DE19751452A1 - Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines LastprüfstandesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be
trieb eines Lastprüfstandes zur Untersuchung von Maschi
nenteilen, insbesondere Kraftfahrzeugteilen, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus Gründen der besseren Reproduzierbarkeit, der Zeit-
und Kostenersparnis sowie des Umweltschutzes werden Fahr
zeugversuche soweit wie möglich aus dem Gelände bzw. von
der Strasse auf Lastprüfstände verlagert, in denen die
sonst auftretenden Fahrbedingungen simuliert werden. Je
nach der spezifischen Aufgabe gelingt die Prüfstandssimu
lation jedoch nur bedingt. Anfahrvorgänge, Belastungen
bei geringen Geschwindigkeiten, Reversiervorgänge und
dgl. können häufig nur mit erheblichen Einschränkungen am
Prüfstand realisiert werden.
Die in der Fahrzeugindustrie häufig verwendeten Lastprüf
stände weisen als Hauptkomponenten einen Antrieb für das
zu untersuchende Maschinenteil und einen Abtrieb in Form
einer oder mehrere Belastungsmaschinen auf, wobei letzte
re als Wasserwirbelbremse, Wirbelstrombremse oder Gleich
strommaschine, die im Generatorbetrieb eingesetzt werden,
ausgebildet sind.
Bei Verwendung einer Bremse als Belastungsmaschine kann
nur eine Widerstandssimulation vorgenommen werden. Die
Simulation eines Schubbetriebes ist nicht möglich. Dar
über hinaus kann nur ein eingeschränktes Drehmomenten-
/Drehzahlkennfeld überprüft werden.
Bei Verwendung einer Gleichstrommaschine im Generatorbe
trieb können bei Drehmomentenfreiheit und/oder Drehzahl 0
keine Belastungsmessungen am Maschinenteil vorgenommen
werden, wenn es sich dabei um ein Getriebe handelt.
Aus der DE A 195 37 639 ist eine Vorrichtung zum Prüfen
von Getrieben auf einem Lastprüfstand bekannt, mit einem
Antriebsmotor, einem Prüfgetriebe, einem dem Prüfgetriebe
nachgeschalteten Getriebe und zwei parallel geschalteten
Belastungsmaschinen, die unterschiedlich und getrennt
voneinander regelbar sind und die in einem Getriebe zu
sammengeführt sind.
Mit diesem bekannten Lastprüfstand lassen sich wesentlich
wirkungsnähere Prüfungen eines Getriebes durchführen, wo
bei es möglich ist, einen Betriebszustand mit Drehmoment
0 und hoher Drehzahl und/oder Drehzahl 0 mit hohem Moment
zu erfassen. Ein stabiles und genaues Messen des Getrie
bes ohne Zeitbeschränkung ist damit möglich.
Bei dynamischen Drehzahländerungen des Prüfgetriebes wer
den die Drehzahlen der Massen der beiden Belastungsge
triebe am Hohlrad bzw. Sonnenrad des als Planetengetrie
bes ausgebildeten Getriebes umgekehrt proportional verän
dert. Über das Planetengetriebe als Summiergetriebe ist
die Drehmomentenaufteilung in Form eines Waagebalkens
vorgegeben. Die abstützenden Momente und damit das Mas
senverhältnis sind durch das Planetengetriebe gegeben. Im
Rahmen des jeweiligen Maschinenkennfeldes können die Mas
sen elektrisch simuliert werden. Wird das reale Massen
verhältnis nicht eingehalten (oder durch die elektrische
Simulation dargestellt), so wird jeweils der Strang der
Belastungsmaschine mit dem geringeren wirksamen Moment
zum Waagebalken hin beschleunigt.
Durch eine Übersetzungsänderung hervorrufende Maschinen
regelung können die am Prüfgetriebe wirksamen Rotations
massen verändert werden. Dadurch wird auch der Bereich
der elektrischen Massensimulation erweitert.
Der bekannte Prüfstand eignet sich hervorragend zur Un
tersuchung von Getrieben von Nutzfahrzeugen, Bau- und Ar
beitsmaschinen, nicht jedoch zur Untersuchung von Ver
brennungsmotoren und anderen grossen Maschinenteilen, so
dass zur Untersuchung der Einwirkungen von Drehschwingun
gen aufgrund der grossen Massenverhältnisse weiterhin
Fahrversuche notwendig sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Betrieb eines Lastprüfstandes anzugeben, mit dem auch
andere Maschinenteile als Getriebe, insbesondere Verbren
nungsmotoren von Kraftfahrzeugen, durch Simulation der
entsprechenden Fahrzustände untersucht werden können, oh
ne dass die bisher üblichen Feldversuche erforderlich
sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich
nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; eine
vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch beschrie
ben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Dreh
schwingungen bis ca. 200 Hz unabhängig von der Antriebs
drehzahl kostengünstig zu simulieren. Die Verlagerung der
Untersuchung einer Brennkraftmaschine in einen Prüfstand
führt nicht nur zu einer Verringerung der Umweltbelastung
und der Energiekosten, sondern ermöglicht auch eine ein
fache automatisierte Überwachung und ist erheblich ko
stengünstiger als die gelegentlich verwendeten servo
hydraulischen Drehschwingungsüberlagerungen, deren Erzeu
gung äusserst aufwendig ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren, das im wesentlichen dar
auf beruht, dass eine vorgegebene Frequenz der Dreh
schwingungen erzeugt wird, und dass das zu untersuchende
Maschinenteil unabhängig von der Drehschwingungsfrequenz
mit einer vorgegebenen Drehzahl beaufschlagt wird, wobei
die Drehschwingungsamplitude vorzugsweise durch den Achs
versatz an der Gelenkwelle geregelt oder eingestellt
wird, erfordert nur sehr geringe Investitions- und Be
triebskosten, da es sich unter Verwendung des in der ein
gangs erwähnten DE A beschriebenen Lastprüfstandes in die
Praxis umsetzen lässt. Zugleich wird eine hohe Betriebs
sicherheit erzielt aufgrund des schwingfähigen Feder-
Masse-Systems. Mit einem geeigneten vorab bestimmten Si
mulationsmodell können alle erforderlichen Parameter,
insbesondere die Seitenverstellung, unabhängig bestimmt
werden. Zur Anpassung an unterschiedliche Motorengrössen
mit unterschiedlicher Zylinderzahl wird das Übersetzungs
verhältnis des Summiergetriebes entsprechend eingestellt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung nä
her erläutert, wobei
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des bekannten
Lastprüfstandes zeigt,
Fig. 2 ein Beispiel eines Leistungsflusses bei Schubbe
trieb,
Fig. 3 ein Drehzahl-Frequenz-Nomogramm, und
Fig. 4 ein Leistungsnomogramm darstellt.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Lastprüfstand be
inhaltet eine Antriebseinrichtung 1 von beliebiger Art,
die über eine Anfahreinrichtung 2, z. B. eine Kupplung
oder Hydrostatikeinrichtung mit dem zu untersuchenden Ma
schinenteil, in diesem Fall einem Prüfgetriebe 3, ver
bindbar ist.
Dem Prüfgetriebe 3 ist als Summiergetriebe ein Planeten
getriebe 4 mit einem Sonnenrad 5, mit Planetenrädern 6
und mit einem Hohlrad 7 nachgeschaltet. Die Verbindung zu
dem Prüfgetriebe 3 erfolgt über die Planetenräder 6.
Eine Belastungsmaschine 8 ist über ihre Ausgangswelle 9
mit dem Sonnenrad 5 des Planetengetriebes 4, und eine
zweite Belastungsmaschine 10 ist über ihre Ausgangswelle
11 und eine dazwischengeschaltete Zahnradübersetzung mit
Zahnrädern 12 und 13 mit dem Hohlrad 7 des Planetenge
triebes 4 verbunden.
In Fig. 1 ist ferner noch der Geschwindigkeitsplan mit
dem Regelbereich der drei Planetensatzglieder in der
rechten Hälfte dargestellt, wobei die Geschwindigkeit v
auf der Abszisse und der halbe Durchmesser d/2 des jewei
ligen Zahnrades auf der Ordinate getragen ist. Mit Z ist
die Anzahl der Zähne und mit m der Modul bezeichnet.
Fig. 2 zeigt nun die Simulation des Schubbetriebes, wo
bei von der Belastungsmaschine 8 eine Leistung von 250 KW
und von der Belastungsmaschine 10 eine Leistung von 200 KW
in das Planetengetriebe 4 eingespeist werden. Beide
Leistungen werden auf das Prüfgetriebe und eine mit dem
Prüfgetriebe verbundene Brennkraftmaschine mit einer Ge
samtleistung von 450 KW weitergeleitet. In der rechten
Hälfte von Fig. 2 ist die dazugehörige Geschwindigkeits
planung angegeben.
Fig. 3 zeigt ein Drehzahl-Frequenz-Nomogramm, wie es
beim Betrieb des Lastprüfstandes mit dem erfindungsgemä
ssen Verfahren bei der Untersuchung eines Verbrennungsmo
tors erhalten wurde; die Systemdrehzahlgrenzen sowohl für
das Hohlrad als auch für das Sonnenrad sind zu beiden
Seiten durch die schrägen ausgezogenen Linien bezeichnet.
Mit nHo ist die Drehzahl des Hohlrades mit nPrüfling die
Drehzahl des zu untersuchenden Maschinenteils und mit nSo
die Drehzahl des Sonnenrades bezeichnet; die Frequenz des
Prüflings in Hz ist in der untersten Zeile angegeben.
Bei einer Drehzahl npr = 0 sind maximal 160 Hz möglich;
ab ca. 300 min/1 sind 200 Hz möglich.
Fig. 4 zeigt ein Leistungsnomogramm, wobei die Frequenz
am zu untersuchenden Maschinenteil vom Lenkwellenwinkel
U.mSo abhängig ist. Die Leistungsteilung aufgrund des
Einsatzes der beiden Belastungsmaschinen 8, 10 mit den
beiden Gelenkwellen 9, 11 zur Drehschwingungsübertragung
sowie die Tatsache, dass die getrennt ansteuerbaren Bela
stungsmaschinen getrennt und unabhängig voneinander der
art geregelt werden können, dass eine vorgegebene Fre
quenz und unabhängig von dieser Drehschwingungsfrequenz
die erforderliche Antriebsdrehzahl dem zu untersuchenden
Maschinenteil, d. h. dem Prüfling übertragen wird, gemäss
dem in Fig. 3 dargestellten Nomogramm führt zum ge
wünschten Erfolg. Die Amplitude der Drehschwingungen wird
insbesondere durch Achsversatz an den Gelenkwellen 9, 11
geregelt oder eingestellt.
Die Übersetzung des Summiergetriebes wird als Funktion
des zu untersuchenden Verbrennungsmotors und je nach dem
gewünschten Simulationsziel eingestellt. Dadurch eignet
sich das erfindungsgemässe Verfahren zur Simulation von
Fahrzuständen für Brennkraftmaschinen mit vier, fünf und
sechs Zylindern in Reihenanordnung sowie für Brennkraft
maschinen mit acht Zylindern in V90- und V60-Anordnung
sowie für Brennkraftmaschinen mit zehn Zylindern in V90-
und V60-Anordnung (entsprechend der 4. und 2. sowie der
5. und 2,5. Ordnung).
1
Antriebseinrichtung
2
Anfahreinrichtung
3
Prüfgetriebe
4
Planetengetriebe
5
Sonnenrad
6
Planetenräder
7
Hohlrad
8
Belastungsmaschine
9
Ausgangswelle
10
Belastungsmaschine
11
Ausgangswelle
12
Zahnrad
13
Zahnrad
Claims (2)
1. Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes zur Un
tersuchung von Maschinenteilen, insbesondere Kraft
fahrzeugteilen, wie Brennkraftmaschinen, wobei der
Prüfstand einen Antriebsmotor und zwei parallel zu
einander angeordnete Belastungsmaschinen aufweist,
die die Maschinenteile mit Drehschwingungen beauf
schlagen und der ein Getriebe zur Leistungsteilung
bzw. Leistungssummierung aufweist, dadurch gekenn
zeichnet, dass die beiden Belastungsmaschinen (8, 10)
derart getrennt voneinander angesteuert werden, dass
- a) eine vorgegebene Frequenz der Drehschwingung er zeugt wird und
- b) das zu untersuchende Maschinenteil, unabhängig von der Drehschwingungsfrequenz mit einer vorgegebenen Drehzahl beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Amplitude der Drehschwingung durch Achsver
satz an den Gelenkwellen der Belastungsmaschinen ein
gestellt wird.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1997151452 DE19751452C2 (de) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1997151452 Expired - Fee Related DE19751452C2 (de) | 1997-11-20 | 1997-11-20 | Verfahren zum Betrieb eines Lastprüfstandes |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19751452C2 (de) |
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- 1997-11-20 DE DE1997151452 patent/DE19751452C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE102013104175B4 (de) | 2013-04-25 | 2023-05-04 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Getriebeeinheit für Prüfstandsanordnung |
DE102017213077A1 (de) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | Zf Friedrichshafen Ag | Serienprüfung eines Getriebes |
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