AT526591A4 - Prüfstandsanordnung für einen Prüfling - Google Patents

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AT526591A4 ATA50962/2022A AT509622022A AT526591A4 AT 526591 A4 AT526591 A4 AT 526591A4 AT 509622022 A AT509622022 A AT 509622022A AT 526591 A4 AT526591 A4 AT 526591A4
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfstandsanordnung (101) für einen Prüfling (111), mit einem Dynamometer (102), einem Übersetzungsgetriebe (105) und einer zwischen dem Übersetzungsgetriebe (105) und dem Prüfling (111) angeordneten Drehmomentmesseinrichtung (108), wobei die Drehmomentmesseinrichtung (108) mit einem Getriebeausgang (106) des Übersetzungsgetriebes (105) und/oder die Drehmomentmesseinrichtung (108) mit einer Wellenverbindung (110) zum Prüfling (11) zumindest über einen Adapter verbunden ist, und wobei zumindest eine Komponente der Prüfstandsanordnung (101) mit einer hochfrequenten Anregungsfrequenz angeregt wird. Um die Qualität der Messergebnisse zu verbessern ist vorgesehen, dass zumindest ein Adapter als Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) ausgebildet ist, welcher mit einer definierten niedrigfrequenten Zieleigenfrequenz ausgelegt ist, die geringer ist als die hochfrequente Anregungsfrequenz.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfstandsanordnung für einen Prüfling, mit einem Dynamometer, einem Übersetzungsgetriebe und einer zwischen dem Übersetzungsgetriebe und dem Prüfling angeordneten Drehmomentmesseinrichtung, wobei die Drehmomentmesseinrichtung mit einem Getriebeausgang des Getriebes und/oder die Drehmomentmesseinrichtung mit einer Wellenverbindung zum Prüfling zumindest über einen Adapter verbunden ist, und wobei zumindest eine Komponente der Prüfstandsanordnung mit einer hochfrequenten Anregungsfrequenz angeregt wird. Weiters betrifft die Erfindung einen Torsionsentkoppelungsadapter für diese Prüfstandsanordnung.
Bekannte Prüfstandsanordnungen für Prüflinge weisen beispielsweise einen Dynamometer, ein Flansch/Kupplung/Wellensystem, einen Getriebeeingang, ein Übersetzungsgetriebe, einen Getriebeausgang, einen ersten Adapter, eine Drehmomentmesseinrichtung, einen zweiten Adapter, eine Wellenverbindung und
den zu prüfenden Prüfling auf, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.
Bei bisherigen Prüfstandsanordnungen erfolgte die Auslegung des rotatorischen Feder-Trägheits-Systems unter der Annahme eines fremderregten Mehrmassenschwingers mit dem Prüfling als Lokalität der Anregung. Davon ausgehend wird die Wellenverbindung der Drehmomentmesseinrichtung mit dem Prüfling mit einer niederfrequenten Zieleigenfrequenz ausgelegt, um eine Isolationswirkung gegenüber hochfrequenten Anregungen, ausgehend von dem Prüfling, zu erzielen. Durch diese Maßnahme wird bisher eine hohe Datenqualität an der Drehmomentmesseinrichtung sichergestellt.
Prüfstandsanordnungen mit breitbandig anregenden Torsionsschwingungsquellen, insbesondere Prüfstände mit Getriebeanordnungen, Permanentmagnetmaschinen und Elektromotorprüfstände für Maschinen mit hohen Polpaarzahlen, weisen oft hochfrequente Schwingungsquellen nicht nur am Prüfling, sondern auch an anderen Orten der Prüfstandsanordnung auf, beispielsweise an Zahneingriffen des Getriebes. Sämtliche Anregungen, die vor einer Drehmomentmesseinrichtung in die Prüfstandsanordnung eingebracht werden, gelangen in bisherigen Prüfstandsanordnungen direkt und ohne nennenswerte Entkoppelung zur Drehmomentmesseinrichtung. Dadurch werden Messergebnisse nachteilig
beeinflusst.
Aus der EP 2 470 873 A1 ist ein Rotations-Prüfstand für einen Prüfling bekannt, welche einen im Antriebsstrang oder an der Messeinrichtung angeordneten Schwingungstilger zum Tilgen von Schwingungen, die am Prüfstand entstehen, aufweist. Der torsionale oder lineare Schwingungstilger beruht auf einer primären
Dämpfungswirkung.
Die WO 2008/040491 A1 offenbart einen Drehschwingungsdämpfer mit einer Speichenradstruktur, welche einen Innenring und einen Außenring aufweist, die über durch Federelemente gebildet Speichen miteinander verbunden sind. Ein ähnlicher Drehschwingungsdämpfer mit einer Speichenradstruktur mit einen Innenring und einen Außenring verbindende Speichen ist aus der
WO 2016/160875 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es bei einer Prüfstandsanordnung der eingangs
genannten Art die Qualität der Messergebnisse zu verbessern.
Ausgehend von einer Prüfstandsanordnung der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, dass zumindest ein Adapter als Torsionsentkoppelungsadapter ausgebildet ist, welcher mit einer definierten niedrigfrequenten Zieleigenfrequenz
ausgelegt ist, die geringer ist als die hochfrequente Anregungsfrequenz.
Vorzugsweise ist die Zieleigenfrequenz geringer als ein definierter Maximalwert, welcher kleiner ist als die hochfrequente Anregungsfrequenz.
Adapter dienten bisher ausschließlich zur Verbindung von Schnittstellen beispielsweise zwischen Übersetzungsgetriebe und Drehmomentmesseinrichtung und nicht zur Torsionsschwingungsentkoppelung. Daher wurde bisher bei der Auslegung von Adaptern der Eigenfrequenz und Steifigkeit nicht berücksichtigt. Durch die Reduzierung der Eigenfrequenz und Steifigkeit des Adapters wird erreicht, dass höherfrequente Schwingungen, welche aus anderen Quellen als dem Prüfling stammen -beispielsweise aus Zahneingriffen des Übersetzungsgetriebes -
nicht der Drehmomentmesseinrichtung zugeführt werden.
Im Vergleich zu Adaptern von bisherigen Prüfstandsanordnungen weist der Torsionsentkoppelungsadapter eine geringere Steifigkeit auf. Um die geforderte Steifigkeitsreduktion zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn der
Torsionsentkoppelungsadapter eine Speichenradstruktur mit einem Innenring und
einem Außenring aufweist, wobei der Innenring und der Außenring über eine Anzahl
an im Wesentlichen radialen Speichen fest miteinander verbunden sind.
Durch die Speichenstruktur weist der Torsionsentkoppelungsadapter gezielte Materialaussparungen, welche zur Erreichung der geforderten Zielsteifigkeit mit der definierten niederfrequenten Zieleigenfrequenz beitragen.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenring zumindest eine erste Adapteranbindung und der Außenring zumindest eine zweite Adapteranbindung aufweist und die beiden Adapteranbindungen über einen über zumindest eine Speiche verlaufenden Kraftflusspfad miteinander verbunden sind. Die Adapteranbindungen dienen zur drehfesten Verbindung mit der Getriebeausgangswelle, mit der Drehmomentmesseinrichtung oder mit dem Prüfling. Um den Kraftfluss nur durch die Speichen zu führen ist die erste Adapteranbindung vom Außenring und/oder die zweite Adapteranbindung vom Innenring beabstandet.
Die Steifigkeit des Torsionsentkoppelungsadapters wird dabei von der Länge des Kraftflusspfades maßgebend beeinflusst. Die Steifigkeit ist dabei umgekehrt proportional zur Länge des Kraftflusspfades. Eine Verminderung der Steifigkeit kann
somit durch Vergrößerung des Kraftflusspfades erzielt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Adapteranbindung an einer radialen Außenseite des Innenringes und/oder die zweite Adapteranbindung an einer radialen Innenseite des Außenringes angeordnet ist. Dadurch kann der Torsionsentkoppelungsadapter kompakt und mit geringer Steifigkeit ausgeführt werden. Vorzugsweise ist dabei zumindest eine Adapteranbindung in einem von zwei benachbarten Speichen, dem Innenring und dem Außenring aufgespannten Speichenzwischenraum angeordnet. Günstigerweise können die Adapteranbindungen jeweils mittig zwischen zwei benachbarten Speichen angeordnet sein. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Adapteranbindung außermittig zwischen zwei benachbarten Speichen angeordnet ist. Dadurch ist es möglich einen belastungsrichtungsabhängigen Kraftfluss zu
erzeugen.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Torsionsentkoppelungsadapter einteilig ausgebildet ist und aus einem einzigen Werkstoff, vorzugsweise aus Metall,
beispielsweise aus Stahl, besteht. Separate Feder- oder Gummielemente sind somit
nicht erforderlich.
Der Torsionsentkoppelungsadapter wird mit einer niederfrequenten Zieleigenfrequenz ausgelegt, um eine Isolationswirkung gegenüber hochfrequenten
Anregungen, ausgehend von dem Prüfling, zu erzielen.
Die Erfindung wird im Folgendem anhand von einem in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
Fig. 1 und 2 eine bekannte Prüfstandsanordnung,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Prüfstandsanordnung und
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Torsionsentkoppelungsadapter.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine bekannte Prüfstandanordnung 1 für Prüflinge 11 mit einem eine Leistungsbremseinrichtung bildenden Dynamometer 2, einem Flansch/Kupplung/Wellensystem 3, einem Getriebeeingang 4, einem Übersetzungsgetriebe 5, einem Getriebeausgang 6, einem ersten Adapter 7, einer Drehmomentmesseinrichtung 8, einem zweiten Adapter 9, einer Wellenverbindung 10 und den zu untersuchenden Prüfling 11. Das Flansch/Kupplung/Wellensystem 3 verbindet den Dynamometer 2 mit dem Getriebeeingang 4 des Übersetzungsgetriebes 5, welches über den Getriebeausgang 6 mit der Drehmomentmesseinrichtung 8 verbunden ist. Die Drehmomentmesseinrichtung 8 ist über die Wellenverbindung 10 mit dem Prüfling 11 verbunden. Der zwischen dem Getriebeausgang 6 und der Drehmomentmesseinrichtung 8 angeordnete erste Adapter 7 und der zwischen der Drehmomentmesseinrichtung 8 und der Wellenverbindung 10 angeordnete zweite Adapter 9 sind als reine Wellenkupplungen konzipiert und tragen nicht oder sehr wenig zur Torsionsentkoppelung bei. Die Wellenverbindung zwischen der Drehmomentmesseinrichtung 8 und dem Prüfling 11 ist mit einer niederfrequenten Zieleigenfrequenz ausgelegt, um eine Isolationswirkung gegenüber hochfrequenten Anregungen, ausgehend von dem Prüfling 11 zu erzielen. Das Schwingungsniveau ist in den Fig. 1 bis 3 durch die Dichte des Punktemusters angedeutet. Deutlich ist in Fig. 1 durch die Dotierung erkennbar, dass hochfrequente Schwingung vom
Prüfling nicht zur Drehmomentmesseinrichtung 8 gelangen.
Allerdings können bei einer Prüfstandsanordnung 1 hochfrequente Schwingungen auch durch andere Quellen, beispielsweise durch eingreifende Zahnflanken des Übersetzungsgetriebes 5, eingetragen werden, welche die Messergebnisse der Drehmomentmesseinrichtung 8 nachteilig beeinflussen. In Fig. 2 ist eine bekannte Prüfstandanordnung mit einer durch die Getriebeübersetzung 8 gebildeten zweiten Quelle für hochfrequente Schwingungen dargestellt und der Einfluss auf andere Komponenten, insbesondere die Drehmomentmesseinrichtung 8 durch das Punktemuster schematisch dargestellt. Weder der erste Adapter 7 noch der zweite
Adapter 9 dämpfen oder Filtern die hochfrequenten Schwingungen.
Fig. 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Prüfstandsanordnung 101 für Prüflinge 111 mit einem Dynamometer 102, einem Flansch/Kupplung/Wellensystem 103, einem Getriebeeingang 104, einem Übersetzungsgetriebe 105, einem Getriebeausgang 106, einem ersten Torsionsentkoppelungsadapter 107, einer Drehmomentmesseinrichtung 108, einem zweiten Torsionsentkoppelungsadapter 109, einer Wellenverbindung 110 und den zu untersuchenden Prüfling 111. Die Prüfstandsanordnung 101 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten bekannten Prüfstandsanordnung 1 dadurch, dass die Adapter als Torsionsentkoppelungsadapter 107, 109 ausgebildet sind und eine niedrigfrequente Zieleigenfrequenz aufweisen, die geringer ist als die hochfrequente Anregungsfrequenz. Die Steifigkeit der Torsionsentkoppelungsadapter 107, 109 ist somit wesentlich geringer als die Steifigkeit der Adapter 7, 9 von bekannten Prüfstandsanordnungen 1. In einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entkoppelung weisen die Torsionskoppelungsadapter 107, 109 beispielhaft eine Zieleigenfrequenz von nur 70 Hz auf. Eine hochfrequente Anregung mit 300 Hz kann dadurch mit -25 dB abgeschwächt werden. Dadurch wird erreicht, dass hochfrequente Schwingungen durch die Torsionsentkoppelungsadapter herausgefiltert und nicht mehr zur Drehmomentmesseinrichtung 108 weitergeleitet
werden.
Die einteilig ausgeführten und aus beispielsweise aus Metall bestehenden Torsionsentkoppelungsadapter 107, 109 weisen eine relativ geringe Steifigkeit auf. Die - im Vergleich zu herkömmliche Adapter 7, 9 geringere Steifigkeit wird bei dem in Fig. 4 beispielhaft gezeigten Torsionsentkoppelungsadapter 107, 109 durch eine Speichenradstruktur 112 mit einem Innenring 113 und einem Außenring 114 erreicht. Der Innenring 113 und der Außenring 114 sind über eine Anzahl an im
Wesentlichen radialen Speichen 115 fest miteinander verbunden. Der Innenring 112 weist erste Adapteranbindungen 116 und der Außenring 114 zweite Adapteranbindung 117 auf. Über die Adapteranbindungen 116, 117, welche beispielsweise durch Bohrungen für Verbindungsschrauben gebildet sind, kann jeder Torsionsentkoppelungsadapter 107 mit angrenzenden Elemente der Prüfstandsanordnung 101, wie beispielsweise dem Getriebeausgang 106 und die Drehmomentmesseinrichtung 108, oder die Drehmomentmesseinrichtung 108 und
die Wellenverbindung 110 verbunden werden.
Die beiden Adapteranbindungen 116, 117 sind über einen über zumindest eine Speiche 115 verlaufenden Kraftflussweg F miteinander verbunden. Die erste Adapteranbindung 116 ist im Ausführungsbeispiel am Innenringes 113 und die zweite Adapteranbindung 117 an einer radialen Innenseite 114a des Außenringes
114 angeordnet.
Die erste Adapteranbindung 116 ist vom Außenring 114 und die zweite
Adapteranbindung 117 vom Innenring 113 beabstandet.
Jede zweite Adapteranbindung 117 ist in einem von zwei benachbarten Speichen 115, dem Innenring 113 und dem Außenring 114 aufgespannten Speichenzwischenraum 118 angeordnet, wobei die zweite Adapteranbindung 117 im Ausführungsbeispiel von jeder benachbarten Speiche 115 gleich beanstandet ist.
Dadurch, dass die Torsionsentkoppelungsadapter 107, 109 mit geringerer Eigenfrequenz und Steifigkeit ausgeführt sind, wird erreicht, dass höherfrequente Schwingungen, welche aus anderen Quellen als dem Prüfling 111 stammen beispielsweise aus Zahneingriffen des Übersetzungsgetriebes 105 - nicht der Drehmomentmesseinrichtung 108 zugeführt werden. Somit kann die Qualität der Messergebnisse der Drehmomentmesseinrichtung 108 wesentlich verbessert
werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Prüfstandsanordnung (101) für einen Prüfling (111), mit einem Dynamometer (102), einem Übersetzungsgetriebe (105) und einer zwischen dem Übersetzungsgetriebe (105) und dem Prüfling (111) angeordneten Drehmomentmesseinrichtung (108), wobei die Drehmomentmesseinrichtung (108) mit einem Getriebeausgang (106) des Übersetzungsgetriebes (105) und/oder die Drehmomentmesseinrichtung (108) mit einer Wellenverbindung (110) zum Prüfling (11) zumindest über einen Adapter verbunden ist, und wobei zumindest eine Komponente der Prüfstandsanordnung (101) mit einer hochfrequenten Anregungsfrequenz angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Adapter als Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) ausgebildet ist, welcher mit einer definierten niedrigfrequenten Zieleigenfrequenz ausgelegt ist, die geringer ist als die hochfrequente Anregungsfrequenz.
    Prüfstandsanordnung (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) eine Speichenradstruktur (112) mit einem Innenring (113) und einem Außenring (114) aufweist, wobei der Innenring (113) und der Außenring (114) über eine Anzahl an im Wesentlichen radialen Speichen (115) fest miteinander verbunden sind.
    Prüfstandsanordnung (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (113) zumindest eine erste Adapteranbindung (116) und der Außenring (114) zumindest eine zweite Adapteranbindung (117) aufweist und die beiden Adapteranbindungen (116, 117) über einen über zumindest eine Speiche (115) verlaufenden Kraftflusspfad (F) miteinander verbunden sind.
    Prüfstandsanordnung (101) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Adapteranbindung (116) an einer radialen Außenseite des Innenringes (113) und/oder die zweite Adapteranbindung (117) an einer
    radialen Innenseite (114a) des Außenringes (114) angeordnet ist.
    Prüfstandsanordnung (101) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
    gekennzeichnet, dass die erste Adapteranbindung (116) vom Außenring
    11.
    8
    (114) und/oder die zweite Adapteranbindung (117) vom Innenring (113)
    beabstandet ist.
    Prüfstandsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Adapteranbindung (116, 117) in einem von zwei benachbarten Speichen (115), dem Innenring (113) und dem
    Außenring (114) aufgespannten Speichenzwischenraum (118) angeordnet ist.
    Prüfstandsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Adapteranbindung (117) mittig
    zwischen zwei benachbarten Speichen (115) angeordnet ist.
    Prüfstandsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Adapteranbindung (117) außermittig zwischen zwei benachbarten Speichen (115) angeordnet ist.
    Prüfstandsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Torsionsentkoppelungsadapter (107,
    109) einteilig ausgebildet ist.
    Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) mit einer Speichenradstruktur (112) mit einem Innenring (113) und einem Außenring (114), wobei der Innenring (113) und der Außenring (114) über eine Anzahl an im Wesentlichen radialen Speichen (115) fest miteinander verbunden sind, und wobei der Innenring (113) zumindest eine erste Adapteranbindung (116) und der Außenring (114) zumindest eine zweite Adapteranbindung (117) aufweist und die beiden Adapteranbindungen (116, 117) über einen über zumindest eine Speiche (115) verlaufenden Kraftflusspfad (F) miteinander verbunden sind, insbesondere für eine Prüfstandsanordnung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Adapteranbindung (116) an einer radialen Außenseite des Innenringes (113) und/oder die zweite Adapteranbindung (117) an einer radialen Innenseite (114a) des Außenringes (114) angeordnet ist.
    Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Adapteranbindung (116) vom Außenring
    (114) und/oder die zweite Adapteranbindung (117) vom Innenring (113)
    beabstandet ist.
    12. Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Adapteranbindung (116, 117) in einem von zwei benachbarten Speichen (115), dem Innenring (113) und dem Außenring (114) aufgespannten Speichenzwischenraum (118) angeordnet ist.
    13. Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Adapteranbindung (116, 117) mittig zwischen zwei benachbarten Speichen (115) angeordnet ist.
    14. Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein
    Torsionsentkoppelungsadapter (107, 109) einteilig ausgebildet ist.
    15.12.2022 FU/iv
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