DE102006001343A1 - Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung und/oder des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen - Google Patents

Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung und/oder des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen Download PDF

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DE102006001343A1
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Valentin Dr.-Ing. Kujumdshiev
Evsej Dipl.-Ing. Madorsky
David Dipl.-Ing. Rokhlin
Sebastian Schundau
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ANKURO INT GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/24Devices for determining the value of power, e.g. by measuring and simultaneously multiplying the values of torque and revolutions per unit of time, by multiplying the values of tractive or propulsive force and velocity

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung oder/und des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen. Die Erfindung wird zur operativen Messung der effektiven Leistung bzw. des Drehmoments und des Trägheitsmoments von Verbrennungsmotoren, Turbinen und anderen rotierenden Kraftmaschinen eingesetzt. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, um die aktuelle Leistung bzw. das Drehmoment der Kraftmaschine operativ, berührungslos, ohne aufwendige zusätzliche Einrichtungen zu ermitteln. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit nachfolgenden Merkmalen gelöst: DOLLAR A 1. Das Messverfahren benutzt einen Lichtschrankensensor mit entsprechenden Reflexionsmarken anstelle von Dehnungsmessstreifen, DOLLAR A 2. die gemessenen Kennwerte werden nach der an sich bekannten Formel simultan mittels eines Algorithmus ausgewertet: DOLLAR A J.domega/dt = Ma - Mw DOLLAR A und entsprechend für die Leistung: DOLLAR A Pe = (aomega·2· + bomega + c) x omega. DOLLAR A 3. Die Auswertung erfolgt mittels nicht näher dargestellter Software, die unter dem eingetragenen Markennamen "KUMARO·R·" geschützt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung oder/und des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen. Die Erfindung wird zur operativen Messung der effektiven Leistung bzw. des Drehmoments und des Trägheitsmoments von Verbrennungsmotoren, Turbinen und anderen rotierenden Kraftmaschinen eingesetzt.
  • Die effektive Leistung bzw. das Drehmoment einer Kraftmaschine sind die Parameter, deren Wert gemeinsam mit den Parametern, wie z. B.: Kraftstoffverbrauch, Abgaszusammensetzung, Öldruck und weiteren Kenndaten eine genaue Beurteilung über den Zustand der Kraftmaschine erlaubt.
  • Bekannt ist, dass zur Messung der effektiven Leistung in der Regel die Torsion der Welle der (s) rotierenden Maschine (n) Mechanismus bei gleich bleibender Geschwindigkeit mittels Dehnungsmessstreifen gemessen wird. Danach wird die Leistung nach der Formel ermittelt: P = G × α × nwobei:
  • P:
    Leistung in kW
    G:
    Schubmodul des Wellenmaterials
    N:
    Drehzahl der Welle in 1/sec
    α:
    Drehwinkel in grad
    bedeuten.
  • Weiter ist bekannt, dass zur Bestimmung des Schubmoduls des Wellenmaterials die Welle kalibriert werden muss. Diese Kalibrierung ist notwendig, da sich die Werte des Wellenmaterials im Laufe der Zeit verändern, was zur ungenauen Bestimmung der effektiven Leistung führen kann
  • Nachteilig ist, dass dieses Messverfahren beim Einsatz der Ermittlung der effektiven Leistung bzw. des Drehmoments von großen Schiffdieselmotoren sehr aufwendig ist.
  • Ein weiteres ähnliches Verfahren ist durch Fa. Althen GmbH, HBM GmbH (www.althen.de; www.hbm.com) u.a. beschrieben worden, bei dem kalibrierte Messglieder/Messwellen in dem zu messenden Strang zwischengeschaltet werden und nach dem oben beschriebenen Verfahren wird die Leistung ermittelt.
  • Die Funkübertragung der mechanisch gemessenen Werte (genannt „berührungslose Messung) ist ebenfalls bekannt, vergl. u.a. VATRON-Voest Alpine Schweiz.
  • Nach allgemeinem Stand der Technik ist bekannt, dass bei serienmäßig produzierten Kraftmaschinen, wie z. B. Verbrennungsmotoren für PKWs bzw. LKWs, die Leistung an Prüfständen mit elektrischen oder hydraulischen Dynamometern zu ermitteln.
  • Während der Lebenszeit einer Kraftmaschine verschlechtern sich in der Regel deren Parameter. Dieses führt zur Verschlechterung der Leistung bzw. des Drehmoments.
  • Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, um die aktuelle Leistung bzw. das Drehmoment der Kraftmaschine operativ, ohne aufwendige zusätzliche Einrichtungen berührungslos zu ermitteln.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit nachfolgenden Merkmalen gemäß Patentanspruch gelöst.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin,
    • 1. eine berührungslose Ermittlung der effektiven Leistung oder/und des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen möglich ist,
    • 2. die Messung berührungslos ohne Inanspruchnahme von Dehnungsmessstreifen(Sensoren) erfolgt, um die Torsion der Welle zu ermitteln,
    • 3. die Messung ohne Inanspruchnahme von mechanischen, elektrischen oder hydraulischen Dynamometern möglich ist,
    • 4. die Messung ohne Inanspruchnahme von Funkübertragung erfolgt,
    • 5. die gemessenen Werte für die Leistung und das Drehmoment den tatsächlichen Zustand der Kraftmaschine wiedergeben
    • 6. die Auswertung durch eigenerstellte Software mit dem Markennamen UMARO®" erfolgt.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzelnen Verfahrensschritte sind:
    • 1. das Messverfahren wird berührungslos durchgeführt,
    • 2. das Messverfahren benutzt einen Lichtschrankensensor mit entsprechenden Reflexionsmarken anstelle von Dehnungsmessstreifen,
    • 3. das Messverfahren ermittelt folgende Parameter: Effektive Leistung in kW, Drehmoment in Nm, Trägheitsmoment in kgm2,
    • 4. die gemessenen Kennwerte werden nach der an sich bekannten Formel simultan mittels eines Algorithmus ausgewertet: das Trägheitsmoment: J.dω/dt = Ma – Mwwo J – Trägheitsmoment der bewegten Massen Ma – Antriebsmoment am Antriebsflansch der Kraftmaschine Mw = aω2 + bω + c – Widerstandsmoment des Systems im quasistationären Zustand die Leistung: Pe = (aω2 + bω + c) × ωwo Pe effektive Leistung in kW ω die Winkelgeschwindigkeit des Schafts darstellen,
    • 5. die gemessenen Werte werden für die Erstellung der entsprechenden Charakteristika der gemessenen Maschinen oder Mechanismen genutzt,
    • 6. die kurzzeitig, beispielsweise in 3 bis 10 Sekunden gemessenen Werte werden zur weiteren protokollarischen Auswertung abgespeichert,
    • 7. im Anschluss der Messung werden die Ergebnisse in graphischer Form dargestellt,
    • 8. die Auswertung erfolgt mittels eigenerstellter Software.

Claims (1)

  1. Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung oder/und des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Messverfahren wird berührungslos durchgeführt, – das Messverfahren benutzt einen Lichtschrankensensor mit entsprechenden Reflexionsmarken anstelle von Dehnungsmessstreifen – das Messverfahren ermittelt folgende Parameter: Effektive Leistung in kW, Drehmoment in Nm, Trägheitsmoment in kgm2 – die gemessenen Kennwerte werden nach der an sich bekannten Formel simultan mittels eines Algorithmus ausgewertet: das Trägheitsmoment J.dω/dt = Ma – Mw J – Trägheitsmoment der bewegten Massen Ma – Antriebsmoment am Antriebsflansch der Kraftmaschine Mw = aω2 + bω + c – Widerstandsmoment des Systems im quasistationären Zustand die Leistung: Pe = (aω2 + bω + c) × ωwo ω die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Welle darstellt. – die gemessenen Werte werden für die Erstellung der entsprechende Charakteristika der gemessenen Maschinen/Mechanismen genutzt, – die kurzzeitig, beispielsweise in 3 bis 10 Sekunden gemessenen Werte werden zur weiteren protokollarischen Auswertung gespeichert, – die gewonnenen Ergebnisse werden anschließend nach der Messung in graphischer Form dargestellt, – die Auswertung der Messdaten erfolgt mittels nicht näher erläuterter Software
DE200610001343 2006-01-11 2006-01-11 Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der effektiven Leistung und/oder des Drehmoments und des Trägheitsmoments von rotierenden Maschinen und Mechanismen Withdrawn DE102006001343A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101943633A (zh) * 2010-09-30 2011-01-12 武汉钢铁(集团)公司 传动***机械损失和固定转动惯量测量方法

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DE102005002966A1 (de) * 2004-02-11 2005-09-08 Siemens Ag Vorrichtung zur Leistungsbestimmung von Betriebsmitteln

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