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Die Erfindung betrifft einen Verspannungsprüfstand für umlaufende
Teile, insbesondere für Getriebe, bei dem der zu prüfende Teil in einem in sich
geschlossenen und durch ein Drehmoment verspannten Kreis angeordnet ist und dieser
Verspannungskreis durch eine Antriebsmaschine von außen angetrieben wird.
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Die obenerwähnten Verspannungsprüfstände dienen in erster Linie zum
Prüfen von Getrieben. Man kann mit ihnen aber auch Gelenke, Gelenkwellen, Kupplungsteile
oder ähnliche Teile prüfen. Bei den bekannten Verspannungsprüfständen wird nun im
Verspannungskreis als Spannglied ein vorgespannter Drehstab, eine hydrostatische
Verspannkupplung oder ein äquivalentes Glied verwendet. Es handelt sich dabei also
im Grunde genommen um eine formschlüssige Verspannung mit Hilfe einer oder mehrerer
Elastizitäten.
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Diese bekannten Prüfstände haben mehrere Nachteile, die sich insbesondere
beim Betrieb mit hohen Drehzahlen sehr störend bemerkbar machen. Zum ersten ist
die Verspannung selbst nur mit einem erheblichen Aufwand und in schwieriger Montage
herstellbar. Zweitens ändert sich das~ durch die Verspannung eingebrachte Drehmoment
dadurch, daß z. B. in dem zu prüfenden Teil eine Abnutzung auftritt. Das ganze Prüfergebnis
wird auf diese Weise verfälscht. Drittens - und dies scheint der schwerwiegendste
Nachteil zu sein - entsteht auf diese Weise ein in sich geschlossener Schwingungskreis,
der sich durch Störimpulse außerordentlich leicht zu Schwingungen anregen läßt und
der auch durch Anbau eines Schwingungsdämpfers von außen nicht zu dämpfen ist.
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Die Erfindung hat sich die Beseitigung der vorstehenden Nachteile
zur Aufgabe gemacht. Ihr liegt als allgemeiner Gedanke die Überlegung zugrunde,
im Verspannungskreis erfindungsgemäß ein kraftschlüssig wirkendes Spannglied anzuordnen.
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Im einzelnen wird zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagen,
daß als Spannglied im Verspannungskreis ein hydrodynamischer Kreislauf oder ein
gleichwirkendes Schlupfglied angeordnet ist und daß im Verspannungskreis Obersetzungsmittel
angeordnet sind, durch welche die beiden Teile des Schlupfgliedes mit einem vorbestimmten
Schlupf zueinander antreibbar sind.
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Hierbei wird im allgemeinen an einen konstanten Schlupf gedacht sein.
Jedoch schließt dies nicht aus, daß von Fall zu Fall der Schlupf einstellbar - z.
B. für verschiedene Versuchsreihen - oder letzten Endes auch regelbar vorgesehen
sein kann. Auf jeden Fall ist mit der--Wahl eines bestimmten Schlupfes auch das
im Verspannungskreis auftretende Drehmoment bestimmt.
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Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Verspannungsprüfstand. braucht
zunächst einmal die Verspannung nicht vor jedem Versuch gewissermaßen formschlüssig
hergestellt zu werden. Dadurch wird die Montage außerordentlich vereinfacht. Ferner
bleibt das durch die Wahl des Schlupfes bestimmte Drehmoment so lange konstant,
wie der Schlupf konstant bleibt, wobei allerdings eine gleichbleibende Drehzahl
vorausgesetzt ist. Und schließlich wirkt der hydrodynamische Kreislauf als Schwingungsdämpfer,
und er trennt gewissermaßen den Verspannungskreis in einen Strang auf, der - falls
es erforderlich sein sollte - durch einen zusätzlich angebrachten
Schwingungsdämpfer
gedämpft werden kann. Darüber hinaus ergibt sich noch der überraschende Vorteil,
daß nunmehr mit einem solchen erfindungsgemäßen Prüfstand auch Teile geprüft werden
können, die eine und ausrückbar sind.
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Wenn man bei dem erfindungsgemäßen Prüfstand den Schlupf sehr klein
wählt, so ist der hydrodynamische Kreislauf sehr starr und läßt einen Teil der Schwingungen
durch. Außerdem wird dabei der hydrodynamische Kreislauf sehr groß. Wählt man dagegen
den Schlupf groß, so wird zwar der hydrodynamische Kreislauf klein, jedoch die Verlustleistung
steigt infolge des großen Schlupfes ebenfalls an. Die Schwingungsdämpfung allerdings
wird dabei sehr gut. Für die Praxis bevorzugt die Erfindung aus den vorstehend genannten
Uberlegungen heraus die Wahl eines Schlupfes zwischen 5 und 100/o.
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Im allgemeinen wird man für den erfindungsgemäßen Prüfstand eine
hydrodynamische Kupplung wählen. Bei konstantem Schlupf ist nun das von einer solchen
Kupplung übertragene Drehmoment proportional zum Quadrat der Drehzahl. Insofern
wird die im Verspannungskreis auftretende Leistung proportional zur dritten Potenz
der Drehzahl. Es handelt sich also dabei um eine sogenannte »Propellercharakteristik«.
Sollte eine solche in gewissen Fällen unerwünscht sein, so wird vorteilhafterweise
ein in seiner Füllung regelbarer hydrodynamischer Kreislauf verwendet. Man hat es
dann in der Hand, das Drehmoment im Verspannungskreis zu regeln.
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Im allgemeinen wird man daran denken, eine hydrodynamische Kupplung
mit geraden Schaufeln zu verwenden. Dabei ist es dann völlig gleichgültig, ob die
eine oder die andere Schale treibend ist. In manchen Fällen ist es aber zur völligen
Unterdrückung von Schwingungen zweckmäßig, eine richtungsabhängige Kupplung einzubauen.
Hierfür wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß im
Verspannungskreis eine hydrodynamische Kupplung mit an sich bekannten vorwärts schräg
gestellten Schaufeln an der treibenden Schale eingebaut ist. Eine solche Kupplung
hat ganz verschiedene Übertragungsleistungen, je nach ihrer Relativdrehrichtung.
Eine eventuell in den Verspannungskreis eingeleitete Störung wird dadurch sofort
unterdrückt.
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Will man Teile untersuchen, die starke Schwingungen erzeugen, so
genügt unter Umständen die Dämpfung einer mit 10 0/o Schlupf arbeitenden hydrodynamischen
Kupplung nicht mehr. Eine Vergrößerung des Schlupfes ist bei einer Kupplung infolge
des sich dann stark verschlechternden Wirkungsgrades nicht gut möglich. Für diese
Fälle wird dann vorteilhafterweise der Einbau eines hydrodynamischen Wandlers vorgeschlagen.
Dieser kann ohne weiteres so ausgelegt werden, daß er z. B. bei 30 O/o Schlupf nur
noch 10 bis 12 0/o Verlustleistung aufweist. Zudem hat ein solcher Wandler - sofern
er nach dem Trilok-Prinzip aufgebaut ist - eine ganz ausgeprägte Richtungscharakteristik.
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Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung dienen als Übersetzungsmittel
die im Verspannungskreis angeordneten Vorgelege zwischen Hauptwelle und Nebenwelle.
Bei einer anderen Ausführungsform kann jedoch das oder können die zu prüfenden Getriebe
selbst als Übersetzungsmittel dienen. Hierbei ist als Hauptwelle im allgemeinen
diejenige Welle bezeichnet, welche von außen angetrieben wird. Dabei
ist
es an sich gleichgültig, ob das Spannglied und die zu prüfenden Teile in der Haupt-
oder der Nebenwelle angeordnet sind. Im allgemeinen wird man daran denken, das Spannglied
in der Hauptwelle anzuordnen und die zu prüfenden Teile in der Nebenwelle zu montieren.
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Einzelheiten der Erfindung werden im Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 den Aufbau eines Verspannungsprüfstandes
im Schema und F i g. 2 das Beschaufelungsschema einer hydrodynamischen Kupplung.
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Nach F i g. 1 werden von einer Antriebsmaschine 10 durch eine Hauptwelle
11 ein Vorgelegegetriebe 12 und die Primärschale 13 einer hydrodynamischen Kupplung
14 angetrieben. Das Vorgelegegetriebe 12 treibt eine Nebenwelle 15 an, in welcher
die zu prüfenden Getriebe 16 und 17 sowie ein Drehmomentmesser ls angeordnet sind.
Ein weiteres Vorgelegegetriebe 19 treibt auf einen Teil 11 a der Hauptwelle zurück,
der seinerseits mit der Sekundärschale 20 der hydrodynamischen Kupplung 14 in Verbindung
steht.
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Die gesamte Übersetzung der Vorgelegegetriebe einschließlich der
zu prüfenden Getriebe wird nun so gewählt, daß an den Teilen 11 und 11 a der Hauptwelle
eine Drehzahldifferenz auftritt. Die beiden Schalen 13 und 20 der hydrodynamischen
Kupplung laufen daher mit einem bestimmten Schlupf. Bei einer bestimmten Antriebsdrehzahl
ist diesem Schlupf ein ganz bestimmtes Drehmoment zugeordnet, so daß der ganze Verspannungskreis
-der aus den Teilen 13, 11, 12, 15, 17, 17, 19, 11 a und 20 besteht - unter einem
bestimmten Drehmoment umläuft. Hierbei ist es an sich gleichgültig, welche Schale
der hydrodynamischen Kupplung 14 die schneller laufende Schale ist. Dabei ist allerdings
vorausgesetzt, daß die Kupplung an beiden Schalen mit geraden Schaufeln versehen
ist.
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Die Gesamtübersetzung zwischen den Teilen 11 und 11 a der Hauptwelle
kann in der verschiedensten Art und Weise erreicht werden. Wenn z. B. die zu prüfenden
Getriebe16, 17 im direkten Gang laufen oder andere Teile zu prüfen sind, wie z.
B. Gelenke, die keine Drehzahldifferenz ergeben, so wird die Übersetzung allein
in den Vorgelegegetrieben 12 und 19 oder in einem von ihnen hergestellt. Andererseits
ist es durchaus möglich, auch die zu prüfenden Getriebe 16 und 17 oder zumindest
eines von ihnen zur Erzeugung dieser Übersetzung mit heranzuziehen.
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Darüber hinaus wäre es noch denkbar, eines oder beide der Getriebe
12 und 19 nicht als Vorgelege, sondern als Schaltgetriebe auszubilden, so daß man
verschiedene Übersetzungen mit ihnen einstellen kann.
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Die hydrodynamische Kupplung 14 dient als Spannglied für den Verspannungskreis.
Sie bewirkt jedoch keine starre formschlüssige Verspannung, sondern tritt immer
erst dann in Wirkung, wenn der Verspannungskreis vom Antrieb 10 angetrieben wird.
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Durch die hydrodynamische Kupplung 14 werden die Schwingungen im Verspannungskreis
unterdrückt, und zwar um so besser, je größer der Schlupf in der Kupplung ist. Die
Kupplung 14 teilt gewissermaßen
den in sich geschlossenen Schwingungskreis auf in
einen Schwingungsstrang. Dieser kann - falls es erwünscht sein sollte - noch dadurch
zusätzlich gedämpft werden, daß ihm ein weiterer Schwingungsdämpfer 21 zugeordnet
ist. Dieser ist im vorliegenden Fall z. B. beim Vorgelege 19 an die Wellella angeschlossen.
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Für eine noch bessere Unterdrückung der Schwingungen im Verspannungskreis
kann man die hydrodynamische Kupplung 14 nach Fig.2 mit vorwärts schräg gestellten
Schaufeln versehen. Diese Schaufelstellung ergibt bekanntlich eine verschiedene
Ubertragungsfähigkeit, je nachdem, welche Schale der Kupplung die treibende ist.
Im Normalfall und bei cntsprechender Auslegung der Gesamtübersetzung wird z. B.
die Primärschale 13 die antreibende sein.
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Die Sekundärschale 20 läuft dann normalerweise um den Schlupf langsamer
um. In diesem Fall ist die Übertragungsfähigkeit groß. Wenn nun beim Auftreten einer
Drehschwingung ganz kurzzeitig die Sekundärschale 20 schneller wird als die Primärschale
13 - was beim Aufschaukeln einer Schwingung leicht eintreten würde -, sinkt die
Übertragungsfähigkeit der Kupplung 14 auf einen Betrag ab, der nur einen Bruchteil
des ursprünglichen Betrages ausmacht. Auf diese Weise kann jede auftretende Schwingung
noch zusätzlich gedämpft werden. Eine andere Möglichkeit für eine bessere Dämpfung
besteht darin, daß man an Stelle der hydrodynamischen Kupplung 14 einen hydrodynamischen
Wandler an sich bekannter Bauart einsetzt.