Messung
Kurzfassung
Maßgeschneiderte Messungen von thermischen Energiesystemen und deren Komponenten
TLK-Thermo entwickelt und betreibt eine Vielzahl von eigenen Prüfständen. Hier untersuchen wir Komponenten und Systeme aus den Bereichen Fahrzeug, Wärmepumpe, Batterie- und Brennstoffzellensysteme, Thermoelektrik, Elastokalorik und andere. Im Fokus stehen Kaltdampfsysteme mit den Kältemitteln R-744 (CO2), R-290 (Propan), R-1234yf, R-513A, R-134a und weitere. Mit unseren maßgeschneiderten Prüfständen bieten wir unseren Kunden individuelle Lösungen, detaillierte Messwertaufzeichnungen, physikalisch fundierten Analysen sowie fachkundige Interpretationen.
Komponenten thermischer Systeme
Unterstützung bei der Entwicklung von Komponenten für unterschiedliche Fluide
Wir untersuchen die Einzelkomponenten thermischer Systeme im Detail. Für unsere Kunden führen wir sowohl begleitende Messungen während der Komponentenentwicklung als auch Messungen an bereits etablierten Komponenten durch.
In unseren Prüfständen können wir sämtliche Komponenten eines Kaltdampfprozesses für mobile oder stationäre Anwendungen mit den Kältemitteln R-744, R-290, R-1234yf, R-513A, R-134a u.a. detailliert betrachten. Darüber hinaus untersuchen wir auch Komponenten außerhalb eines Kältekreislaufs, wie z.B. Pumpen oder Lüfter.
Beispiele für Komponenten und Fragestellungen, die wir in unseren hauseigenen Prüfständen analysieren:
- Kältemittelverdichter: Leistungsmessungen, Effizienzmessungen, Indikatordiagramme, Dauerlaufuntersuchungen, Nassanlaufverhalten, Untersuchung des Ölumlaufs
- Wärmeübertrager: Leistungsmessungen, Druckabfallsmessungen, Dynamikuntersuchungen, parasitäre Wärmeverluste (z.B. bei komplexen Kompaktwärmeübertragern), Vereisungs- und Bereifungsuntersuchungen an Verdampfern inkl. Abtaustrategien, Untersuchung der Kältemittelverteilung
- Batterie: Wärmeleitungseigenschaften von thermischen Trennschichten in Fahrzeugbatterien, Kühlstrukturen für Fahrzeugbatterien
- Brennstoffzelle: Untersuchung der Wassertransporteigenschaften von Membranbefeuchtern
- Expansions- und Absperrorgane: Einstellgenauigkeit, Hysterese, Wiederholgenauigkeit, Lebensdauer, Druckverluste
- Sammler: Abscheidekennlinien in Abhängigkeit von Füllstand und Massenstrom, Analyse der Dynamik, Ölrückbehalt
- Leckagemessungen: Bestimmung der externen Langzeitleckage von kältemittelführenden Komponenten in speziellen Druckkammern, sowie Bestimmung von internen Leckagen in Abhängigkeit vom Differenzdruck
- Explosive Dekompression: Untersuchung der Auswirkungen einer abrupten Druckentlastung auf Materialien und Komponenten, die Kältemittel einlagern können
- Sonstige Komponenten (Beispiele): Strömungscharakterisierung in Rauchdetektoranlagen, Dauerlaufeigenschaften von elektrischen Pumpen, Wasseraufnahme von Polymeren
Thermische Gesamtsysteme
Vermessung thermischer Gesamtsysteme für unterschiedliche Fragestellungen
Neben Einzelkomponenten untersuchen wir bei TLK auch Gesamt- und Teilsysteme. Unsere Schwerpunkte liegen dabei auf Thermomanagementsystemen in Fahrzeugen sowie auf stationären Wärmepumpen.
Thermomanagementsysteme in Fahrzeugen
Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Pkw erfordert eine umfassende Betrachtung der eingesetzten thermischen Systeme: Heizen, Kühlen und Entfeuchten der Fahrgastzelle sind reichweitenrelevant, Batterien müssen geheizt und gekühlt werden (insbesondere beim Schnellladen), weitere Komponenten bedürfen einer Kühlung und sind damit gleichzeitig Wärmequelle für Heizanwendungen. Die von uns untersuchten Systeme sind oftmals hochgradig flexibel umschaltbar und erfordern somit eine komplexe Integration in universell einsetzbare Prüfstände. Entsprechend diesen Anforderungen besitzen unsere Systemprüfstände folgende Eigenschaften:
- Hohe Anpassungsfähigkeit beim Einbau verschiedener Gesamt- und Teilsysteme
- Flexibel gestaltbare Ansteuerung der Systeme über CAN/LIN-Ansteuerung, Automotive Serienregler aus dem Fahrzeug und/oder hauseigene Software
- Bei Bedarf geodätisch korrekte Anordnung der Bauteile entsprechend der Anordnung im Fahrzeug
- Kühl- und Heizbetrieb (auch kombiniert) von ca. -20°C bis 60°C
- Aufprägung eines weiten Feuchtebereichs auf die Systeme
- Integration von Chillern zur Batteriekühlung und Simulation der Lastprofile durch ansteuerbare Prozessthermostate
- Möglichkeit der Untersuchung des Ölrückbehalts in einzelnen Komponenten
Stationäre Wärmepumpen
Stationäre Wärmepumpen spielen eine wachsende Rolle bei der Wärmeversorgung und Klimatisierung von Gebäuden. Bei TLK untersuchen wir derartige Wärmepumpen in unseren Klimakammern, z.B. mit dem Ziel der Systemoptimierung oder der Verknüpfung von Modellierung und Validierung.
Sonstige technische Kühlanwendungen
In unseren Laboren verfügen wir über flexible Möglichkeiten, unterschiedliche thermische Systeme zu untersuchen. Die Bandbreite unserer Erfahrungen reicht von der Schaltschrankkühlung bis hin zum tragbaren Klimagerät.
Maßgeschneiderte Messungen
Kundenspezifische Lösungen für individuelle Messaufträge
Bei TLK vereinen wir tiefgehendes Verständnis thermodynamischer Zusammenhänge mit langjähriger Erfahrung im Bau und Betrieb von Spezialprüfständen. Dadurch sind wir in der Lage, auch für schwierige Messaufgaben kreative und gleichzeitig solide, belastbare Prüfstandskonzepte zu entwickeln. Bevor wir unsere Prüfstände bauen, werden die zugrundeliegenden Konzepte mit unserer hauseigenen Simulationssoftware TIL Suite geprüft und optimiert.
Gemeinsam mit unseren Kunden planen wir unsere Messungen, z.B. mit Hilfe von Lastenheften und DoE-Methoden. Von Anfang an werden das Design und die Entwicklung eines Prüfstandskonzepts eng mit den speziellen Fragestellungen unseres Auftraggebers verknüpft. Beispiele für bereits durchgeführte, maßgeschneiderte Messungen bei TLK:
- Untersuchungen an Heatpipes und Naturumläufen in verschiedenen Anwendungsbereichen, z.B. Batteriekühlung oder Abtauungsprozesse
- Detaillierte nichtinvasive Untersuchungen an Kältemittelsammlern unter realen Einsatzbedingungen
- Charakterisierung der Wassertransporteigenschaften von Membranbefeuchtern in Brennstoffzellensystemen
- Leckagemessungen an Komponenten und Systemen unter variabler thermischer Belastung
- Untersuchung von Spezialfragestellungen zu Ölumlauf und Ölrückbehalt in der Gesamtanlage
- Individuelle Unterstützung bei der Entwicklung von Komponenten und Anlagen vom ersten Funktionsmuster bis zur fertigen Anlage
Wenn Sie an einer maßgeschneiderten Lösung für Ihre thermodynamische Messaufgabe interessiert sind, sprechen Sie uns gerne an.
Automatisierte Messungen
Automatisiertes Abfahren stationärer Messpunkte und instationärer Lastprofile
Dank unserer umfassenden Erfahrung auf dem Gebiet der Regelungstechnik, verbunden mit unserem Verständnis der thermodynamischen Zusammenhänge, ist die Automatisierung einer lückenlosen autonomen Überwachung unter Einhaltung kritischer Randbedingungen im Allgemeinen auch bei komplexen Lastprofilen möglich. Je nach Anforderung und Komplexität lassen sich unsere Prüfstände daher vollständig automatisieren, wodurch ein 24/7-Betrieb ermöglicht wird.
Durch den Einsatz unserer hauseigenen Softwareprodukte können wir auf Wunsch auch regelmäßig automatisierte Messberichte erstellen und verschicken.
Beispiele für bereits durchgeführte automatisierte Messungen und Prüfstände:
- Diverse Dauerlaufprüfstände für Verdichter
- Membranbefeuchter für Brennstoffzellen im 24/7-Dauerbetrieb unter Aufprägung von thermischem Stress und Untersuchung der Alterung
- Pumpen-Dauerlaufprüfstände
- Leckagemessungen an Komponenten
- Untersuchung der explosiven Dekompression nach Dauerexposition von Bauteilen in einer R-744-Atmosphäre
Wasserstoff
Experimentelle Untersuchungen mit Wasserstoff
Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein für die zukünftige Energieversorgung. Gleichzeitig stellt er auch einen Energieträger und Rohstoff für die Industrie dar, wobei seine Bedeutung in vielen Anwendungsgebieten aktuell enorm steigt. Bei TLK bereiten wir deshalb Laborflächen vor, die uns neben den etablierten simulativen Untersuchungen auch experimentelle Arbeiten mit Wasserstoff erlauben. Die erste Anwendung wird eine – zusammen mit dem Institut für Thermodynamik der TU-Braunschweig entwickelte – Laboranlage zur Erzeugung von tiefkaltem (ca. -250°C) flüssigem Wasserstoff unter Atmosphärendruck sein. Der erzeugte Wasserstoff soll anschließend als Arbeitsmedium zur Untersuchung von Komponenten (z.B. Ventile, Sensoren, Leistungselektroniken, supraleitenden Bauteilen etc.) genutzt werden.
Unser Labor
Labor der TLK-Thermo GmbH
An unserem Hauptsitz in Braunschweig verfügen wir über eine Laborfläche von etwa 1500 m². Unterstützt durch unsere hauseigene Mechanik- und Elektrowerkstatt planen, bauen und betreiben wir auf dieser Fläche eine Vielzahl von unterschiedlichen System- und Komponentenprüfständen. Diese werden während der Messungen teils engmaschig durch uns überwacht oder aber autonom im 24/7-Dauerlaufbetrieb gefahren.
Ein Teil des Energiebedarfs unserer Prüfstände wird durch unsere eigene, auf dem Labordach installierte PV-Anlage gedeckt. Soweit es möglich ist, koppeln wir – energetisch optimiert – die Prozesskälteerzeugung mit der gleichzeitig benötigten Prozesswärme.
Aktuell planen wir einen weiteren Außenstandort unseres Labors, an dem wir Wasserstoffsysteme vermessen können. Dieser wird uns voraussichtlich ab Anfang 2024 zur Verfügung stehen.
