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Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlunlr; von Kennlinien elektrischer,
bydrostatischer und sonstiger Antriebe in Betriebs-, Gegendreh- und Oberdrehbereichen
Bekannt sind Prüfstände, bei denen mit Hilfe von Wasserwirbelbremsen, Bremsdynamometern
und ähnlichen Einrichtungen die Leistungen und/oder Drehmomente von Antriebsaggregaten
in Abhängigkeit von der Drehzahl ermittelt werden können.
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Die Wasserwirbelbremse z.B. vernichtet die abgebremste Leistung durch
Erwärmung des die Bremse durchfließenden Wassers. Ihre Wirkung ist auf hohe Drehzahlen
beschränkt, da es sich hierbei um ein dynamisches Prinzip handelt. Sollen Antriebsmaschinen
auch bei geringen Drehzahlen abgebremst werden, so kann eine Reibungsbremse aufgelegt
werden.
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Infolge der mit der Geschwindigkeit abfallenden Reibung sind hierbei
jedoch oft keine stabilen Betriebszustände zu erhalten, so daß eine befriedigende
Messung, vor allem wenn es sich darum handelt, Aggregate bei geringen Drehzahlen
auf ihre Laufkonstanz zu untersuchen, nicht möglich ist. Außerdem ist die Wasserwirbelbremse
nicht in der Lage, Gegendreh- oder Überdrehzustände herzustellen.
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Bei Hobelantrieben untertage-es wird zur Zeit mit Hobelgeschwindigkeiten
bis 2 mis bei Streblängen von 200 m gehobelt - wird der Hobel häufig umgeschaltet,
so daß sich das Antriebsaggregat des Hobels vorwiegend im Anfahrzustand, also im
Bereich geringer Drehzahlen befindet. Das gilt auch für Panzerförderer, da man aus
Gründen der Kettenschonung Antriebe mit geringen Drehzahlen und geringen umlaufenden
Massen bevorzugt.
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Häufig treten Betriebszustände auf, bei denen der elektrische Antriebsmotor
übersynchron angetrieben wird. Dies ist z. B. der Fall, wenn ein abwärts fördernder
Förderer zu stark beladen ist, so daß
er als Bremsförderer wirkt.
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Bei Blockierungen von z. B. Panzerförderern kommt es vor, daß infolge
der vornehmlich durch die rotierenden Massen vorgespannten Ketten diese sich wieder
rückwärts zusammenziehen und dabei den Motor entgegengesetzt zur Betriebsdrehrichtung
bewegen. Dabei wird z. B. ein Druckluftmotor zum Kompressor.
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Oft ist es erforderlich, das Verhalten ganzer Maschinen, z.B. Großlochbohrmaschinen,
so zu untersuchen, daß man später im Einsatz anhand der untertage meßbaren Drücke
in den blzuführungen und der Drehzahlen eindeutig weiß, mit welchem Drehmoment gerade
gebohrt wird. Hierbei handelt es sich vorwiegend um Bohrmaschinen, die Bohrungen
von 2,5 bis 3,0 m Durchmesser niederbringen. Ihr Antrieb erfolgt beispielsweise
durch eine mittels eines Asynchronmotors angetriebene Ölpumpe, die je nach Konstruktion
1 bis 4 Ölmotoren mit Drucköl beaufschlagt. Diese Ölmotoren treiben gegebenenfalls
über ein mechanisches Getriebe die eigentliche Bohrwelle an. Eine derartige Großlochbohrmaschine
mit einem Gewicht von z. B. 10 t kann nicht in der üblichen Art an die Wasserwirbelbremse
angeschlossen werden.
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Um bei den beispielhaft angeführten Fällen: 1.1 Große Drehmomente
bei geringen Drehzahlen 1.2 Verhältnisse bis zur Drehzahl Null ohne Reibungsbremse
1.3 Laufkonstanz bei geringen Drehzahlen 1.4 Dynamisches Verhalten bei Anfahrzuständen
1.5 Verhalten der Antriebe im Bereich negativer und übersynchroner Drehzahlen 1.6
Untersuchung kompletter Maschinen 1.7 Dauererprobungen Messungen überhaupt und befriedigend
durchführen zu können, sieht die Erfindung die Einschaltung eines Zwischenkreises
auf hydrostatischer Basis vor.
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Dieser Zwischenkreis wird zwischen die abzubremsende Maschine und
die Wasserwirbelbremse geschaltet.
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Er besteht im einzelnen aus: 2.1 einer hydrostatischen Pumpe bzw.
einem hydrostatischen Motor (Radial-Axialkolbenmotor), der von dem zu untersuchenden
Antrieb angetrieben und damit zur Pumpe wird. Er sei als Bremsmotor bezeichnet.
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2.2 Einem hydrostatischen Verstellmotor, der die Wasserwirbelbremse
antreibt.
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2.3 Einem Ölvorratsbehälter.
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2.4 Einer Zusatzpumpe, die für einen ausreichenden Ansaugedruck des
Bremsmotors (Pumpe) sorgt, wenn offener Kreislauf vorgesehen werden soll.
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2.5 Einer Zusatzpumpe, die so ausgelegt ist, daß sie 2.51 den Leckölverlust
des Zwischenkreises decken kann; 2.52 Drucköl in ausreichender Menge auf den Bremsmotor
geben kann, so daß dieser jetzt echt als Motor wirkt und den zu prüfenden Antrieb
entgegengesetzt zur Betriebsdrehrichtung drehen kann.
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Die unter 2.4 und 2.5 aufgeführten Pumpen können identisch sein.
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Zur Ermittlung des Drehmomentes werden zwischen der zu prüfenden Maschine
und dem Bremsmotor zwei Flansche angeordnet, wobei durch zwei Klauen mit dazwischengesetzten
Druckstiften oder durch zwei Verbindungsstege, die mit Dehnungsmeßstreifen versehen
sind, das Drehmoment übertragen wird. Die Messung des Drehmomentes erfolgt mithin
durch eine Kraftmessung, wobei es einfach möglich ist, die Druckbolzen bzw. die
Stege in einer Zug-Druck-Prüfmaschine zu eichen. Dies ist besonders vorteilhaft,
da eine Eichung großer Drehmomente - es treten z. B. bei der o.a. Großlochbohrmaschine
Drehmomente in der Größe von 10 Megapondmeter auf - sonst kaum möglich ist.
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Die Übertragung der durch die Dehnungsmeßstreifen in elektrische Größen
(Frequenzen) umgewandelten mechanischen Größen (Kräfte) erfolgt bei Verwendung einer
Mittelfrequenz, z. B. einer Tonfrequenz
von ca. 6000 Hz, drahtlos
und somit auch schleifringlos. Die Drehzahl der zu prüfenden Maschine wird über
Lichtimpulse, erzeugt durch eine Lochscheibe, ermittelt. Dieses Verfahren erlaubt
auch eine Feststellung hinsichtlich der Laufkonstanz bei geringen Drehzahlen.
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Die flexible Verbindung durch blschlauche zwischen dem Bremsmotor
und dem Verstellmotor ermöglicht dE Prüfung kompletter Haschinen.
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Durch den Zwischenkreis kann z. B. ein zu prüfender Aggregat mit geringer
Drehzahl an die Wasserwirbelbremse, die eine entsprechende Bremswirkung erst bei
wesentlich größeren Drehzahlen aufweist, dadurch angepaßt werden, daß der Verstellwinkel
des Verstellmotors entsprechend eingestellt wird. Zweckmäßig wird vor der Wasserwirbelbremse
noch ein mechanishes Schaltgetriebe vorgesehen, wodurch die Breite der Anpassung
erheblich vergrößert werden kann.
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Zur Feststellung des Verhaltens bei oder in Nähe der Drehzahl Null
genügt es, den Schwenkwinkel des Verstellmotors auf"Null"zu stellen. Da hierbei
infolge des Leckölverlustes noch eine wenn auch geringe Drehzahl des Bremsmotors
möglich ist, wird das Lecköl durch die Pumpe nach 2.5 kompensiert, so daß auch beim
Bremsmotor die Drehzahl Null vorliegt.
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Wird bei größeren Leistungen abgebremst - hierbei muß naturgemäß immer
eine Drehzahl vorhanden sein -, so übernimmt die Wasserwirbelbremse die Vernichtung
der Leistung. Das schwierige Problem der Wärmeabfuhr bei Leistungsvernichtungen
ist damit in bekannter Weise gelöst, während große Drehmomente durch das Versteilsystem
des Verstellmotors und den damit erzeugbaren entsprechenden umdruck auf die Wandungen
des Zwischenkreises aufgebracht werden können.
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Es sind somit die vorteilhaften Möglichkeiten, die ein hydrodynamisches
System (Wasserwirbelbremse) und ein hydrostatisches System mit Drosselwirkung (Kolbenmotor
als Bremsmotor mit Versteilmotor, der bei Schwenkwinkel Null" die Wirkung einer
geschlossenen Drossel hat) miteinander vereinigt worden.
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Fig. 1 zeigt beispielhaft im offenen Kreislauf im einzelnen: 1. die
zu prüfende Maschine, z.B. Großlochbohrmaschine; 2. den Bremsmotor (Pumpe); 3. den
Verstellmotor; 4. die Wasserwirbelbremse; 5. das mechanische Zwischengetriebe; 6.
den blvorratsbehälter im Zwischenkreis; 7. die Pumpe zur Erzeugung ausreichenden
Ansaugedruckes; 8. die Pumpe zur Leckölkompensation und zum Antrieb des Bremsmotors
in entgegengesetzter Richtung; 9. die erforderlichen Steuerventile; 10. die Meßnabe
zur Ermittlung des Drehmomentes; 11. die Lochscheibe zur Ermittlung der Drehzahlen
und der Laufkonstanz; 12. die Meßgeräte zur Ermittlung von Öldruck und Ölmenge im
Prüfkreis.
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Fig 2 zeigt einen Elektromotor im Prüfgestell mit Stellung der Steuerventile
auf"Oberdrehen".
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Fig. 3 zeigt eine Draufsicht und eine Seitenansicht der anpassungsfähigen
Drehmomentenmeßeinrichtung mit Druckbolzen und Verbindungsstegen.
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Fig. 4 zeigt beispielhaft für einen Asynchronmotor die Bereiche Norioalbetrieb,
Gegondrehen, Oberdrehen.