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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 Betriebskennlinie des Asynchronmotors vorgegeben. Ein realer Startvorgang eines Verbrennungsmotors kann hierbei jedoch nicht abgebildet werden. Weitere Vorrichtungen zum Prüfen von Bauteilen von Verbrennungsmotoren sind aus der
EP 0 731 361 A1 , der
DE 32 31 141 A1 und der
US 2006 / 0 136 119 A1 bekannt.
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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 Anspruchs 1. Weiterführende Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine Vorrichtung zum Prüfen von Startern für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen 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 vorgebbare 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 den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme eines zu prüfenden Starters wiedergeben.
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Erfindungsgemäß entspricht die vorgebbare Prüfkennlinie einer realen Belastungskennlinie bei einem realen Startvorgang eines Verbrennungsmotors. 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 können 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 Drehmoment 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 Missbrauchtests 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, währen die Prüfkennlinie auf eine andere Öltemperatur umgerechnet wird.
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Erfindungsgemäß ist durch die Regeleinrichtung Drehzahl oder Drehmoment der elektrischen Maschine regelbar. 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 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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Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine als Synchronmaschine ausgebildet, 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 Kennlinie 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 verschiedene 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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Weiterhin ist es vorteilhaft, 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:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen für Verbrennungsmotoren.
- 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Prüfen von Bauteilen und
- 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 einen 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, vorgebbare Prüfkennlinie 30 entspricht somit einem realen Startvorgang eines Verbrennungsmotors. 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 Öltemperatur, 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 Überschreitung 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 Kühlung 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 einen 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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Losbrechphase a
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Beim Beschleunigungen aus den 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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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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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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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 Zylinderzahl, 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 Regelalgorithmen 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 Motorenentwicklungsphase 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 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 von 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 Ausführungsformen beschränkt. Weitere Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen der Patentansprüche fallen ebenfalls unter die Erfindung.
