoch präzise, andererseits flexibel wie ein Datenerfassungssystem (DAQ). Industrieanwendungen lassen sich mit ihm ebenso optimieren wie F&E-Prozesse an stationären Prüfständen.

Der gesamte Prüfstand wird dazu mittels einer stark individualisierbaren Software samt intuitiv bedienbarer Analysetools digital abgebildet. Diese Digitalisierung unter Verwendung von Büro-Rechnern macht einen geräteeigenen Monitor ebenso überflüssig wie kleinteilige Bedienelemente. Beim LK-601 erfolgen alle Einstellungen über eine App am PC. Ebenso werden Messgrößen und Darstellungen definiert, Messungen gestartet, überwacht und analysiert. Resultierende Daten brauchen zur Analyse nicht mehr exportiert werden; Eingaben und Ergebnisse lassen sich sicher reproduzierbar speichern.

Viele elektrische und mechanische Parameter dank PowerAnalyzer parallel erfassbar

Bis zu sechs elektrische Leistungsphasen, darunter hochfrequente Signale, können mit dem modularen 19-Zoll-System simultan untersucht und aufgezeichnet werden. Dank einer Abtastrate von 10 MS/s und Messabweichung unter 0,05 Prozent des Leistungswerts sind selbst bei kleinen Leistungsfaktoren sehr hohe Genauigkeiten gesichert. Die neue Dual Motorkarte LK-MC 1 (Abtastrate 200 kS/s, Auflösung von 16 Bit) erfasst zusätzlich in Echtzeit hoch genau mechanische Motorsignale wie Drehzahl, Drehmoment oder Winkel. Die Aufzeichnung von Temperatur, Akustik sowie Vibration ermöglicht dagegen eine serienmäßige CAN-Schnittstelle.

„Eine präzise Erfassung unterschiedlichster Arten von Signalen zur Analyse elektrischer Parameter verbinden wir mit der ausgeprägten Variabilität eines DAQ“, sagt Geschäftsführer Philipp Matuschek. Die nachrüstbare Motorkarte, an deren Two-in-one-Slot zeitgleich eine Lastmaschine und der jeweilige Prüfling angeschlossen werden könnten, ermögliche ergänzend die Analyse auch mechanischer Signale ohne Zeitverzug gegenüber jener der elektrischen Messgrößen. Entwickler und Industrieforscher könnten mit der optionalen Karte echtzeitig Regelstrategien und -algorithmen – beispielsweise zur feldorientierten Regelung permanent erregter Synchronmotoren – bestimmen und prüfen. In dieser Kombination sei mit dem LK-601 eine genaue und zuverlässige Bewertung der Gesamteffizienz von Motoren und anderen Antriebssystemen selbst bei feinsten Änderungen gesichert. Die „klassische“ Variante des Geräts ohne Motorkarte könne dagegen wie gewohnt zur präzisen mehrkanaligen elektrischen Leistungsmessung ohne drehende Komponenten genutzt werden.

PowerAnalyzer bietet High End-Qualität auch für begrenzte Budgets

Der PowerAnalyzer wurde für den großtechnischen Alltagsbetrieb konzipiert, bewährt sich jedoch ebenso bei Entwicklungs- und Analyseprozesse in Forschungslabors. Für deren spezifische Anforderungen wurden klassische Oszilloskop-Funktionen wie die Frequenzanalyse integriert; auch können in extrem geringen Abständen gemessene Daten in Echtzeit angezeigt und aufgezeichnet werden. Die typischen Beschränkungen eines reinen Labormessgeräts entfallen. Der Verzicht auf kleinteilige Bedien- und Visualisierungskomponenten senkt zudem die Fehlerrisiken, vereinfacht und beschleunigt die Prüfprozesse. Die Digitalisierung vormals manuell zu handhabender Abläufe trug zum günstigen Preis-Leistungsverhältnis des Systems bei, dessen Kosten im Vergleich zu anderen Präzisions-Leistungsmessgeräten laut Matuschek „im unteren Bereich“ lägen. Mit ihm könnten Unternehmen, Hochschulen und andere Forschungseinrichtungen selbst bei geringeren finanziellen Spielräumen Mess- und Prüfaufgaben in High End-Qualität lösen.

Genauigkeit plus Anwendungsbreite

Angesichts der Vielfalt marktüblicher Prüfstände und der Fülle möglicher Messaufgaben habe man gezielt auf Individualisierbarkeit und Flexibilität in der Anwendung gesetzt, sagt Firmenchef Matuschek. Besonderen Praxisnutzen des Systems sieht er für die Motoren-, Frequenzumrichter- und Antriebssystementwicklung, ebenso für Bereiche wie Pumpen, Lager und Getriebe. Selbst Entwickler und Hersteller von Kaffee-, Waschmaschinen und anderen motorgetriebenen Haushaltgeräten hätten bereits Interesse gezeigt. Analog würden Forschungseinrichtungen und F&E-Dienstleister profitieren, die Prüfstände zur Optimierung bestehender oder Entwicklung neuer Antriebe nutzen.

„Messungen stets hochpräzise und zuverlässig“

PowerAnalyzer mit und ohne Motorenkarte laufen nach Unternehmensangaben bereits bei mehreren Industriekunden sowie Hochschulen, darunter die RWTH Aachen. Ein langjähriger Nutzer des Systems ist die Engiro GmbH. Das auf die Herstellung von E-Antrieben für Nutzfahrzeuge für den Agrar- und Kommunalsektor, die Bau- und Transportindustrie sowie den Marinebereich spezialisierte Aachener Unternehmen nutzt den PowerAnalyzer bereits seit 2019 zur elektrischen Prüfung von E-Motoren vor Auslieferung an den Kunden, für Erprobungsmessungen bei Entwicklungsvorhaben und für Zertifizierungsmessungen von Antriebssystemen zur Straßenzulassung. „Dass der PowerAnalyzer schon so lange bei uns im Einsatz ist, hat seinen Grund: Die Messungen sind stets hochpräzise und zuverlässig. Außerdem bietet er vielfältige Möglichkeiten zur Visualisierung und individuellen Anpassung, die für unsere Tests notwendig sind“, sagt Stefan Quabeck, Team Leader Validation and Application bei Engiro.

Mitte 2023 hat sein Unternehmen dann begonnen, die Motor-Zusatzkarten zunächst im Alltagsbetrieb zu testen, um die mechanische Ausgangsleistung und die elektrische Eingangsleistung zeitsynchron bestimmen zu können. Die Handhabung überzeugte, sodass sich Engiro nicht nur für das Nachrüsten der Motorkarte beim schon vorhandenen PowerAnalyzer entschied, sondern zusätzlich noch ein zweites Messgerät mit Motorkarte erwarb. „Mit der zusätzlichen Karte konnten wir die Qualität unserer Messungen deutlich erhöhen. Vorher mussten wir die mechanische Leistung über den CAN-Bus einlesen, was die Synchronisation deutlich erschwerte. Das entfällt nun komplett“, erläutert Quabeck.

Der Autor Gerolf-R. Päckert ist Technologiejournalist bei Checkpoint Media in Berlin.