DE9321158U1 - Getriebeprüfstand - Google Patents
GetriebeprüfstandInfo
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Description
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Institut für Maschinenelemente
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 9
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Pfaffenwaldring 9
70569 Stuttgart
HANS LANGOSCH t Dlpl.-Ing. (1883-1881)
UWE DRElSS * Prof. Dr.|ur, Dlpl.-Ing. M.So.
HEINZ HOSENTHIEN · Or.-Ing. Dlpl.-Ing.
JÖRN FUHLENDORF · Dlpl.-Ing,
JOSEF STEIMLE * Dlpl.-Ing,
2025 009 S/mr
24.08.93 WP93/28
Titel: Getriebeprüfstand
Die Erfindung betrifft einen Getriebeprüfstand mit einem Antriebsmotor, der mit einer drehsteifen Kupplung mit der
Antriebswelle eines Getriebes verbunden ist, einem PC und einer Steuereinheit, wobei der PC und die Steuereinheit zur
Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors dienen.
Getriebe als Elemente des Antriebs- oder Triebstrangs, bspw. bei Kraftfahrzeugen, sind hinreichend bekannt. Ihre Aufgabe
ist es, das Motordrehmoment zu wandeln und zu übertragen,
die Motordrehzahl zu wandeln, den Leerlauf des Motors bei stehendem Fahrzeug zu ermöglichen und gegebenenfalls den
Drehsinn der Antriebsräder umzukehren. Dies gilt
insbesondere für Verbrennungsmotoren, da sie nur zwischen einer Mindest- und einer Höchstdrehzahl arbeiten und in
diesem Drehzahlbereich nur ein begrenztes Drehmoment abgeben können. Bei Kraftfahrzeugen muß dieses vom Motor abgegebene
Drehmoment vom Getriebe und gegebenenfalls vom Achsantrieb so gewandelt werden, daß alle gewünschten Fahrzustände, wie
z.B. Anfahren, Beschleunigen, Bergfahren, Fahrtrichtungswechsel, erreicht werden können.
Getriebe in Kraftfahrzeugen, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, sind ungleichförmigen Drehzahlen und
Drehmomenten ausgesetzt. Diese kommen antriebsseitig z.B. durch Gasstoßkräfte des Verbrennungsmotors und
abtriebsseitig vor allem durch bestimmte Fahrzustände, bspw. Anfahren, Beschleunigen, Bremsen, Durchdrehen der Räder, und
Fahrbahnbeschaffenheiten, bspw. gut haftende Fahrbahn, Rollsplitt, Eis, usw. zustande.
Funktionsbedingt befinden sich in jedem Getriebe spielbehaftete Bauteile, wie z.B. Zahnräder, Synchronringe,
Synchronkörper, Lamellenkupplungsscheiben und Wellen, die zu Schwingungen angeregt werden können. Außerdem können im An-
bzw. Abtriebsstrang vor allem Torsionsschwingungen auftreten. Grund für diese Schwingungen sind unter anderem
die oben genannten Ungleichförmigkeiten der Drehzahlen und Drehmomente. Die Bauteile führen durch die Anregung aufgrund
dieser Drehzahl- und Drehmomentungleichförmigkeiten
innerhalb ihrer funktions- und/oder fertigungsbedingten Spiele und Toleranzen Schwingungen aus, die oft unentdeckt
bleiben. Störend und zum Teil die Lebensdauer verringernd werden diese Schwingungen, wenn durch sie Teile an anderen
Teilen der Paarung anschlagen. Bei Synchronringen und Lamellen führt dieses Anschlagen oft zu Verschleiß an den
Anschlagnoppen oder gar zu deren Bruch. Bei Zahnrädern, Synchronisierungsbauteilen, Wellen oder Fügestellen führt
dieses Anschlagen zu unangenehmen Klapper- und Rasselgeräuschen, durch die der Fahrer möglicherweise
Schäden am Triebstrang des Fahrzeugs vermutet und Anlaß zu kostspieligen Reklamationen gibt.
Gerade dieses Klappern und Rasseln tritt in letzter Zeit verstärkt in Erscheinung, da bei Fahrzeugen mit
Verbrennungsmotoren modernes Motormanagement zur optimalen Steuerung von Emission und Kraftstoffverbrauch einen
zunehmend ungleichförmigeren Drehzahlverlauf des Motors bedingt. Außerdem werden die Kraftfahrzeuge immer leiser, so
daß die früher unerkannt gebliebenen Klapper- und Rasselgeräusche immer mehr in den Vordergrund treten und als
störend empfunden werden.
Um derartige Drehzahlungleichförmigkeiten zur Prüfung von
Fahrzeuggetrieben außerhalb aber auch innerhalb des Fahrzeugs zu erzeugen, sind durch Ersatz der
Verbrennungskraftmaschine mechanische Methoden bekannt. Die
einfachste Methode ist die Ausnutzung des Winkelfehlers eines Kardangelenkes. Damit kann bspw. ein sinusförmiger
Drehzahlverlauf erzeugt werden, der jedoch nur in seiner Amplitude und nicht in Form und Frequenz manipulierbar ist.
Eine Weiterentwicklung hiervon ist die Verwendung von aufwendigeren Getrieben, insbesondere
Überlagerungsgetrieben. Durch sie sind auch andere Drehzahlfunktionen darstellbar. Zur Änderung der Funktion
ist aber jeweils der Einbau neuer Komponenten, z.B. Kurvenscheiben, notwendig. Ferner sind sehr aufwendige und
teuere hydraulische Ansteuerungen bekannt, welche den Nachteil einer begrenzten Dynamik besitzen.
Auch die Verwendung eines hochdynamischen Servomotors, der mit beliebigen Drehzahlverläufen angesteuert werden kann,
ist als Antrieb bekannt (ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 92 (1990), 6, S. 320-326).Dieser ist mit einer drehsteifen
Kupplung zur Kompensation kleiner Achsversätze bis zu 0,5 mm mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden.
Nachteil dieser Prüfvorrichtungen ist, daß die Simulation
des echten Fahr- bzw. Belastungszustandes nur annäherungsweise durchgeführt werden kann. Die Simulation
ist somit für manche Fahrzustände nicht realistisch.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der auf möglichst
einfache Weise eine wesentlich größere Anzahl von Betriebszuständen eines Fahrzeuggetriebes simuliert werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Getriebeprüfstand einen weiteren Motor aufweist, der über
eine drehsteife Kupplung mit der Abtriebswelle des Getriebes verbunden ist und daß der weitere Motor sowohl als Antriebsais
auch als Bremsmotor einsetzbar ist.
Durch die Verwendung zweier Motoren wird bspw. eine Simulation des Übergangs von Beschleunigen auf Bremsen durch
den Verbrennungsmotor bzw. in der Prüfvorrichtung durch den Antriebsmotor mit beliebig vorgegebenen Abbremsvorgängen
erst möglich. Bei der Verwendung des weiteren Motors als Bremsmotor können z.B. Anfahrvorgänge auf ebener und
ansteigender Straße, beliebige Beschleunigungs- und Schaltvorgänge, Fahrzustände bei Gegenwind und bei
verschiedenen Zuladungen usw. exakt reproduzierbar simuliert werden. Mittels des PC können die Drehzahl und das Moment
sowohl des Antriebs- als auch des Bremsmotors angesteuert werden.
Wird der weitere Motor als Antriebsmotor verwendet, können z.B. Talfahrten simuliert werden, bei denen das Getriebe
über die Abtriebswelle angetrieben wird. Dabei wird vorteilhaft der erste Motor als Bremsmotor eingesetzt.
Die Überprüfung erfolgt vorzugsweise bei Nutzfahrzeuggetrieben, doch die Untersuchung anderer
Getriebe z.B. von Motorrad-, Personenkraftwagen- und Lastkraftwagengetriebe sowie Schiffsgetriebe, Getriebe von
Werkzeugmaschinen, Zahnradpumpen, Servomotoren mit integrierten Getrieben, Sitzverstellungen, Fensterheber usw.
mit dem erfindungsgemäßen Getriebeprüfstand ist ebenfalls denkbar.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von leisen Elektromotoren, vorzugsweise von hochdynamischen
Elektromotoren, als Antriebs- bzw. Bremsmotoren, da sich hierbei die Nebengeräusche nicht störend auf die
Untersuchung auswirken. Vereinfacht wird der Aufbau und die Auswertung durch die Verwendung zweier identischer
Elektromotoren.
Vorteilhaft für eine realistische Simulation ist die
Verwendung eines beheizbaren oder kühlfähigen Ölbehälters, mit dem das Getriebeöl und somit auch das Getriebe schneller
auf eine realistische Betriebstemperatur aufgeheizt oder abgekühlt werden können. Für stationäre Betriebstemperaturen
während der Messungen kann das durch Ölzirkulation beheizte
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Getriebe zusätzlich mittels Infrarot-Lampen zur Verlängerung der Messzyklen angestrahlt werden.
Bei einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, den
Prüfstand mit Getriebe in Fahrzeuge einzubauen. Eine genaue und exakt reproduzierbare Untersuchung der Übertragung des
Körperschalls vom Getriebe auf die Karosserie des Fahrzeugs wird hierdurch möglich, ohne daß Nebengeräusche, wie
Straßenlärm oder ähnliches und teuere Meßfahrten stören.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß Drehzahlverläufe, die denen von Verbrennungsmotoren entsprechen, mittels eines PCs oder
eines Frequenzgenerators beliebig vorgegeben werden können. Versuche im Freien können somit entfallen und die Versuche
selbst werden reproduzierbar. Ferner kann mit dieser Vorrichtung der Einfluß der spielbehafteten
Mitnehmerverzahnung von Schaltkupplungen sowie die Schwingungstilgung der Schaltkupplung auf das
Getriebeklappern und -rasseln untersucht werden, was in der Regel sonst nur im Fahrzeug bei einem realen zeitaufwendigen
oder kostspieligen Versuch durchführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, daß mit dieser Vorrichtung das heute bekannte, aber teuere und
gewichtsbehaftete Zweimassenschwungrad zur Minimierung der Drehungleichförmigkeiten zwischen Motor und Getriebe mittels
der PC-Steuerung in seiner Wirkungsweise simuliert und
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optimiert wird. Dabei läßt sich für jedes spezielle Getriebe
durch optimale Auslegung des Zweimassenschwungrades in kurzer Zeit ein getriebegeräuschminimierter Antriebsstrang
entwickeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist
vorgesehen, daß sich durch Iterationsschleifen der PC-Ansteuerung der Servomotoren und durch integrierte
Geräuschbewertung eine optimale Schaltkupplungskennlinie und damit eine Kupplungsauslegung erzielen läßt. Es können
Kennlinien erzeugt werden, bei denen ohne ein Zweimassenschwungrad ein akzeptables minimiertes
Getriebeklappern erreicht wird, das in seiner Intensität dem des Antriebsstranges mit Zweimassenschwungrad entspricht
oder sogar geringer ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der
unter Bezugnahme auf die Zeichnung das bevorzugte Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei
zeigen:
Figur 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei gleichen Elektromotoren zur Simulation von Zug- oder
Schubbetrieb; und
Figur 2 den Aufbau eines Versuchstandes gemäß dem Stand der Technik.
Die Figur 2 zeigt einen Getriebeprüfstand gemäß dem Stand der Technik mit einem Antriebsmotor 1 und einem Getriebe
Der Antriebsmotor 1 ist ein hochdynamischer Elektromotor, der mit einer drehsteifen Kupplung 2 mit der Antriebswelle
des Getriebes 3 verbunden ist. Für realistische Betriebstemperaturen wird das Getriebeöl extern in einem
Ölbehälter 4 aufgeheizt oder abgekühlt und durch das Getriebe 3 gepumpt. Die Drehzahlvorgabe erfolgt mit einem
handelsüblichen PC 5, an den eine Steuereinheit 6 angeschlossen ist, die den Elektromotor ansteuert. Die
Drehzahlvorgabe des PC 5 ist entweder eine Simulation einer Teststrecke oder erfolgt nach einfachen Simulationsmodellen
zur Ermittlung der maßgeblichen, rasselgeräuschbeeinflussenden,
Parameter.
Figur 1 zeigt einen Getriebeprüfstand gemäß der Erfindung mit einem Antriebsmotor 1, der mit der Antriebswelle 7 des
Getriebes 3 über eine drehsteife Kupplung 2 verbunden ist. Mit der Abtriebswelle 8 des Getriebes 3 ist über eine zweite
drehsteife Kupplung 2' ein weiterer, im Ausführungsbeispiel mit dem Antriebsmotor 1 gleich ausgebildeter Motor 1'
verbunden. Beide Motoren 1 und 1' werden durch die Steuereinheit 6 und den PC 5 entsprechend dem
Getriebeprüfstand der Figur 2 gesteuert.
Im Normalbetrieb leitet der Antriebsmotor 1 das Drehmoment in das Getriebe 3 ein und der Motor 1' bremst mit einem
Moment, das gerade ausreicht, damit die geschalteten Verzahnungen am Abheben gehindert werden. Dies entspricht
z.B. einer konstanten Fahrt auf ebener Straße. Erfindungsgemäß kann aber auch der weitere Motor 1' als
Antriebsmotor dienen, wobei nun der Motor 1 so angesteuert wird, daß dieser das Getriebe 3 bremst. Auf diese Weise
können Schubbetriebe z.B. bei Talfahrten, allgemeiner Schubbetrieb bei Gaswegnahme oder beim Schalten simuliert
werden.
Mit diesem Getriebeprüfstand können auf einfachste Weise beliebige Drehzahlverläufe simuliert werden, indem die
Elektromotoren von dem handelsüblichen PC 5 oder einem Frequenzgenerator angesteuert werden. Die bei realen
Versuchen an Fahrzeugen gemessenen Drehzahlverläufe können hier exakt wiedergegeben werden. Die Laufgeräusche des
GetriebeprüfStandes sind so gering, daß die zu prüfenden Klappergeräusche praktisch ohne Nebengeräusche
reproduzierbar gemessen und beurteilt werden können. Die erzeugbaren Drehungleichförmigkeiten können je nach Zugoder
Schubbetrieb bis zu 5000 l/min betragen. Die erreichbaren Winkelbeschleunigungsamplituden hängen
insbesondere von den reduzierten Trägheitsmomenten der einzelnen Gangstufen ab und können bis zu 3000 rad/sz
betragen.
Von Vorteil ist außerdem, daß der Getriebeprüfstand hoch
flexible Adaptionsmöglichkeiten aufweist, die ein rasches Montieren von Motorrad-, Personenkraft-, Nutzkraft- und
Lastenkraftwagengetrieben erlauben, was den Einsatz des PrüfStandes in der Qualitätskontrolle, z.B. bei der
Ermittlung der Serienstreuung des Grund- bzw. Rasselgeräusches ermöglicht. Um die Übertragung des
Körperschalls des Getriebes 3 an die Fahrzeugkarosserie zu untersuchen, kann der Getriebeprüfstand auch in Fahrzeuge
eingebaut werden. Reine Fahrgeräusche, hervorgerufen durch den Verbrennungsmotor, die Räder, Wind und die Karosserie
selbst, werden hierdurch ausgeschaltet.
Claims (5)
1. Getriebeprüfstand mit einem ersten Antriebsmotor (1), der
mit einer drehsteifen Kupplung (2) mit der Antriebswelle eines Getriebes (3) verbunden ist, mit einem weiteren
Motor (1')/ der über eine drehsteife Kupplung (2') mit
der Abtriebswelle des Getriebes (3) verbunden ist, wobei der weitere Motor (1') sowohl als Antriebs- als auch als
Bremsmotor einsetzbar ist und mit einem PC (5) und einer Steuereinheit (6), wobei der PC (5) und die Steuereinheit
(6) zur Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors (1) dienen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Motoren (1 und I7)
hochdynamische Servomotoren sind und daß in realen Fahrversuchen gemessene Drehzahlverlaufe durch den PC (5)
simulierbar sind.
2. Getrxebeprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (1) als Bremsmotor
einsetzbar ist.
3. Getriebeprüfstand nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (1 bzw. 1') zwei identische Elektromotoren sind.
4. Getriebeprüfstand nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ölbehälter (4) zur Beheizung des Getriebes (3) vorgesehen ist.
5. Getriebeprüfstand nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe im zu untersuchenden Fahrzeug eingebaut ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9321158U DE9321158U1 (de) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Getriebeprüfstand |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934328537 DE4328537C2 (de) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Getriebeprüfstand und Verfahren zum Prüfen eines Getriebes |
DE9321158U DE9321158U1 (de) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Getriebeprüfstand |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9321158U1 true DE9321158U1 (de) | 1996-07-25 |
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ID=25928912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9321158U Expired - Lifetime DE9321158U1 (de) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Getriebeprüfstand |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9321158U1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19826526A1 (de) * | 1998-06-15 | 1999-12-16 | Teamtechnik Maschinen Und Anla | Anordnung zur Funktionsprüfung von Abtriebsstrangkomponenten durch einen rotierenden Antrieb |
FR2914742A1 (fr) * | 2007-04-05 | 2008-10-10 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de test d'une boite de vitesses, notamment pour diagnostiquer ou prevenir des pannes |
WO2023169980A1 (de) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Zf Friedrichshafen Ag | Prüfstand für einen antriebsstrang eines kraftfahrzeugs und baukastensystem |
-
1993
- 1993-08-25 DE DE9321158U patent/DE9321158U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19826526A1 (de) * | 1998-06-15 | 1999-12-16 | Teamtechnik Maschinen Und Anla | Anordnung zur Funktionsprüfung von Abtriebsstrangkomponenten durch einen rotierenden Antrieb |
DE19826526B4 (de) * | 1998-06-15 | 2008-03-06 | Teamtechnik Maschinen Und Anlagen Gmbh | Anordnung zur Funktionsprüfung von Abtriebsstrangkomponenten durch einen rotierenden Antrieb |
FR2914742A1 (fr) * | 2007-04-05 | 2008-10-10 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de test d'une boite de vitesses, notamment pour diagnostiquer ou prevenir des pannes |
WO2023169980A1 (de) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | Zf Friedrichshafen Ag | Prüfstand für einen antriebsstrang eines kraftfahrzeugs und baukastensystem |
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