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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von
Bauteilen für
Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Startern.
Die Vorrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung für einen
Prüfling
sowie eine Belastungseinrichtung mit einer elektrischen Maschine,
welche zum Aufbringen von Brems- oder Antriebsmomenten auf den Prüfling ausgebildet
ist.
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Prüfstände zur
Prüfung
von Bauteilen für Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Die Prüfung
von Startern in der Serienfertigung findet hierbei überwiegend
als Dauererprobung direkt an einem Verbrennungsmotor statt. Der
Starter kann hierbei zwar unter realen Bedingungen getestet werden,
ein derartiger Prüfstand
ist jedoch vergleichsweise aufwändig
aufzubauen. Hierbei muss einerseits ein funktionsfähiger Verbrennungsmotor bereits
in einem sehr frühen
Entwicklungsstadium bereitgestellt werden, und zudem müssen Kraftstoffversorgung,
Zu- und Abluft sowie Abgasabsaugung bereitgestellt werden.
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Es
sind daher im Stand der Technik auch Vorrichtungen zur Prüfung bekannt,
bei welchen eine elektrische Maschine eine Belastungseinrichtung
für den
jeweils zu prüfenden
Starter bildet. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus
der
DD 289 087 A5 bekannt.
Die Vorrichtung umfasst eine Spanneinrichtung für den zu prüfenden Starter, eine Belastungseinrichtung
mit einem Asynchronmotor, Messelektronik sowie eine Programmsteuerung.
Durch die Programmsteuerung wird das Einspuren des Starterritzels,
der Überholvorgang
für den
Motor, sowie das Ausspuren des Ritzels nachgebildet. Der Verlauf
des Brems- bzw. Antriebsmoments ist hierbei durch die Be triebskennlinie
des Asynchronmotors vorgegeben. Ein realer Startvorgang eines Verbrennungsmotors kann
hierbei jedoch nicht abgebildet werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Prüfen von
Bauteilen bereit zu stellen, mittels welcher das reale Verhalten
eines Verbrennungsmotors besser simuliert werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Anspruches 1. Eine Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen
für Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Startern umfasst eine Aufnahmeeinrichtung
für einen
Prüfling
sowie eine Belastungseinrichtung mit einer elektrischen Maschine, welche
zum Aufbringen von Brems- oder Antriebsmomenten auf den Prüfling ausgebildet
ist. Zur Starterprüfung
umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Spannungsquelle für den Prüfling. Erfindungsgemäß ist eine
Regeleinrichtung vorgesehen, welche auf die Belastungseinrichtung
derart wirkt, dass eine Regelgröße der Regeleinrichtung
während
des Prüfvorgangs
entlang einer vorgebbaren Prüfkennlinie
verläuft.
Die Prüfkennlinie
beschreibt den zeitlichen Verlauf der Regelgröße und entspricht bestimmten
Betriebskennwerten des Prüflings
bzw. prüfungsrelevanten
Parametern des Verbrennungsmotors, welche durch die Belastungseinrichtung
simuliert werden sollen. Als Regelgrößen kommen insbesondere Drehzahl
und Drehmoment der elektrischen Maschine in Betracht; je nach Prüfling und
Art der Prüfung können jedoch
auch andere Größen geregelt
werden. Durch Rückführung gewonnener
Messwerte in die Regeleinrichtung ist es hierbei möglich, eine
vorgegebene Prüfkennlinie
genau nachzufahren, so dass hierdurch verschiedenste Lastkollektive
wie auch verschiedene Prüfprogramme
durchführbar sind.
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Es
können
reale Belastungskollektive getestet werden, ohne dass hierfür ein Verbrennungsmotor bereit
gestellt werden muss, wobei dennoch ein realer Motor abgebildet
werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Prüfen
von Bauteilen bietet daher Verbesserungen in Bezug auf die Prüfqualität, die Prüfkosten
sowie die Entwicklungszeiten von Bauteilen für Verbrennungsmotoren.
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Vorzugsweise
weist die Prüfkennlinie
einen dynamischen zeitlichen Verlauf auf. Die Prüfkennlinie kann hierbei einen
zeitlichen Verlauf des Antriebs- oder
Bremsmomentes der elektrischen Maschine, einen zeitlichen Drehzahlverlauf
oder auch den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme eines zu prüfenden Starters
wiedergeben.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Prüfkennlinie
einer realen Belastungskennlinie, insbesondere einem realen Startvorgang
entspricht. Die Belastungskennlinie beschreibt den realen zeitlichen
Verlauf bestimmter Parameter des Verbrennungsmotors, insbesondere
des Bremsmoments, das beim realen Starten des Verbrennungsmotors
entsteht. Insbesondere gibt die reale Belastungskennlinie das hochdynamische
Schwingungsverhalten des anlaufenden Motors wieder, welches durch
Zündungen
in den einzelnen Zylindern entsteht. Hierdurch können bei der Überprüfung von
Startern Dauereinspurversuche unter realen Bedingungen durchgeführt werden,
ohne dass hierfür
ein Verbrennungsmotor erforderlich ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Prüfkennlinie
aus einer Vielzahl realer Belastungskennlinien ermittelt ist. So
könne beispielsweise
an einem realen Verbrennungsmotor etwa 100 Startverläufe ausgewertet
werden und daraus eine Belastungskennlinie ermittelt werden, welche
als Prüfkennlinie in
der Vorrichtung zum Prüfen
von Bauteilen hinterlegt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Regeleinrichtung
eine Speichereinrichtung umfasst, in welcher eine Vielzahl verschiedener
Prüfkennlinien
hinterlegbar ist. Hierdurch ist es möglich, für verschiedene Verbrennungsmotoren
Prüfkennlinien
zu erstellen, in der Speichereinrichtung zu hinterlegen und mit
einer einzigen Vorrichtung Tests für Bauteile verschiedenster
Verbrennungsmotoren durchzuführen.
Drehzahl und Dreh moment des jeweiligen Verbrennungsmotors können hierbei
exakt wie bei dem realen Startvorgang nachgebildet werden. Hierdurch
können
Motoren beliebiger Zylinderzahl simuliert werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn Prüfkennlinien
für verschiedene
Betriebszustände
des Verbrennungsmotors hinterlegbar sind. Im Gegensatz zum Stand
der Technik, bei welchem Starter an einem Verbrennungsmotor getestet
werden, können
hierbei beispielsweise auch Kaltstarts geprüft werden. Neben verschiedensten
Startsituationen wie Winterstart oder Sommerstart können auch Öleinflüsse, insbesondere
Einflüsse
der Öltemperatur,
simuliert werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn in der Speichereinrichtung verschiedene
Prüfprogramme
hinterlegbar sind. Hierbei können
bei Startern neben Dauereinspurversuchen weitere Funktions- und
Sondertests wie zum Beispiel Kaltdurchdrehen, Einspuren oder Missbrauchstests
durchgeführt
werden. Ebenso ist es möglich,
mittels eines speziellen Prüfprogramms
Kennlinien des zu prüfenden
Starters zu ermitteln. Daneben kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Prüfen
von Bauteilen für
Verbrennungsmotoren auch zum Testen anderer Bauteile verwendet werden.
Insbesondere ist es beispielsweise möglich, auch Riemenstarter,
Riementriebe oder eingebaute Motoren in Hybridfahrzeugen zu prüfen.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführung der
Erfindung ist der Vorrichtung ein virtuelles Motormodell zugeordnet.
Für die
Erstellung der Prüfkennlinien
sind hierbei keine Messungen an realen Motoren mehr erforderlich.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen echtzeitfähigen Rechner
umfasst. Die Regelung der Vorrichtung und Auswertung der Messwerte
ist hierdurch besonders komfortabel möglich.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn eine Prüfkennlinie
in Abhängigkeit
vorgebbarer Parameter durch das virtuelle Motormodell erstellbar
ist. Diese kann hierbei sowohl anhand vorgegebener Daten errechnet
werden oder nach einer besonders bevorzugten Ausführung der
Erfindung durch die Motorsimulation in Echtzeit erstellt werden.
Weiterhin ist es möglich,
einzelne Parameter für
verschiedene Betriebszustände
des Verbrennungsmotors zu ändern und
hieraus eine weitere Prüfkennlinie
zu errechnen. So kann beispielsweise die in der Speichereinrichtung
hinterlegte reale Belastungskennlinie für eine bestimmte Öltemperatur
ermittelt sein, während
die Prüfkennlinie
auf eine andere Öltemperatur
umgerechnet wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn durch die Regeleinrichtung Drehzahl oder Drehmoment
der elektrischen Maschine regelbar ist. Daneben ist es vorteilhaft, wenn
durch die Regeleinrichtung der Starterstrom regelbar ist. Hierdurch
kann der Testdurchlauf in optimaler Weise an das zu prüfende Bauteil
angepasst werden. Hierbei ist es auch möglich, während eines Prüfprogramms
verschiedene Regelgrößen in verschiedenen
Phasen des Prüfprogramms
nacheinander zu regeln. So kann beispielsweise bei der Starterdauererprobung,
welche üblicherweise
aus einer Durchdrehphase und einer Freilaufphase des Starters besteht,
in der Durchdrehphase der Starterstrom und in der Freilaufphase
die Drehzahl des Motors bzw. der elektrischen Maschine die Regelgröße darstellen.
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Nach
einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn
die Spannungsquelle für den
Prüfling
einen einstellbaren Innenwiderstand umfasst. Hierdurch kann beispielsweise
bei der Startererprobung je nach Anforderungen eine unterschiedliche
Bordnetzspannung simuliert werden.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die elektrische Maschine als Synchronmaschine
ausgebildet ist, welcher ein Frequenzumrichter zugeordnet ist. Die
Regelung ist hierdurch in besonders einfacher Weise möglich.
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Daneben
ist es vorteilhaft, wenn zur Starterprüfung die Belastungseinrichtung
mit einem Schwungrad mit Zahnkranz versehen ist. Hierdurch kann
gleichzeitig mit der Starterprüfung
auch die Verzahnung zwischen dem Starterritzel und dem Schwungrad überprüft werden.
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Umfasst
die Aufnahmeeinrichtung für
den Prüfling
eine Positioniereinrichtung, kann insbesondere bei der Starterprüfung das
Starterritzel genau in Bezug auf das Schwungrad positioniert werden.
Vorzugsweise ist die Positioniereinrichtung derart ausgebildet,
dass Winkel- und Zahnflankenspiel zwischen Ritzel und Schwungrad
genau eingestellt werden können.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass das Schwungrad in Bezug auf seine Umfangsrichtung
durch die elektrische Maschine positionierbar ist. Hierdurch ist
es möglich, das
Schwungrad in seinen bevorzugten Pendellagen zu positionieren und
die Verzahnung realitätsnah
zu überprüfen.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die Vorrichtung einen Sensor zur Messung
eines Einspurweges eines Starterritzels umfasst. Dieser ist vorzugsweise als
optischer Wegsensor ausgeführt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung Einrichtungen zur Messung
von Starterstrom und -spannung umfasst. Die Messungen können hierbei
zur Regelung der Vorrichtung in die Regeleinrichtung zurückgeführt werden
sowie beispielsweise zur Ermittlung von Kennlinien des Prüflings erfasst werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung
der Drehzahl der elektrischen Maschine umfasst. Vorteilhaft ist
es weiterhin, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung
des Drehmoments der elektrischen Maschine, insbesondere einen Drehmomentmessflansch,
umfasst. Die Regelung der Vorrichtung kann hierdurch wahlweise nach
Drehzahl oder Drehmoment der elektrischen Maschine oder aber auch
nach Starterstrom erfolgen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung
weiterhin eine Einrichtung zur Messung der Stromaufnahme der elektrischen
Maschine.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mindestens
einen Temperatursensor umfasst. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft,
wenigstens zwei Temperaturen an dem zu prüfenden Starter zu ermitteln. Hierdurch
ist es möglich,
bei Überhitzung
des Prüflings
insbesondere im Dauerversuch, den Testvorgang zu unterbrechen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen weiteren Rechner
zur Bedienung und Visualisierung umfasst. Hier können Messergebnisse dargestellt
sowie verschiedenen Prüfparameter
eingegeben werden.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn die Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen in einer
Klimakammer angeordnet ist. Daneben ist es vorteilhaft, wenn der elektrischen
Maschine eine Kühleinrichtung,
vorzugsweise eine Wasserkühlung,
zugeordnet ist. Hierdurch können Überhitzungen
vermieden werden und insbesondere bei Dauererprobungen gleichbleibende
Prüfbedingungen
erzielt werden.
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Vorteilhaft
ist es welterhin, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zur Kühlung des
Prüflings
aufweist. Auch hierdurch können
insbesondere bei der Starterdauererprobung Überhitzungen vermieden werden.
Die Kühlung
des Prüflings
kann beispielsweise mittels Druckluft erfolgen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine
zweite Aufnahmeeinrichtung für
einen weiteren Prüfling
aufweist. Hierdurch ist es möglich,
einen zweiten Prüfling
radial versetzt zu dem ersten anzuordnen, und in der Dauererprobung
jeweils mit geringem zeitlichen Versatz zeitgleich zu prüfen.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische
Maschine zwei Wellenausgänge
besitzt, wobei jedem Wellenausgang jeweils zwei Aufnahmeeinrichtungen
für Prüflinge zugeordnet
sind. Hierdurch können
bis zu 4 Prüflinge zeitgleich
aufgespannt und je nach Zykluszeit mit geringem zeitlichen Versatz
geprüft
werden.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine weitere Belastungseinrichtung
umfasst. Hierdurch kann beispielsweise bei der Prüfung von
Riemen- oder Kettentrieben ein Widerstandsmoment aufgebracht werden,
welches dem Antrieb durch die elektrische Maschine entgegenwirkt.
Als Belastungseinrichtung kann beispielsweise ein regelbarer Elektromotor
angeordnet sein, welcher ein definiertes Widerstandsmoment erzeugt;
dieses kann je nach Prüfling
individuell eingestellt werden. Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass
die weitere Belastungseinrichtung ein reales Bauteil ist. Hierdurch
kann beispielsweise zur Prüfung
von Nockenwellentrieben ein Zylinderkopf an der Vorrichtung aufgespannt
werden, um das Widerstandsmoment auf den Prüfling aufzubringen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgend dargestellten
Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen
für Verbrennungsmotoren,
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2 eine
schematische Darstellung der Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen und
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3 eine
Prüfkennlinie,
welche einer realen Belastungskennlinie entspricht.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Prüfen
von Bauteilen für
Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen in einer perspektivischen
Darstellung. Die Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen
aus einer Belastungseinrichtung 2, einer Aufnahmevorrichtung 3 für einen
Prüfling 4,
verschiedenen Einrichtungen zur Messwerterfassung und Verarbeitung,
sowie weiteren, hier nicht dargestellten Einrichtungen zur Bedienung
und Regelung der Vorrichtung 1. Die Belastungseinrichtung
beinhaltet eine elektrische Maschine 6, welche vorliegend
durch einen Synchronmotor gebildet ist, welcher mittels eines hier
ebenfalls nicht dargestellten Frequenzumrichters gesteuert wird.
Die elektrische Maschine 6 kann je nach Anforderungen sowohl
als Antriebseinrichtung als auch als Bremseinrichtung arbeiten.
Die Vorrichtung 1 ist auf einer Aufspannplatte 7 fixiert,
welche wiederum auf einem Gestell 8 montiert ist. Aus Sicherheitsgründen ist
zumindest im Bereich der rotierenden Teile ein Sicherheitsgitter
(hier nicht dargestellt) angeordnet.
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Zur
hier dargestellten Starterprüfung
ist an die Welle der Belastungseinrichtung 2 ein Schwungrad 9 montiert.
Vorzugsweise wird hierbei ein Serienschwungrad verwendet, so dass
sowohl der Starter 10 selbst wie auch die Verzahnung zwischen
dem Schwungrad und dem Starterritzel getestet werden kann. Die Aufnahmeeinrichtung 3 umfasst
eine Positioniereinrichtung 12, mittels welcher der Prüfling 4, hier
ein Starter 10 genau in Bezug auf die Verzahnung am Schwungrad 9 ausgerichtet
werden kann. Hierbei ist sowohl die axiale Position des Starters, das
Zahnflankenspiel sowie der Winkelversatz einstellbar, so dass die
Verzahnung wie am realen Verbrennungsmotor getestet werden kann.
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In
der gezeigten Darstellung sind zwei Aufnahmeeinrichtungen 3 mit
Positioniereinrichtung 12 auf der Aufspannplatte 7 angeordnet,
so dass zeitgleich zwei Prüflinge 4 geprüft werden
können.
Im Falle einer Starterdauererprobung können hierbei um 180° versetzt
zwei Starter 10 aufgespannt werden, welche dann jeweils
in zeitlichem Wechsel im Dauerlauf getestet werden.
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Um
die Verzahnung besonders realitätsnah zu
testen, besteht die Möglichkeit,
das Schwungrad 9 mittels der elektrischen Maschine 6 in
seinen bevorzugten Pendellagen, in welchen dieses im realen Motor
vorzugsweise stehen bleibt, zu positionieren. Diese können durch
die elektrische Maschine 6 zahngenau positioniert werden.
Das Einspuren des Ritzels erfolgt dann wie am realen Verbrennungsmotor
jeweils in den Pendellagen. Zusätzlich
kann eine Überwachung
des Zahnkranzes auf Zahnbruch vorgesehen sein.
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Der
Einspurweg des Starterritzels 5 kann vorliegend über optische
Wegsensoren 13 erfasst werden. Andere Sensoren, beispielsweise
magnetische oder induktive Sensoren, sind jedoch ebenso denkbar.
Das Schwungrad 9 ist über
einen Drehmomentmessflansch 14 mit der elektrischen Maschine 6 verbunden, über welchen
Drehmoment und Drehzahl der elektrischen Maschine 6 ermittelt
werden können und
an eine Steuerungselektronik der Regeleinrichtung – hier nicht
dargestellt – übermittelt
werden.
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Den
Aufbau der Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung
mit Einrichtungen zur Messwerterfassung und -verarbeitung zeigt 2.
Die Vorrichtung umfasst einen echtzeitfähigen Rechner 15 mit
einer Regeleinrichtung 17 sowie einer Einrichtung zur Messwertverarbeitung 11.
Die Regeleinrichtung 17 umfasst spezielle Software zur
Regelung der Vorrichtung 1 und steuert durch einen Frequenzumrichter 16 die
elektrische Maschine 6 an. Der Rechner 15 umfasst
weiterhin eine Speichereinrichtung 20, in welcher verschiedene
Prüfkennlinien 30 (siehe 3)
und Prüfprogramme
hinterlegt sind.
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Zur
Bedienung und Darstellung der Messwerte ist der Vorrichtung 1 ein
weiterer Rechner 18 zugeordnet. Wird die Vorrichtung 1 zur
Startererprobung eingesetzt, ist weiterhin eine Spannungsquelle 19 vorgesehen,
welche über
einen einstellbaren Innenwiderstand verfügt. Hierdurch ist es möglich, einen
Starter 10 auch unter verschiedenen Betriebsbedingungen
zu testen, indem verschiedene Bordnetzspannungen simuliert werden.
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Nach
der gezeigten Darstellung sind die Prüfkennlinien 30 durch
Messungen an realen Verbrennungsmotoren entstanden, wobei beispielsweise
aus etwa 100 Startverläufen
eine durchschnittliche Prüfkennlinie 30 erstellt
wurde. Die in der Speichereinrichtung 20 hinterlegte Prüfkennlinie 30 entspricht
somit einem realen Startvorgang. Derartige Prüfkennlinien 30 können hierbei
für eine
Vielzahl verschiedener Motoren erstellt werden und in der Speichereinrichtung 20 hinterlegt
werden, so dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Prüfen
von Bauteilen für
Verbrennungsmotoren realitätsnahe
Prüfungen
für verschiedenste
Motoren durchgeführt
werden können.
Derartige Prüfkennlinien 30 sind
hierbei nicht nur für
verschiedene Motoren, sondern auch für verschiedene Betriebszustände der Motoren,
beispielsweise Öltemperaturen,
hinterlegbar.
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Hierdurch
sind insbesondere bei Dauererprobungen von Startern 10,
bei welchen eine Prüfkennlinie 30 vielfach
hintereinander durchfahren wird, besonders realitätsnahe Tests
mit verschiedenen Betriebszuständen
des Verbrennungsmotors möglich.
So kann beispielsweise ein Prüfprogramm derart
gestaltet werden, dass 20% Kaltstarts umfasst sind. Mittels herkömmlicher
Prüfstände des
Standes der Technik, bei welchen die Originalkombination von Verbrennungsmotor
und Starter verwendet wird, ist dies nicht möglich, da ein Abkühlen des
Verbrennungsmotors zu zeitaufwändig
wäre.
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Weiterhin
sind in der Speichereinrichtung 20 verschiedene Prüfprogramme
hinterlegbar, so dass nicht nur Starterdauererprobungen sondern
auch Überlasttests
durchgeführt
werden können.
Ebenso ist es möglich,
einen Volllasttest des Starters 10 durchzuführen. Hierzu
kann beispielsweise nach 5.000 – 10.000
Tests bei maximaler Starterleistung ein Volllasttest zur Schadensfrüherkennung
durchgeführt
werden. Ebenso ist es möglich,
mittels der Vorrichtung 1 Kennlinien eines Starters 10 zu
ermitteln.
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Nach
einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführung der Erfindung kann der
Vorrichtung 1 ein virtuelles Motormodell zugeordnet sein.
Hierbei ist es möglich,
verschiedene Verbrennungsmotoren zu simulieren und die entsprechenden
Prüfkennlinien 30 synthetisch
zu erstellen. Verschiedene Parameter und Betriebsbedingungen können simuliert
werden, ohne Messungen an realen Motoren vorzunehmen. Ebenso sind
Anpassungen der Prüfkennlinien 30 und Prüfprogramme
leicht möglich.
Vorzugsweise ist das virtuelle Motormodell als Echtzeitmodell ausgeführt.
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Neben
den in 2 beschriebenen Wegsensoren 13 sowie
dem Drehmomentmessflansch 14 umfasst die Vorrichtung 1 weitere
Einrichtungen zur Messwerterfassung. So sind am Starter 10 Einrichtungen 21, 22 zur
Erfassung von Starterstrom- und Spannung vorgesehen, welche an die
Einrichtung zur Messwertverarbeitung 11 geleitet werden.
Weiterhin ist am Starter 10 wenigstens ein Sensor 23 zur Erfassung
der Temperatur am Starter vorgesehen. Hierbei können auch mehrere Messstellen
am Starter 10 vorgesehen sein. Um eine Überhitzung des Starters 10 zu
vermeiden, wird bei Überschreiten
einer vorgegebenen Temperatur die Dauererprobung unterbrochen. Hierbei
ist die Magnettemperatur am Starter 10 ausschlaggebend.
An dem Drehmomentmessflansch 14 werden Drehmoment und Drehzahl der
Belastungseinrichtung 2 erfasst und an die Regeleinrichtung
(17) geleitet. Weiterhin ist eine Einrichtung 24 zur
Messung der Stromaufnahme der Belastungseinrichtung 2 vorgesehen.
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Um
eine Überhitzung
der Prüflinge 4 zu
vermeiden, ist eine Vorrichtung 25 zur Kühlung des
Prüflings 4 vorgesehen.
Die Kühlung
der Prüflinge 4 kann hierbei
beispielsweise mittels Druckluft durch Venturidüsen erfolgen. Die Belastungseinrichtung 2 wird vorzugsweise
als Synchronmotor ausgeführt.
Zur Kühlung
der elektrischen Maschine 6 ist gemäß der vorliegenden Darstellung
ebenfalls eine Kühleinrichtung 26 vorgesehen.
Diese kann beispielsweise als Wasserkühlung ausgeführt sein.
Die gesamte Vorrichtung 1 ist vorzugsweise in einer Klimakammer
angeordnet, so dass auch Dauertests problemlos durchführbar sind.
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3 zeigt
beispielhaft eine Prüfkennlinie 30.
In der hier gezeigten Prüfkennlinie 30 sind
in gestrichelter Linie 34 der zeitliche Verlauf der Drehzahl der
elektrischen Maschine 6 bzw. des Verbrennungsmotors und
in durchgezogener Linie 33 der Verlauf der Stromaufnahme
des Starters 10 dargestellt. Ebenso kann in einer derartigen
Prüfkennlinie
auch der Verlauf des realen Bremsmoments, das beim Startvorgang
eines Verbrennungsmotors durch diesen erzeugt wird, wiedergegeben
sein. Vorteilhafterweise entspricht die Prüfkennlinie 30 der
realen Belastungskennlinie des Verbrennungsmotors.
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Die
Prüfkennlinie 30 ist
im wesentlichen in vier Phasen unterteilt:
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1. Losbrechphase a
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Beim
Beschleunigen aus dem Stillstand wird am Prüfstand ein Losbrechmoment erzeugt,
das der Starter 10 überwinden
muss. Die Größe des Losbrechmoments
am Prüfstand
ist durch die hinterlegte Prüfkennlinie 30 bestimmt,
wobei verschiedene Einflüsse,
beispielsweise Öltemperatur
des Motoröls oder
die im jeweiligen Motor herrschenden Reibverhältnisse, nachgebildet werden
können.
Insbesondere wird in dieser Phase der Starter 10 auch mit
dem maximalen Anlassermoment durch ein entsprechendes Bremsmoment
beaufschlagt.
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2. Schleppphase b
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Nach
der Losbrechphase a folgt die Schleppphase b. Das am Prüfstand erzeugte
Bremsmoment wird derart eingestellt, dass der Starter die Belastungseinrichtung
auf eine relativ stationäre
Drehzahl schleppt. Die Schleppphase b dauert hierbei beispielsweise
1 Sekunde. Durch Reduzierung des Bremsmoments während des Übergangs von der Losbrechphase
a in die Schleppphase b wird der reale Übergang von Haft- auf Gleitreibung
simuliert.
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Danach
wird am Prüfstand
das Einschalten der Zündung
simuliert. Hierbei können
auch das hochdynamische Schwingungsverhalten des realen Verbrennungsmotors
durch die einsetzenden Einzelzündungen
simuliert werden, so dass ein besonders realitätsnaher Startverlauf abbildbar
ist. Sobald alle Zylinder in dieser Phase zünden, wird die Kurbelwelle so
stark beschleunigt, dass in bestimmten Zeitabschnitten dieser Phase
der Freilauf des Starters 10 zum Einsatz kommt.
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3. Überholphase
c
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Das
stabile Zünden
aller Zylinder wird durch Erhöhung
der Motordrehzahl simuliert, wobei die elektrische Maschine als
Antriebseinrichtung wirkt. Um ein Überdrehen des Starters zu verhindern,
wird nun der Freilauf des Starters aktiv.
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4. Ausspurphase d
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Ab
einer definierten Drehzahl wird der Starter ausgeschaltet und er
spurt aus dem Starterzahnrad aus. Der simulierte Startvorgang ist
damit beendet.
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Die
reale Belastungskennlinie ist von verschiedenen Parametern wie Zylinderanzahl, Öltemperatur,
Umgebungstemperatur, Zündbedingungen, Reibverhältnisse
im Verbrennungsmotor oder Motorkonstruktion abhängig, wobei der Einfluss der
einzelnen Parameter in den jeweiligen Phasen sehr unterschiedlich
ist. Dadurch bedingt sind für
jede Phase unterschiedliche Regleralgorithmen erforderlich, um das
reale Motorverhalten exakt nachbilden zu können.
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Um
die vorgegebene Prüfkennlinie 30 geregelt
zu durchfahren, kann die Vorrichtung 1 daher nach unterschiedlichen
Regelgrößen geregelt
werden. Vorzugsweise erfolgt die Regelung während der Schleppphase b stromgeregelt,
wobei der Starterstrom die Regelgröße bildet, während in
der Überholphase
c eine Regelung nach der Drehzahl der elektrischen Maschine 6 bzw.
der vorgegebenen Motordrehzahl erfolgt. Je nach Art der zu prüfenden Bauteile und
des Prüfprogramms
ist jedoch ebenso eine Regelung des Drehmoments der elektrischen
Maschine 6 möglich.
Der während
des Generatorbetriebes der elektrischen Maschine 6 erzeugte
Strom kann je nach Ausführung
in ein Stromnetz eingespeist werden, oder mittels eines Bremswiderstandes
in Wärme
umgewandelt werden.
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Während des
Durchlaufens der Prüfkennlinie 30 werden
die vorgenannten Messwerte erfasst und in dem Echtzeitrechner 15 verarbeitet.
Jeder Prüfzyklus
wird hierbei auch in der Speichereinrichtung 20 hinterlegt,
so dass auch eine spätere
Auswertung der Messwerte möglich
ist. Ebenso lassen sich Fehler im Testverlauf hieraus nachträglich ermitteln.
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Bei
der Starterdauererprobung wird die Prüfkennlinie 30 etwa
50.000 mal hintereinander, beispielsweise alle 30 Sekunden, durchfahren.
Werden zwei Starter 10 zugleich erprobt (vgl. 1),
so werden diese jeweils zeitlich um 15 Sekunden versetzt geprüft, so dass
hierdurch ein erheblicher Zeitgewinn in der Starterdauererprobung
möglich
ist.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Prüfen
von Bauteilen für
Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sind erhebliche Verbesserungen
der Prüfungen
möglich,
da reale Belastungskennlinien geregelt nachvollzogen werden können. So
ist insbesondere eine Starterdauererprobung ohne Verbrennungsmotor
möglich,
wobei der Startvorgang in Bezug auf Drehzahl und Drehmoment des Verbrennungsmotors
realistisch abgebildet wird. Zugleich ist es möglich, die Verzahnung des Schwungrades
und Starterritzels 5 zu überprüfen. Da für die Prüfungen kein Verbrennungsmotor
erforderlich ist, ist ein erheblicher Zeitgewinn in der Motorentwicklungsphase
möglich.
Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen des Standes der Technik
sind hierbei auch unterschiedliche Prüfprogramme in einer Vorrichtung 1 integrierbar.
Der Wartungsaufwand ist hierbei im Vergleich zu Vorrichtungen mit
realen Verbrennungsmotoren reduziert.
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Daneben
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nicht
auf die Erprobung von Startern 10 beschränkt. Ebenso
ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 möglich, beliebige
Riemen- oder Kettentriebe zu testen. Beispielsweise können Riementriebe
von Nockenwellen oder Riemenstartern oder weitere Motoren bei Hybridfahrzeugen
ebenso wie Nockenwellenantriebe mit Ketten- oder Zahnriementrieben
getestet werden. Zudem ist eine Beschränkung auf bestimmte Prüfbedingungen,
wie Motortemperatur oder Umgebungstemperatur nicht erforderlich;
diese können
im Falle eines virtuellen Echtzeit-Motormodells direkt als Parameter
vorgegeben werden, oder aber es können hinterlegte Prüfkennlinien
aus Messungen an realen Verbrennungsmotoren verwendet werden. Ebenso
können
Prüfkennlinien
aus Simulationsrechnungen verwendet werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere
Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen
ebenfalls unter die Erfindung.